整车电气系统设计手册

整车电气系统设计手册Last revision on 21 December 2020

系统设计篇

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序言

本文以汽车的开发流程为主线，说明整车电路系统的设计开发过程。主要包括五个部分：电路系统设计概述、电路系统概念设计、电路系统工程设计、电路系统设计验证、总结。

本手册较详细地叙述了整车电路系统的开发流程及设计思想，凝聚了全科工程师的辛劳和汗水，汇聚大家的思想与智慧，期望能对各位电路工程师有所帮助。同时，由于编者水平有限，时间仓促，存在很多不足与错误，需要各位工程师的不断完善和丰富，也请读者给予斧正，力求使本手册能够更好的为整车电路系统的开发设计服务，提供一个系统的、完整的设计思路与方法，进而提高公司电路系统设计的开发水平。

本手册可以作为新员工培训和学习的资料，也可以作为其他相关工程技术人员的学习和参考。

第一章电路系统设计综述

整车电路设计主要任务是实现整车电器系统的集成匹配，通过线束将蓄电池、发电机、电器盒、各种控制器和车用电器等，按照一定的控制关系连接起来，实现整车电器的正常工作。按开发的阶段来分，它主要分为概念设计阶段、工程设计阶段、设计验证阶段和设计完成阶段。

整车电路设计的开发流程

按照公司的开发手册规定，新产品开发基本程序按产品开发项目节点控制

从P0～P9阶段共设有10个项目节点，用来确保产品和过程已达到适宜的成熟、稳定。以P2点作为起点，整个开发周期为35个月，参照公司开发流程的规定和整车电路设计的特点，把整车电路开发分成四个设计阶段：概念设计阶段、工程设计阶段、设计验证阶段、设计完成总结。并制定了整车电路的开发流程图。

接上图

各开发阶段简介

1.2.1 整车电路的概念设计

整车电路的概念设计从公司下发的项目开发指令开始，对应于公司新车型开发节点的P2，是整个项目工程正式启动的开始，也是整个新项目计时和考核的起点，其主要任务是完成产品技术方案的可行性分析。

此阶段的主要工作内容是，根据项目的输入，如配置表、开发类型、项目开发计划、生产纲领、SOP时间等，确定整车电路的项目组成员、制定产品设计开发计划、进行产品的Bench Mark分析、可行性分析、专利查询，完成重大、典型历史质量问题、单元电路图收集，完成整车电器二维布置图、整车线束布置方案、产品技术描述、PART LIST、沿用件、标准件、通用件清单的编制，整车电器原理图（构想）等工作。

1.2.2 产品工程设计阶段

此阶段的主要工作任务是完成供应商的选择及技术协议的签定，完成整车电路系统的详细设计工作，最终形成产品的P阶段2D图纸，并下发供应商。其主要工作内容有：

完成整车电路原理设计；

完成EBOM编制；

本阶段的主要交付物为：

1.2.3 设计验证

此阶段主要工作任务是产品的试制试验，完成产品设计的B认可工作。主要工作内容如下：

1、制定DVP计划并实施；

2、编制整车电器系统检测规范并实施；

3、完成产品B阶段设计；

本阶段的主要交付物为：

1.2.4 产品认可

此阶段主要工作任务是完成产品设计的D认可和工装样件认可工作。主要工作内容如下：

1、继续完成产品的OTS认可工作；

2、验证EBOM；

3、进行设计变更，对部分零部件做产品优化；

4、完成D图发放。

本阶段的主要交付物为：

第二章电路系统概念设计

整车电路的概念设计从公司下发的项目开发指令开始，也是我们正式介入新项目开发的起点,在这个阶段里,我们要完成产品技术方案的可行性分析。主要工作内容如下：

设计输入

2.1.1 产品的开发类型

根据我公司新产品开发手册的规定，整车项目的新产品开发可分为：平台开发、车型开发、变型开发。新产品开发属于何种类型，由项目管理委员会在产品型谱规划阶段和新产品建议阶段根据新产品前期研究成果和项目的战略内容来确定。几种开发模式分别定义如下：

●平台开发：开发全新的平台，全新整车造型、系统结构、配置、布置的整车项目。

●车型开发：在已有平台的基础上，全新整车造型和布置，通常选用已开发成熟的零部件，对整车系统结构进行改动的整车项目。

●变型开发：保留平台，通过局部改变造型和布置，选用已开发成熟的零部件对车型进行小范围改动的整车项目。

不同的开发类型决定了我们在项目上的人力资源分配和工作范围，而新车型开发类型及平台类型的确定，对项目小组成员的确定、整车电器目标的设定等起着重要作用。

2.1.2 产品的基本信息

在概念设计阶段，我们通过对油泥模型的评审，以及新车型用途、用户群、销售区域、整车价位、整车风格特点、竞争车型等相关信息的定位。初步确定新车型开发涉及的法律法规、新技术的采用、产品设计目标。

