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汽车智能电器盒的系统设计2010-04-06 14:27:35 作者:撰文/河南天海电器有限公司李海方张献军来源: 文字大小:[大][中][小]汽车车身控制模块(Body Control Module，简称BCM)，它是采集汽车上众多的操作开关，通过智能逻辑处理来控制驱动中央门锁、电动车窗、电动后视镜、前后刮水器、前后喷水、汽车灯光、除霜报警等执行对象的控制系统。
该系统可通过车身控制网络与汽车其它电控单元以及汽车外部的故障诊断监测系统进行数据信息交换。
它通常由印刷电路板、MCU、电子元器件和壳体组装成一个总成，并通过标准插接件与线束相连以便对车身电器进行逻辑控制和驱动。
随着人们对汽车智能性、舒适性的不断追求，汽车BCM的应用空间将越来越广泛。
中央电器盒是汽车上的传统标准配置，它把车身上需要控制的继电器、熔断器及电路监测元件,通过印刷电路板和壳体组装成一个总成，这个总成通过标准插接件与线束相连以便于对全车电器进行集中控制，达到简化线路，方便检修和排除故障的目的。
同时中央电器盒还是一个电源分配系统，它把汽车蓄电池过来的电源通过熔断器分配给各个执行对象，通过熔断器的过载可熔断性来保护每个回路的工作安全。
汽车BCM与中央电器盒是两个独立的总成，两者通过线束相连接。
汽车BCM检测汽车输入开关，经逻辑处理后控制中央电器盒上的继电器通断，同时电器盒上的电路监测元件把检测到的信号反馈给汽车BCM，两者形成一个完整的闭环控制。
目前，从整车成本及便于装车维护的角度考虑，把汽车BCM与中央电器盒集成到一起形成一个智能电器盒的方案越来越受到主机厂的青睐。
这样可省掉两者间的连接线束、对应插接件且减少了壳体数量，降低了整车成本；节省了汽车安装空间，提高了主机厂装车效率；减少了汽车零部件总成，方便了主机厂的管理和产品维护。
中央电器盒组成及原理与汽车BCM集成的大多是印刷线路板中央电器盒。
电路板可采用单块板，也可将两块电路板叠加(两块板之间利用焊接导电柱实现线路连通)，每块板可单面布线，也可双面布线，甚至可多层布线以满足复杂电路需要。
面向制造与装配的产品设计指南第二版下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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电器盒设计指南1.系统简要说明1.1 该系统综述电器盒是一个继电器和保险丝的载体，按照结构它可分为：嵌合式保险丝盒、嵌合式继电器盒、母线式电器盒、步线式电器盒、基板式电器盒等。
1.2 适用范围本设计指南适用于CAC汽车所使用的PCB类型的电器盒，包含产品的一般设计思路、性能要求、测试方法等。
1.3 系统基本组成组成电器盒的零部件有：端子、印刷电路板、塑料支架、连接桥、接线柱、插接件等组成电器盒总成的有电器盒、保险丝（MINI、普通的、慢熔的）、保险丝夹、继电器、电器盒盖等。
2.设计构想2.1 设计原则按照公司控制成本和对产品性能稳定的要求，在能够满足新开发车型保险丝、继电器回路要求的情况下，尽量优先考虑直接借用现有产品。
这不仅能降低开发成本和管理成本、缩短开发周期、同时也能保证产品的质量；如果不能直接借用现有产品，可以考虑在现有的产品基础上进行局部更改，这样也可以缩短一定的开发周期和后续试验周期；对于没有借用可能需要全新开发的产品，一定要经过严格的各种试验才能装车投入市场。
