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      關于汽車線束密封防水措施的分析


      在汽車電子電氣系統中,汽車線束作為連接汽車各個電器和電子設備的重要部件,是汽車安全穩定運行的重要因素和品質評價體系的重要一環。因此,在汽車設計制造及生產中,應該采取科學有效的措施, 不斷提升汽車線束設計的科學性和安全性,以確保汽車線束的可靠性和安全性。本文從汽車線束的零部件選型和線束布置兩個層面,結合汽車不同區域的防水要求,對線束的防水措施做好分析,為線束設計的零部件選型布置、線束布置及防水試驗驗證提供參考。

      汽車線束相當于汽車的神經網絡,連接著數量越來越龐大的電氣設備,起著電力傳輸和信號傳遞的重要作用,直接影響一臺車的品質和性能。因此,汽車線束設計除了滿足汽車的基本性能要求之外,對線束本身的品質要求也極高。其中防水性能作為評價線束品質的重要指標之一,起著舉足輕重的作用。因此,本文就從汽車線束防水方面來介紹一些常用措施。

      1 汽車防水區域劃分

      整車可分為濕區和干區兩部分。干區是指安裝在駕駛室、乘員室、行李艙內等部位的電線束不需要做特殊防水防護處理的區域。這部分的線束主要包括儀表盤線束、頂棚線束、扶手箱線束、后保線束等。濕區是指除干區以外的,電線束需要做特殊防水防護處理的區域,即發動機艙和四門。這部分的線束主要包括發動機線束、前保線、蓄電池正負極線束、門線等。

      1.1 防水等級定義

      ISO20653 《道路車輛-防護等級(IP代碼) -電氣設備對外來物、水和接觸的防護》引入了防護等級這個概念。防護等級是指用外殼防止接觸、外來物和/或水,且由標準化試驗方法檢驗的防護等級。其中防水等級的定義見表1。

      1.2 防水等級劃分

      根據防水等級的定義并結合汽車不同區域的環境穩定性,ISO20653標準中提供了一個關于汽車各區域防水等級的示例。在GC / T 413-2002 《汽車電氣設備基本技術條件》中則更加具體地規定了汽車不同區域的防水等級要求:對于裝在發動機罩下或外露的產品宜采用的防護等級為IPX4,進行防濺水試驗;對于安裝在駕駛室和乘務室及行李艙內的產品宜采用的防護等級為IPX3,進行防淋水試驗。此外,控制器或相關組件、接點、塑殼等應避免布置在地板100mm高度以內,如無法滿足,必須采取密封措施。

      1.3 涉水高度定義

      在整車開發過程中,考慮到汽車在積水的街道或者是低洼地帶時,需要涉水前行,在防水設計方面需要考量對于整車涉水能力的設定和評估。這時,需要引入涉水線的這個概念,即以一定的速度能安全涉水通過的**深度。對于這一涉水深度,國家對于燃油車并沒有明確的標準,各主機廠依據自身情況而定。對于純電動汽車來說,上海市新能源汽車對于整車的涉水標準如下:對于純電動汽車的涉水深度要求在15cm的水深中,以大于等于30km/h的速度行駛,涉水總時間10min;然后在30cm的水深中,以大于等于5km / h的速度進行前進、后退行駛,涉水總時間10min。

      2 線束的防水密封措施

      從整車不同區域的防水等級要求來看,汽車線束主要需要在濕區和干濕區過渡的區域滿足防水要求即可?,F有的汽車線束防水形式主要分為兩類:一是從線束零部件選型層面的防水,二是從線束布置走向層面的防水。

      2.1 零部件選型

      (1) 接插件

      汽車濕區的線束普遍選用防水的接插件。防水接插件可以在承受一定的水壓情況下保證接插件內部的機械性能及電氣性能。首先,接插件上的橡膠圈可以保證線束接插件和用電器插頭之間的密封。其次,配套端子壓接時采用防水栓壓在導線絕緣皮外,防止液體從接插件孔位滲入。再者,盲栓則對接插件未使用的孔位進行堵塞用以防水。防水栓和盲栓須選擇和導線截面匹配的合適型號。

      (2) 熱縮管

      濕區的導線壓接/焊接以及搭鐵端子等有線芯壓接的地方,考慮其在濕區環境容易氧化腐蝕,從而造成連接電阻增大或者斷路,均需要使用帶膠防水熱縮管作為絕緣和防水保護。熱縮管的選型,首先需要選擇合適的長度和與導線線徑匹配的內徑,以保證熱縮后的密封要求。其次,熱縮管需要根據其使用區域的溫度選擇合適的耐溫等級,例如,發動機艙的熱縮管需要滿足工作溫度125℃,乘客艙至少選擇工作溫度100℃的耐溫等級,根據實車的具體情況,則可能需要選擇更高的耐溫等級。除了熱縮管需要選擇合適的型號之外,熱縮管的工藝也決定其密封效果,這就要求線束供應商能在以下三方面來控制其熱縮工藝:①收縮溫度;②定位要求;③收縮程度。

      (3) 橡膠件

      橡膠件的主要使用區域為濕區和干區過渡的鈑金處,例如防火墻,用于隔離發動機艙和乘客艙、門橡膠件以及兩廂車的后蓋線橡膠件。線束從干濕區之間過孔時,使用橡膠件來進行防水密封保護,主要是利用橡膠件的彈性和鈑金之間的過盈配合,因此在橡膠件的尺寸選擇時需要注意橡膠件的徑向公差范圍內尺寸必須滿足與鈑金孔的公差范圍內尺寸配合。動態區域的橡膠件則需要滿足門/蓋開啟關閉的行程長度要求。另外,為了保證密封效果,橡膠件的穿線過孔尺寸應該能滿足**導線數量的要求,以及滿足內部線束和橡膠件內壁的間隙要求,并且橡膠件內的線束之間需要用防水泥填充其間隙,防水泥必須和導線以及橡膠件直接接觸。汽車用橡膠件因其特殊的使用環境,對其材料要求例如耐溫等級、材料硬度、添加劑成分及用量均有一定的要求。

