汽車線束系統的水管理設計及應用案例

2024-05-28 09:10:20· 來源：線束中國

摘要：汽車線束系統在水管理的設計方面，要充分考慮安裝位置和布線走向，滿足苛刻的使用環境要求。本文通過試驗驗證，從整車涉水或防飛濺性能、防雨防潮密封性能以及商業洗車適應性能等3 個方面進行分析，論證了汽車線束系統的水管理設計過程中，在插接器匹配選型、管線布置以及搭鐵點防護設計和優化方案。

汽車線束系統的水管理概念

車線束是汽車電路的網絡主體，通過導線、插接器等導電材料，把電源、用電器連接成回路，實現電氣連接功能的電氣系統。

不論是過去的傳統燃油車，還是近幾年市場勢頭強勁的新能源車，汽車線束系統在整車的作用舉足輕重。汽車線束系統在整個電氣中扮演重要角色，除了要實現電路穩定、可靠的連接外，還要滿足整車的水管理要求。其中，底盤和發動機艙部位的線束容易受到道路面的水滴飛濺影響，會造成局部電流或信號傳遞失效。

汽車線束系統的水管理是指線束系統在整車中對水的適應能力，是整車密封水管理的重要組成部分，主要體現為整車在淋雨、涉水以及高壓清洗等工況下，防止水進入線束或進入后的排出能力。本文將通過對汽車線束系統的水管理設計缺陷進行分析，說明線束系統水管理設計中的優化和防水注意事項等。

汽車線束系統的水管理設計

汽車線束系統的水管理嚴格按照整車的水密封區域來區分管理，而汽車線束根據在整個車身上的布線位置，分為干區和濕區。例如汽車的駕駛室和駕駛室有車門膠條和飾板等防護，不容易受外界環境的水滴影響，經常被稱為干區。該區域的線束不需要增加額外的密封防水要求，設計難度相對較低。而汽車的發動機艙和底盤區域，經常暴露在水滴飛濺的潮濕環境中，線束系統中電信號傳遞的穩定性容易受到外界環境影響。因此，對于發動機艙和底盤區域線束防水性能，有著更苛刻更嚴格的要求。

汽車線束是由多個子零件集成的系統總成，該系統的水管理設計，更多的依賴于各個子零件之間的密封和相互配合。經過多個實驗場景探究，汽車線束系統的水管理需要重點關注3 項內容：插接器匹配選型、管線布置和搭鐵點防護。本文將對這幾項內容逐一探討分析。

1.1 插接器匹配選型

汽車插接器是線束系統總成中最核心的零部件之一。據不完全統計，一套汽車線束系統中的插接器種類高達130 多種，所占成本比例高達40% 以上。不過插接器的故障頻次也位于線束系統中所有零部件的首要位置，其選型的好壞直接決定了電連接性能的穩定可靠。

線束插接器是由金屬端子、塑件護套、鎖片以及密封圈等多個附件組成，通過機械插拔方式來實現電流導通和隔斷的作用。在線束設計前期，通常根據車身的不同區域來選擇不同防水等級的插接器。像發動機艙和底盤等濕區的線束插接器，防水等級至少要達到IPX7 要求；而在車身局部暴露位置的插接器，防水等級甚至要達到IPX9K 的要求（圖1）。

一般在整車的前期設計階段，就需要考慮插接器的防水性能。位于駕駛室或者整個車廂內的插接器，不需要有防水要求；所有駕駛室外的插接器，都應使用防水端子或護套。插接器處無回路線的空針腳，要采用防水栓封堵，確保插接器的防水性能滿足其安裝位置的防水等級要求。插接器要有良好的密封，防水栓密封堵的選擇非常重要。一般插接器防水栓密封堵的外徑尺寸要與護套的內圓孔徑尺寸形成過盈配合，過盈配合量應控制在0.4 ～ 1.0 mm 比較合適。

1.2 管線布置設計

汽車線束系統的管線布置設計，除了要兼顧美觀、防振、電磁兼容以及維修方便等需求，還要滿足整車的防水和防泥性能要求。

整車線束的布置，應盡量遠離車體上容易積水積泥的部位，避讓水流路線。汽車線束系統的管線布置設計，要優先考慮如下幾點。

（1）線束接點或者接插接器應盡量布置在干區或低濕區。

（2）布置在高濕區的線束或者接插接器，須做好防水處理，如增加防水橡膠件或者護板等。

（3）線束主干若穿過車身鈑金孔由濕區到干區，須采用擋水橡膠件或防水泥保護處理。

（4）車身線束的分支或主干應避開水流直沖區域，必要時增設滴水環，避免水流倒灌進入插接器或者駕駛艙內。

1.3 搭鐵點防護

汽車線束系統的水管理，搭鐵點防護是非常重要的一部分。在國內的汽車行業，整車大多采用負極搭鐵設計。蓄電池負極與車體相連，正極電從蓄電池正極經過各功能電器后，與車身相接通，汽車車身、底盤及發動機等金屬殼體作為整車負極的共用導線。線束回路導線通過壓接端子的形式，與金屬外殼體直接連接，這樣的連接點就被稱為搭鐵點。線束的搭鐵回路線一般選擇黑色，搭鐵點是通過螺栓緊固方式連接在車身鈑金或者金屬殼體上。