2.1.1功能要求电器盒作为继电器和保险丝的载体，他可以对从蓄电池或控制开关出来的的大电流采用保险丝限制电流的方法，分配成若干个小点流输送到各继电器、用电器或开关，它和继电器、保险丝构成的电器盒总成可以对电器和导线甚至开关起到保护的作用，同时它也是电器系统检查的一个大接点。
2.1.2 顾客要求对于电器盒顾客的要求有：A、产品质量：不要出现产品质量问题，影响产品的正常使用；B、可维修性：当电器系统出现故障时可以方便地在此节点进行检查；（对于电器盒本身，基板式电器盒，一般不具有维修性，当电路板损坏时，需要更换电路板；其他种类电器盒可以进行维修）C、售后市场的可加装性：在设计电器盒时要适当预留几个保险丝和继电器位置，以方便售后市场加装用电器，或者汽车厂添加电器配置用，一般为继电器和保险丝各预留2~3个位置。
D、价格：价廉物美2.1.3 性能要求电器盒应能满足以下的材料、电器、机械性能要求；2.1.3.1材料A. 触点: 一般情况下采用Cu合金或镀锡的黄铜接头B. 护套）: 发动机舱用PA66或PA6616驾驶室内用聚乙烯C. PCB: FR-4 (UL 94V-O)2.1.3.2外观和图纸符合性产品要符合图纸的要求.外观应没有裂纹、缺损等缺陷，表面不应有明显的颜色差异2.1.3.3 电压降电器盒试验前电压降为30mv/A，试验后为35mv/A给含保险丝、继电器的电器盒总成通以1A（12V.DC）的电流15分钟。
汽车用电器盒技术要求和试验方法汽车用电器盒1 范围本文规定了汽车用电器盒的术语和定义、要求、试验方法。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本文的引用而成为本文的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本文，然而，鼓励根据本文达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是未注日期的引用文件，其最新版本适用于本文。
GB/T 2423.17 电工电子产品基本环境试验规程试验Ka: 盐雾试验方法QC/T 238 汽车零部件的储存和保管QC/T 413 汽车电气设备基本技术条件3 术语和定义3.1连接插头电器盒上用来与外部电路进行电连接的电器的导电部分。
3.2连接插座用于与继电器插头或熔断器连接的具有一定卡紧力的插座。
3.3插入力将熔断器、继电器或标准插片插入电器盒所需的力。
3.4拔出力将熔断器、继电器或标准插片从电器盒中拔出所需的力。
3.5连续定额连续定额是制造厂对产品所规定的可以长期运行的负载和条件。
3.6额定电流指在额定环境条件下，电器盒各回路所允许长期连续工作时通过的最大电流。
3.7桥接片在试验测量时连接熔断器或继电器拆下后需要导通部位，具有不同形状的一种接线片。
4 技术要求4.1 生产要求电器盒应符合本文的规定，并按照经规定程序批准的图样及设计文件制造，其中外电路电气连接不允许采用铆接和焊接。
4.2 温度范围电器盒为连续定额，应能在－40℃～85℃（驾驶室内）、－40℃～110℃(发动机舱内)、－40℃～125℃(发动机上)的温度范围内正常接通或断开，其存储温度分别为－40℃～90℃（驾驶室内）、－40℃～115℃(发动机舱内)、－40℃～130℃(发动机上)。
4.3 外观电器盒的外观、尺寸应符合产品图样的规定。
经环境或耐久试验后，不允许出现裂纹、缺损等缺陷；表面不应有明显的颜色改变，电器盒内部电路及壳体均不应出现明显烧蚀和熔融现象。
4.4 插拔力电器盒的插入力和拔出力应符合如下规定：4.4.1 与电器盒相匹配熔断器和继电器的插入力及拔出力应符合表1的规定，熔断器和继电器插拔10次后允许插入力比规定值下降20％。
