关于发动机管理系统线束设计浅析

【摘要】随着科技智能时代的到来， 电子电气系统越来越复杂， 整车厂都将电子电气架构作为核心技术， 汽车电子系统的核心是控制单元， 负责整个控制系统的管理和控制；汽车线束是控制单元的枢纽载体， 连接着控制器的运行， 与其他控制单元相比， 发动机管理系统线束要更能保证整车在各种恶劣环境和行驶条件下有更高的可靠性。

1 引言

发动机电子控制单元（简称ECU） 在整车控制单元中起着最突出的作用， 发动机控制管理系统的关键部件用于检测并控制发动机系统的正常工作， 计算驾驶员所要求的扭矩并且同时保证最优的燃油经济性， 并达到国家尾气排放标准。发动机管理系统中配置了ECU工作所必需的传感器和执行器， 通过线束将相关零部件联系在一起。

发动机线束的设计、材料选取、线径和安装布置决定了发动机控制管理系统运行的正确性和稳定性， 系统的正常运行取决于正确信号的传递， 车辆的安全运行也同线束的各项性能息息相关， 因此线束的设计也是车辆开发中的一个重要环节。根据行业和各个企业标准的不同， 各个整车厂对线束的设计不尽相同， 为了保证发动机控制系统的性能得到稳定的最大程度的发挥， 发动机控制单元对线束线的选取、线径的大小、线阻、安装等内容做了一些建议，以此来满足系统稳定性的要求。

2 材料选用建议

2.1 导线选用

目前主要汽车制造国家如美国、德国、法国和日本都制定了汽车线的本国标准或行业标准。美国：SAEJ1128、1678； 德国： DIN72551； 日本： JASOD611、JASOD608；法国： NFR13414、13415； 国际标准： ISO6722。常用的导线种类有日标（AVSS等）、国标（QVR）、德标（FLRY）、美标等几大系列。AVSS （AVS） 导线的特点是薄皮绝缘，柔韧性较好； QVR的特点是绝缘皮厚， 比较柔软， 延展性好； 德标导线绝缘皮更薄， 柔韧性好； 美标导线绝缘皮一般为热塑性或热固性弹性体， 还有经过辐照工艺加工的。

OEM可根据线束布置位置的温度、环境（潮湿、耐磨等） 条件和电流承载能力以及线束制作过程中的孔位大小、二次返修、便于操作等情况进行决定采用哪种类型的导线，一般推荐使用在压接条件允许情况下线径尽量粗且耐高温的导线， 并且线的绝缘应在400V电压以上。

线束的两个线头连接处的压接应符合国家或者行业标， 可以参考QC/T 29106—2014， 对压接处的处理应考虑到绝缘、耐高温和耐磨的要求， 防止压接处的线头刺破胶带导致短路。需热缩部位位于热缩管中央， 热缩后无绝缘层融化、热缩不彻底或刺破现象， 双层热缩管热缩时， 两侧必须有胶状物流出， 且无缝隙， 导线无烤焦、铜丝扎出、铜丝漏出现象。

图1为热缩管作业示意图。热缩管作业注意事项：①圆形片式端子， 热缩管不能超过外圆的切边；②方形片式端子， 热缩管不能超过方形外边；③其他端子， 热缩管不能影响端子插值。图2为热缩管在端子头部放置示意图。

2.2 导线规格

EMS在提供的线束图上对线径有推荐的值。考虑到国内线束的材质和品质， OEM在设计线束时应选用推荐的线径或者使用大于推荐线径的导线规格， 以保证线束性能满足系统要求。ECU引脚定义示意如图3所示。

2.3 线束线阻

当导线上存在较大线阻时会在导线上产生较大的线上压降从而影响信号的准确性， 对导线的电阻（ECU母端接插件端到传感器、执行器母端接插件端的电阻） 提出如下要求。

1） 点火驱动信号、点火搭铁、电子搭铁、功率搭铁<50mΩ。

2） 其它信号<100mΩ。

2.4 双绞线/屏蔽线

对发动机控制管理系统中的微弱信号和敏感信号要求使用双绞线和屏蔽线， 微弱和敏感信号包括爆震信号、曲轴传感器信号、凸轮轴传感器信号、CAN、LIN、车速信号。

1） 双绞线的绞距应该在20~100mm之间， 同一束线束中布置的不同双绞线的绞距应该不同。

2） 屏蔽线常用的有单层屏蔽和双层屏蔽两种， 对单层屏蔽要求单端搭铁、对双层屏蔽要求外层两端搭铁， 内层单端同电势搭铁。屏蔽线中的屏蔽层在零部件接插件端应该保留到接插件处， 屏蔽线中屏蔽搭铁应与ECU的搭铁线在同一电势平面上， 但是不建议接到ECU的搭铁点上。