      (4)防水卡釘

      干濕區分界的鈑金上線束的固定件,盡量采用螺柱型卡釘,避免在鈑金上開孔。如果實在無法避免時,可采用防水卡釘作為密封件,比如車門內板等處,并注意鈑金孔位置選擇。干濕區分界的鈑金孔應盡可能避免直接落在雨水通過的路上,且避免布置在電氣零部件上方,鈑金孔周圍一定區域內需要表面平滑光整,使其密封效果可靠。在防水卡釘的選型方面,一是需注意選用和鈑金孔尺寸配合的卡釘,二是卡釘的材料硬度既需要滿足卡釘變形量要求以貼合線束,也需要滿足對線束的支撐力要求。在使用防水卡釘時,線束的布置不易過緊,以免對卡釘產生較大的拉力使卡釘密封圈與鈑金貼合面產生間隙,影響密封效果。

      (5) ABS線束

      ABS線位于車輪的軸承上,固定于車身與副車架之間,會隨著車輛運動而發生長時間的運動,且在日常行駛時容易遭受水濺或是浸水,所以在ABS線設計時,除了需要考慮機械性能和疲勞耐久性能,還需要在防水性能方面有著更嚴格的考量。除了使用密封塑殼、盲栓和密封栓之外,在塑殼的尾部會使用橡膠件來保證塑殼與導線之間的密封性。另外,導線上自帶的橡膠件,一般以注塑的方式來固定,來確保導線和橡膠件之間沒有縫隙,從而達到更優的防水性能。ABS線生產廠家會采用加壓充氣測試來檢測注塑的防水效果,主機廠一般會有額外的噴淋試驗等對ABS線的防水性能進行檢測,以保證ABS線在整車環境下的安全穩定運行。

      2.2 線束布置走向設計

      濕區線束設計時,除了在零部件選型時考慮防水要求,還需要在線束三維布置時考慮其走向設計對防水性能的影響。

      (1)從線束零部件的布置來看。除了接插件的選型以外,濕區接插件的安裝朝向也很重要,這就要求濕區的用電器在布置其電器插頭時,需考慮到線束的接插件朝向。線束的接插件尾部須為朝下或者水平方向布置,避免朝上導致接插件尾部積水,進而水進入到接插件及用電器,影響其電氣性能,甚至影響整車的安全性能。在濕區的超聲波接點和搭鐵端子等位置使用熱縮管時,線束布置方式也有一定的要求,均建議選用垂直布置,以防止熱縮管內積水,影響其電氣性能。

      (2) 從線束走向來看。線束在干濕區之間的鈑金過孔時,除了橡膠件的選用之外,線束的布置方式及走向也很重要。一是依據水往低處走的原理,干區的線束需要高于濕區的線束,以防止濕區的水進入干區。

      同時可以在濕區設置滴水點,使防水設計更加可靠。對于門橡膠件之類的雙頭橡膠件,則要求靜態側的墊圈孔高于動態側的墊圈孔,且對中心點高度偏移量有一定的要求,防止水進入干區。二是為了防止出現虹吸現象,干區的線束靠近橡膠件的區域有一段采用稀繞或者不使用包裹物,并選用不吸水的包裹物,比如PVC。

      3 線束的防水試驗驗證

      3.1 零部件防水驗證

      對于線束零部件的防水試驗,一般主要是依照QC/T29106-2014《汽車電線束技術條件》,對塑殼、接點、熱縮管密封等零部件做溫度交變試驗/噴水測試/水箱浸潤/壓差浸入試驗。有防水要求的橡膠件,需要經過0.3MPa水壓的噴水試驗后,橡膠件與電線密封處不應有水滲漏。對于濕區的接點,則需要3%鹽水的浸水試驗測試其絕緣電阻的方式來測試其防水性能,且要求濕區的導線接點在絕緣處理之后,經浸水試驗絕緣電阻應大于100MΩ。

      3.2 整車防水驗證

      關于整車層面的防水試驗,一般會有水密封試驗,即在規定的條件下,關閉汽車門蓋及孔蓋等,檢查車內及密封系統防水情況,主要用來評價過渡區域的線束和有密封要求的線束的防水密封性。水密封試驗一般分為噴淋室噴射試驗、洗車試驗、高壓沖洗3種。

      (1) 噴淋室試驗分為無負壓和負壓兩種,噴淋時間一般10min,具體噴淋速度和壓力按各主機廠要求。

      (2) 洗車試驗,一般是采用自動洗滌設備,自動洗車50遍。

      (3) 高壓沖洗試驗,即采用50~100bar不等的壓力進行沖洗,時間上盡量接近實際的洗車操作。試驗之后,需將門飾板拆除,檢查所有干區線束的損壞情況。

      其次還會依據車型來設計涉水試驗,即以不同的速度通過不同的水深,模擬車輛在積水路面的涉水情況。

      除了對于汽車常規使用工況的模擬之外,汽車也需要對一些可預見的使用和濫用做相應防水試驗,例如,對駕駛艙、行李艙等常規干區做滴水試驗以及灌注測試,用以模擬駕駛艙水杯潑灑,行李艙液體潑灑,或者是下雨天天窗忘關等可預見的意外情況。

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