电气系统设计说明书一、设计依据根据奇瑞MMPV运动型多功能轿车开发目标的要求及其系列配置的要求，参考国内同类型的车型，结合奇瑞公司的生产制造能力进行开发设计。
二、达到目标该车型的电气设计从按整车的最高配置进行设计，设计过程中把所有的电气选装件都纳入设计范围内，从而满足该车型的从经济型到豪华型的系列配置。
三、设计方案根据设计任务书的要求，结合电气系统的分类，就整车的电气系统进行以下方案的确定。
首先把电气系统按基本配置和选装配置进行分类确定。
（一）、基本配置：1、电源启动系电源起动系主要是确定起动机、蓄电池、发电机、电压调节器等电器件的类型和型号型号和规格大小。
（1）起动机的确定a、起动机类型的确定首先根据选定的发动机确定启动机（如果发动机未带启动机），起动机按控制装置一般分为：①接操纵式起动机发动机 ②电磁操纵式起动机我们选用流行的电磁操纵式起动机。
b 、起动机功率的确定选定后我们可以根据以下的计算公式确定启动机的大小： P=Mn/716.2(马力) （1马力＝735W ）起动机的输出功率P 可以通过测量电枢轴上的输出转矩M 和电枢的转速n 来确定。
M 是发动机的起动阻力矩，单位Kg.m(1Kg.m=9.8N.m)，也可以通过发动机的工作容积V 求出，其经验公式为：汽油发动机：M=(3.5~4)V但目前的发动机大多直接配带起动机，因此需要选型的较少。
（2） 蓄电池的确定 a 、蓄电池类型的确定蓄电池的主要作用是向起动机提供大的起动电流、整车用电器供电和在发电机发电时蓄能。
蓄电池分为普通蓄电池和改进型铅（酸）蓄电池。
我们根据该车型的特点选用免维护铅蓄电池。
b 、蓄电池容量的确定：现起动机的额定功率为P S k W ，根据经验公式 Q 20=（500-600）P S /U 得知， Q 20MAX =500×P S /12×735= (A.h)Q20MIN =600×PS/12×735= （A.h）根据国内外的蓄电池容量与起动机功率的匹配参考表所以根据计算我们可以确定蓄电池的容量。
整车线束设计开发流程本设计指南制定了公司乘用车一般整车线束设计开发流程1.1 该系统综述汽车整车线束，就是将汽车的电源和各用电器按照它们各自的工作原理特性及相互间的在联系，用导线连接起来所构成的一个整体。
汽车整车线束由于各车型的结构型式，电器设备的数量，安装位置、接线方法不同而有差异，但有基本的规定A、单线制B、各用电器并联C、有保险装置以保护线路D、采用单色或双色导线、多色线1.2 适用围本指南适用于公司整车线束的开发。
1.3 系统基本组成整车线束是分布在车体，根据它所处位置的不同可分成各种线束。
线束的基本组成主要由导线、插接器、胶带、波纹管、固定卡、电器盒和固定支架等组成，如下图：左后组合尾灯接地2.设计构想2.1 设计原则1、完整正确地体现整车电器系统的功能2、根据车型的需要设计成整体或分组分段的电线束3、根据汽车电线束所处的工作环境及在汽车的空间布置合理选择保护层和固定方式4、选择线束部的电线时要针对用电设备的负载合理选择电线截面积和颜色5、在设计过程中尽量减少连接点和过渡接头以提高线束质量、改善制造工艺6、为降低电线电阻和降低电线成本，设计时应避免重复布线，使线的长度最短7、对汽车上一些电器信号应增加防干扰措施2.1.1功能要求1、满足整车装配要求和布置要求2、为用电器提供电源和搭铁3、同汽车上某些开关及继电器结合起来实现对电器设备的功能控制4、把某些传感器和开关信号输送给汽车上的相应控制单元，并把控制单元的控制信号传递给相应的执行机构5、电器部的通讯(如CAN—BUS)2.1.2 顾客要求1、线束走向整洁、合理，安装牢固2、方便维修3、价格低，使用寿命长4、标识清楚2.1.3 性能要求使用寿命：用户正常使用不得少于50万公里或10年（以先到为限）连接可靠性：线束与线束之间、线束与用电器之间的连接可靠，满足Q/YYY.04.030中所规定工作温度：在-40℃~130℃中的不同温度能正常工作,高低温实验后，线束包扎紧密不松散，可弯曲，端子无退位。