汽車線束系統搭鐵點安裝位置的選擇，應避免強飛濺和積水區域。搭鐵點本身要進行熱縮保護，不能直接裸露在積水濕區。

如果線束搭鐵點保護不當或直接暴露在空氣中，會造成線束接點處銅絲發黑或者接點進水，影響電導通，甚至造成接觸不良故障。

根據整車的行駛工況，汽車搭鐵點安裝位置分為干區和濕區。如圖2 所示，涉水線以下部位為濕區，濕區經常會受到水滴飛濺、道路積水等影響，涉水線以上部分為干區，受水滴影響的風險較小。因此，搭鐵點安裝位置的選擇原則，離地面的高度要大于涉水深度。位于干區的搭鐵點只需要采用PVC 膠帶包纏，就能滿足干區的使用性能要求；位于濕區的搭鐵點則要增加灌膠熱縮管或丁基膠進行熱縮保護，才能達到濕區的密封防水的效果。

汽車線束系統水管理的應用

2.1 插接器的選型應用

整車插接器在工作時因接觸電阻會產生一定熱量，使插接器的內部空氣出現較大壓力。當停止工作后，溫度下降，插接器內部氣壓值減小，與外界空氣形成了負壓差。如果整個線路密封不良，空氣中的水氣會沿著導線多股銅線的縫隙被吸入到插接器內部，造成插接器內部的電絕緣失效，這種現象被稱之為“虹吸現象”。

我司某車型出現了間歇性無法掛擋故障，故障碼顯示整車擋位同時有效，即汽車線束系統中同時存在多個換擋信號指令，導致整車換擋運算邏輯混亂而無法正常掛擋。問題分析團隊通過排查電路原理，查找故障點發現，整車線束的X204 插接器進水，其內部的端子生銹腐蝕，導致控制換擋信號的多個回路線之間相互竄電。

團隊成員繼續查找問題，剖開尾燈到X204 插接器之間的導線絕緣膠皮，發現導線的銅絲間存在水滴殘留，且銅絲氧化發黑，因此鎖定了進水路徑（圖3）。原來是尾燈處的水滴通過導線股絲虹吸進入到X204 插接器，造成內部回路線相互竄電，從而影響到整車的換擋功能。

問題原因鎖定后，通過更改尾燈的線束插接器型號，增加防水密封性。同時把X204 插接器由自密封防水結構改為非防水和防護膠帽結構，確保X204 插接器內部氣壓與外界氣壓值一致，徹底解決了“虹吸現象”的問題。

2.2 管線布置優化運用及案例

汽車線路的布置方案，要充分考慮到整車的水管理。線束系統的走向應該順暢、無扭曲，插接器、搭鐵點應盡量避開高濕區。

在任何可能的滴水區域，線束接插接器和搭鐵點都要有防水措施，避免積水腐蝕。

在某車型的發動機艙線束總成上，有一段穿過鈑金孔的線束主干（圖4）。初始的設計按照方案一布線，結果淋雨試驗后發現駕駛室內有進水痕跡。檢查發現鈑金孔的膠塞位于低谷位置，水流會沿著線束主干在重力作用下流入到鈑金的橡膠套環處。橡膠套環承受的阻斷水流壓力非常大，當無法承受時，水流會沿著線束回路線進入到乘員艙內部。

問題分析團隊經過分析和試驗后，優化管線布置，按照方案二進行布線后，解決了駕駛室進水問題。采用方案二布線，橡膠套環前方的線束主干彎曲向下，呈滴水環狀，出水點位于線束主干的滴水環最低位置處。當水滴沿著線束主干流動時，就會在滴水環最低出水點處被排出，不會流動到橡膠套環位置，大大降低了水滴流入到車身內側的風險。

除了采用方案二的布線方式增設滴水環外，團隊還采取了鞏固措施，在橡膠件安裝位置適當灌膠或者增加防水泥，以排除電線束之間的空隙。這樣能確保內部回路線之間相互接觸密封，進一步加固了防水和密封效果。

2.3 搭鐵點防護運用及案例

線束搭鐵點與車身件的連接穩固可靠，確保了電流信號的穩定傳輸。搭鐵點防護不僅要考慮到安裝位置的選擇，還有考慮端子表面的包覆保護。

我司某款車型出現ESC 故障燈亮，影響整車行駛。經過拆解排查發現，車輛穩定控制系統（ESC）控制單元的接插接器內部進水，出現了回路線短接故障。該車型ESC 控制單元的搭鐵點搭接在左前大梁上，離地高度約400.0 mm，在涉水線高度附近。

當雨天工況行駛時，雨滴會流過固定雨刮安裝板和上安裝飾板的縫隙，進入到發動機艙內部，最終滴落到車輛線束ESC 控制單元分支線束的搭鐵點表面。再加上道路面水滴飛濺，ESC 分支線束的搭鐵點處產生大量積水。這些積水沿著搭鐵點分支流入到ESC控制單元插接器內部，造成進水短路故障。

問題分析團隊更改了ESC 控制單元搭鐵點的安裝位置，離地高度由原來的400.0 mm 提高到600.0 mm，同時遠離高濕區，徹底解決了ESC 控制單元插接器進水短路故障（圖5）。

因此，搭鐵點防護應當慎重選擇安裝位置，避免被水流直滴。除此之外，還需要做好端子表面的包覆保護。搭鐵端子表面的包覆保護，在汽車線束的制造過程中要重點考慮和關注。QC/T 29106-2014《汽車電線束技術條件》中有明確要求，對于熱縮管包覆的搭鐵端子，熱縮管應緊密套在連接部位，無位移、脫開現象；熱縮后的外觀無鼓包、損傷等；線端溢膠量要完全包覆外露銅絲但不影響裝配。熱縮管保護線纜絕緣皮的長度應在10.0 ～ 30.0 mm。下對于有質量缺陷的搭鐵端子要提前預防和避免（圖6）。