2.5 接插件

EMS在提供零部件清单的同时会提供推荐使用与之对配的母端接插件型号， 建议使用EMS推荐的对配接插件。

接插件应与与发动机管理系统的传感器、执行器经过防水、振动、耐温等测试， 可以保证连接的强度和可靠性， 满足系统的要求。不同的零部件因安装位置的不同， 即使同一类型零部件的防水要求都不一样， 因此采用非推荐型号接插件时， 请进行相应的测试， 以保证接插件性能满足要求。

塑件/端子点检表详见表1。

2.6 接插件针脚处理

ECU接插件针脚为镀锡处理， 因此要求选择的对配接插件同样采用镀锡处理接插件中大插针和小插针在压接的要求上是不同的， OEM可以根据自己的规范和行业标准对线束制作厂提出要求， 避免因压接品质导致系统不稳定。

接线头压接可参考下面的方式， 压接需要一次完成。端子接线压接如图4所示。

图4中， a的长度为0.1～0.5mm， b的长度为0.1～0.5mm，c的长度为<0.5mm， d的长度为<0.02mm。

在接插件内部， 一般母端插件小端子脚位安装孔内自带防水胶垫， 可以在安装后直接插入过盈配合起到防水效果， 但在大端子脚位安装孔内无防水胶垫， 因此在进行大端子压线时要先将防水堵套在导线的绝缘处进行压接。接插件中未使用的针孔应做防水密封处理， 防止水通过针孔流入到ECU针脚处， 腐蚀针脚导致接触不良和短路。封堵可以使用对配接插件厂商提供的盲堵或者插针， 也可以使用注塑的方式。

3 线束布置建议

1） 线束中的任何导线都不允许裸露在空气中， 对导线的保护措施应该做到接插件末端尺寸预留小于10mm。

2） ECU外壳必须与车身保持良好电气接触， ECU搭铁点不能与电池负极压接在一起且线束搭铁点应避免选择在容易受到腐蚀和灰尘积累的地方， 搭铁点处应避免电镀处理， 但是应做好防锈蚀处理。

3） 线束布置点应远离热源， 并且线束不要搭在发动机壳体上。

4） 线束的安装位置应与运动件保持一定的安全距离，且避免被其它部件挤压。

5） 线束的安装应避免出现回折和较大弯角的情况。

6） ECU接插件出线端距离第一个线束固定点的距离应该在15cm左右， 以后每20cm固定一次。

7） 敏感信号（发动机转速传感器信号、相位传感器信号、加速踏板、节气门位置、CAN等） 线束的走向设计和固定位置的选择应距离点火线圈、发电机、起动机、空调压缩机、雨刷电机等大功率干扰源15cm以上。

8） 对配接插件尽量采用端口向上的布置方式， 这样积水可以顺着线束流走。

9） 线束的长度应尽量短尤其是点火信号、喷油信号、电子节气门体驱动信号等大负载信号， 一般小于3m。

10） 尽量避免在线束中使用接插件转接线束。

11） 线束两个固定点间的线束不应紧绷， 应保持一定的松弛度， 避免因预拉力导致线束断裂或者接插件接触不良。如果线束中相邻的两个固定点分别固定在发动机和车身上， 则两个固定点间留取的线束长度应更大一些。

12） 线束压接带有分支的电源线压接点的选择应尽量靠近供电电源端。

13） ECU搭铁线分支的压接点应尽量靠近ECU母端接插件。

14） 信号分支的压接点尽量靠近ECU母端接插件。

4 线束失效案例

4.1 某车型HPT变速器急加速换挡耸车故障

TCU_outputshaftspeed曲线锯齿振荡严重， 急加速工况下点火线圈能够对TCU_outputshaftspeed信号产生严重的电磁干扰并影响TCU换挡判断。图5、图6所示分别为故障车辆输出轴转速与正常车辆输出轴转速。将变速器信号线束随意捆扎， 无防屏蔽需求改为双绞线形式， 输入轴转速和输出轴转速信号无振荡， 试车无顿挫现象。

4.2 某车型ECU插件进水锈蚀故障

ECU端子锈蚀后接触不良， 导致发动机故障灯常亮，机舱美化件漏水孔在EMS插件正上方， 导致水流向发动机ECU插件内部， 长期无法排出后导致端子锈蚀。EMS与机舱美化件装配图如图7所示。

4.3 某车型导线内部腐蚀断路

发动机线束断路， 通过线束导通测量， 可判定导线内部线芯断开， 进而对线束拆解；故障回路绝缘层观察，发生导线绝缘层存在小孔， 投影放大后小孔呈现不规则形状， 线芯断面投影分析： 断面存在绿色物质， 铜丝出现腐蚀现象。

线束导线故障如图8所示。通过颜色观察， 并结合铜材料化学特性， 绿色残留物体为铜绿（铜腐蚀后成分）， 残留物体含有硫（S）， 线束布置在防冻液下方， 绝缘层存在杂质导致导线耐液性试验击穿不合格。

5 结语

综上所述， 本文介绍了发动机管理系统对线束导线的选取、线径的大小、线阻、安装等内容做了一些简要分析，通过材料选型以及线束布置两个方面提出评估路径， 确定选型方案， 通过故障案例规避不合理方案， 希望能提供同仁参考。