电器盒设计指南目录一、汽车电器盒简介二、电器盒开发流程2.1概念分析设计阶段流程2.2部件设计阶段流程2.3设计认可、测试阶段流程三、电器盒设计3.1电源分配设计3.2保险丝设计3.3继电器设计3.4接插件设计3.5电器盒机械结构设计3.6电器盒设计过程WORKLIST3.7测试及验证方法3.8法规相关简介四、历史问题排查及示例五、其他车型电器盒简介六、发展趋势一、汽车电器盒简介电器盒主要用于集成各个分散的元件如：电子控制模块、保险丝、继电器、线束插接器等，是一个继电器和保险丝等元件的载体。
目前轿车上的驾驶室内一般都会采用一个单独的电器盒，集中保险丝、各种继电器等元件来进行电源分配、电路保护、大电流控制等，此电器盒普遍安装在仪表板下面，因此通常被称为仪表板电器盒。
电器盒在集成各元件时可采用各种各样的技术，如冲压板技术、印刷电路板技术等，因此电器又可分为成母线式电器盒（图一）、压金属板式电器盒（图二）、PCB（印刷电路）板式电器盒（图三）等等。
仪表板电器盒通常采用成压金属板式电器盒，主线路部分采用铜条结构，即利用不同形状的铜条进行电路的通断，其特点是工艺成熟，但铜条结构的显著缺点就是对相应部件的条件要求较高，铜条本身的模具精度要求较高，结构复杂、装配繁琐；同时功能的更改较困难，很难做到产品的通用性，产品价格一般比较昂贵。
另一种PCB（印刷电路）板式的电器盒，其技术特点为：采用PCB板集中各种保险丝、继电器等，结构简单，更改起来也比较方便，但存在以下问题：1、当设计回路中的电流或电源分配结构发生较大变化时，必须对PCB板的电路进行重新设计；2、PCB板式的电器盒一旦定型，其电路就被固化，对于不同的车型，固化后的PCB板不能随着电器件的变化而进行自由组合，必须严格按照PCB 板当初的设计进行电路设计，给电器设计者带来很大的局限性。
因此PCB板式电器盒仍然存在通用性差、体积较大的缺点；3、由于PCB板式的电器盒必须采用接插件进行电路连接，因此线束上需要增加大量的插接件，这不仅增加了线束的成本，同时由于增加了线路中的接点，不可避免的增加了回路中的电阻，也增加了回路中的故障点。
还有一种母线式电器盒，其技术特点在于：所有的保险丝、继电器都是通过导线与主电源接口和电器件相连接，因成本低廉，目前被广泛采用。
但此种电器盒的缺点也显而易见，传统的母线式电器盒采用单线组装，所有回路全部采用导线与端子间的压接实现。
这种结构导线回路较多，生产、售后维护检修电路极为不便，且生产过程中多为手工操作，自动化程度较低，质量不易于控制。
图一：母线式电器盒图二：冲压板式电器盒图三：PCB板式电器盒二、电器盒开发流程2.1 概念分析设计阶段概念分析设计阶段是电器概念设计定义阶段（如图一），针对整车项目，给出整车电器盒设计的计划、电器盒配置以及电器盒结构；并且在此阶段释放供应商调查表，对电器盒有个详细了解。
根据整车项目计划，分解出电器盒开发计划，并生成电器盒开发状态跟踪表；（1）配置及成本分析根据整车电器配置、电器沿用件清单等输入文件，定义整车电器盒控制逻辑初版；此阶段电器盒开发输出电器盒控制逻辑图、VTS 以及节点信息表,收集整理benchmark 车数据（电器盒类型、电器盒控制逻辑、电器盒材料等）（2）法规认证分析根据公司的整车配置表、VTS 描述文件和相关车型对比表分析，以及公司对整车的市场定位，完成电器盒的法规分析、专利排查及产品可行性分析报告。
（3）释放供应商调查表释放供应商调查表给各节点供应商，对供应商空调系统的相关信息进行调查了解；主要是对电器盒沿用情况、遵循的标准、故障清单以及参数清单进行调查了解，以便后续的协议编写和审核。
（4）重大历史问题排查根据公司（部门）重大历史问题数据库，对电器盒问题进行排查，预防重大类似问题再次出现。
生成重大历史问题排查记录。
2.2部件设计阶段本阶段（如图二）是电器盒设计阶段，是电器盒设计的重要实施阶段，通过与供应商多次技术交流及电器盒相关技术问题跟踪，确定节点、技术协议和部件结构参数；确定完协议后供应商根据协议开始开部件数模，同时奇瑞工程师根据确定的技术协议开始编写针对电器盒的测试规范，DVP 试验规范等。
（1）技术要求分析编制及审核本阶段工作主要为奇瑞根据公司整车配置要求，细化部件详细技术参数。
然后与供应商确认，根据实际情况在满足整车配置要求的情况下修改，并返回完善修改补充相关文件。
（2）本阶段重点工作为保险丝继电器计算说明。
2.3测试认可阶段。
三、电器盒设计在设计的过程中，为保证整车电路设计的可靠性，需要针对保险丝，导线，插件/端子，继电器等进行设计选型计算3.1 电源分配设计根据整车3.2 保险丝设计3.2.1汽车保险丝的简要说明3.2.1.1该元件的综述汽车保险丝又称为汽车电器设备短路或过载保护的熔断器，即：将熔断器接于电路中，当电流超过规定值和规定的时间时，使电路断开的熔断式电器保护元件。
熔断器中的熔片或熔丝用电阻率较高的易熔合金制成；或用截面积甚小的良导体制成。
线路在正常工作情况下，熔断器中的熔丝或熔片不应熔断，一旦发生短路或严重过载时，熔断器中的熔丝或熔片应立即熔断起保护电路和电器设备之用。
作为电路保护元件，概括起来保险丝主要有如下几种类型：a 、片式保险丝（包括自动保险丝和迷你保险丝）：由两个片形插头式输入输出端子与一个熔丝组成的电导体件和一个绝缘体件所构成； b 、插入式保险丝由两个片形插座式输入输出端子与一个熔丝组成的电导体件和一个组合的绝缘体件所构成； c 、旋紧式保险丝由两个片型插头式的适合螺钉连接的输入输出端子与一个熔丝组成的电导体件和一个组合的绝缘体件所构成；d 、管式保险丝；e 、平板式保险丝平时我们所说的慢熔保险丝（延时保险丝）（Slow Blow Fuse ）的种类有插入式、旋紧式和平板式的；快熔保险丝(片式保险丝)的种类有自动保险丝(Auto fuse)和迷你保险丝(Minifuse)。
在整车电路设计的过程有关保险丝容量的确定需要根据整车各电器系统负荷大小及电气性能特点，保险丝种类的确定需要根据各电器系统的电气特性及中央电器盒的设计等综合考虑。
3.2.1.2 适用范围我公司现有车（A11、S11、B11、T11）上所用的保险丝的种类如下图。
插入式保险丝旋紧式保险丝迷你保险丝（minifuse ）自动保险丝（autofuse ）3.2.2 设计构想3.2.2.1 设计原则在整车电路设计过程中应最大限度的继承现生产或已确定性能可靠厂家的保险丝，再根据整车中央电器盒的开发状态和某系统控制电路设计中的电气参数的要求及保险丝所装配环境条件等选用相应保险丝容量及类型，这样可以降低产品开发成本、缩短开发周期、保证产品质量等，同时也便于各种规格保险丝的管理及售后服务市场。
在设计整车电路的过程中，应根据电器负载的额定电流及保险丝容量确定的经验公式计算出整车各电器系统线路上所需保险丝的容量，随后根据各电器负载的电器特性选择保险丝的类型（慢熔式的还是快熔式的保险丝），再根据中央电器盒的结构特点选择保险丝的种类。
例如：S12的冷却风扇保险丝的确定：风扇电机的工作功率为160W，根据保险丝确定的经验公式计算出所需容量为30A 的保险丝，再由风扇电机的特性选择慢熔保险丝比较合理，最后根据中央电器盒的结构特点确定此慢熔保险丝的种类。
一般情况下，在常温（25℃）下选择保险丝容量的75%为电器负载的工作电流，当环境温度生高时，保险丝的载流能力会下降，下面有经验公式可以在确定保险丝容量时作为参考：（If ：保险丝的理想值；RR：温度折减系数；In：正常工作电流值）例如：一个快熔断保险丝在90℃条件下工作，并在1.5A时工作，如下图所示，温度折减率RR 是95％。
那么保险丝的理想值则是在这种情况下，推荐使用2A的保险丝。
保险丝在电路中的位置，要想使保险丝在电路中充分发挥其电路的保护作用，设计电路时应该注意保险丝在电路中的位置，具体如下图解释：如电路图①所示在A、B处发生短路时，此保险丝能起到保护电路和开关的作用；如电路图②所示在A处发生短路时开关会烧坏，而保险丝不能在短时间内熔断。
如在B处发生短路此保险丝能起到保护电路的作用；如电路图③所示在A处发生短路时开关会烧坏，而保险丝不会熔断，即：此路的保险丝起不到电路及电器元件的保护作用。
所以保险丝在电路中的位置设计比较合理的是电路图①。
备注：对与继电器和保险丝集成在一个电器盒的情况，保险丝接法如图①或图②的关系不大（因在同一电器盒内发生短路的可能性不大），反之最合理的接法参考图①。
a、选择保险丝的9个要素额定电流――In保险丝的额定电流是指它的公称额定电流，通常就是电路能够长期工作的最大电流值。
正确选择保险丝的额定电流应注意下列几方面。
①要考虑保险丝的折减率。
例如，设电路的工作电流Ir＝1.5A，对于保险丝，则必须考虑折减率f0，有In＝Ir/ f0＝1.5/0.75＝2A,这里f0取0.75。
②如果额定电流不是通用的，应该选最邻近的较高值。
③保险丝的额定电流只是它的标称值，而选择它的实际动作时间和动作速度等时必须仔细察看它的熔断特性，然后才有可能准确的选好保险丝的额定电流。
④直接将要求熔断的电流值作为所选用保险丝的额定电流值是错误的选择方法。
额定电压――Un保险丝的额定电压是指它的公称额定电压，通常就是保险丝断开后能承受的最大电压值。
保险丝通电时；两端所承受的电压大大小于额定电压，因此额定电压基本上无关紧要。
在正确选择保险丝的额定电压时，应考虑以下几方面。
①额定电压应该等于或大于电路电压。
例如，250V的保险丝可以用于125V的电路。
②在低电压的电子电路中，交流保险丝可以用于直流电路。
③关于保险丝的额定电压主要应考虑：当电路电压不超过熔断器额定电压时，保险丝是否有能力分断给出的最大电流。
b、环境温度环境温度或已知的工作温度对保险丝的动作有直接影响。
环境温度越高，保险丝在工作时就越热，寿命也就越短。
保险丝的各项技术要求都是在室温25℃条件下制定的。
如环境或工作温度较高，则要考虑保险丝的温度折减率。
电压降/冷电阻――Ud/R一般情况下，保险丝的电阻值与它的额定电流值成反比。
在保护电路中要求保险丝的阻值越小越好，这样它的损耗功率也小。
因此在保险丝参数中规定了它的最大电压降值。
保险丝的电压降是通以直流额定电流，使保险丝达到热平衡后所得的电压读数。
保险丝的冷电阻是在小于额定电流10％的条件下测得的电阻读数。
保险丝的电压降和冷电阻可以互相换算。
小规格保险丝的电压降对低压电路的影响较大，务必注意！在极端情况下它会使电路无法输出工作电流。
时间－电流特性――I-T特性或安－秒特性当经过保险丝的电流超过额定电流时，熔体温度逐渐上升，以至最后被熔断，这就是过载状态引起的后果。