2.1.3 配置表

整车配置表详细的反映了整车电器零部件采用情况，帮助我们在项目初期对整车电器有总体上的、较为具体的把握，同时为整车控制策略的确定、电器盒的选型提供依据。

数据分析

新的车型设计开始之前，对车型的分析研究是非常重要的。整车电路的主要分析内容应包括：整车配置分析、整车电路系统的功能和控制策略、主要电器参数、整车电路系统的可维修性、特殊电器系统的分析、各种细节分析等等几个方面。

2.2.1 整车配置分析通过对车型的配置分析，我们可以从宏观的层面上对整车电路系统获得一个认识。初步确定该车电器方面的配置要求，为新车型的电源系统设计、电器盒选型、控制策略确定、电器系统布置提供前期分析的依据。

电器配置表的格式如下：

2.2.2 电器功能分析：

通过对车型的电器配置及其电器功能等参数资料收集及分析，编制竞电器配置和各电器系统的控制逻辑及电器参数列表。该列表的格式如下：

2.2.3 知识产权分析

在整车电路设计过程中，选用的新物料（如插接器、电器盒、蓄电池电线接头、滑门线束）都应进行专利审查，避免由于专利问题引起设计纠纷。

2.2.4 重大、典型历史质量风险排除

为避免重大、典型历史质量问题的生现，在设计开始之前，我们应该对重大、典型历史质量问题进行回顾，吸取经验教训，继承成熟稳定的技术方案，或根据新车型的特点，制定相应的解决方案，避免重大、典型历史质量问题在新车型上重现。

bench mark 测试

新的车型设计开始之前，对竞争车型的分析研究是非常重要的。整车电路分析内容至少应包括：整车电路系统的功能和控制策略、主要电器参数、整车电路系统的可维修性、特殊电器系统的分析、各种细节分析几个方面。根据竞争车型的具体情况，我们可以把整个分析过程分为：整车功能检测、拆车过程电器性能测试、拆车后零部件测试分析。

2.3.1 整车电器功能测量

整车电器功能的测量，按照的方法进行测量。

2.3.2拆车过程电器性能测试

对于部分BENCHMARK车型我们将进行拆解分析，在整个拆解过程中，对于电器部分我们需要作以下分析：1、整车电器件、线束、紧固件、橡胶件、搭铁点等的布置位置，2、电器件的结构、固定方式以及外形尺寸，3、分析、收集各电器元件的技术参数，4、电器零部件拆卸力矩，搭铁点的电压降，5、电器零部件的安装方式。

最终以《Benchmark车型-整车电器系统综合分析》出具分析报告。

拆车后零部件测试分析

拆车后，需要对一些关键件进行试验分析，例如蓄电池、电器盒、橡胶件、线束、紧固件等零部件；

蓄电池的测试分析参照我公司蓄电池标准Q/SQR 04·075，电器盒的测试分析参见我公司标准Q/SQR 04·029。

对于线束、紧固件、橡胶件需要分析结构、材料、安装方式等方面的分析，可以按照《Benchmark车型-整车电器系统综合分析》格式出具分析报告。

概念设计

2.4.1 单元电路图初步设计

在整车配置表确认后，需要单独对电器部分的配置进行分析，并列出所需设计的单元电路图的跟踪清单，跟踪项目组相关成员进行收集提交。单元电路图设计确认过程中插接器及引脚定义应该严格按照电子电器部“线对板插接器标准化”的要求进行。如有改变，必须经过部门评审签字后生效。

整车电路设计工程师，根据项目下发的配置表等相关信息，初版单元电路图，组织各电器系统的工程师进行整车电器的讨论、匹配、集成，如开关与用电器间的控制关系、触点容量的确定，控制逻辑的初步确认；收集电喷、ABS、安全气囊等系统的系统需求并将这些系统与整车系统的集成进行规划构想。初步完成各电器系统的设计构想确认和各电器系统间的集成。并以此为依据，完成电器盒、控制器、电源系统等选型，规划整车控制策略。

2.4.2 设计构想书的编制

设计构想书的内容应该包括：整车电路平台定义，影响整车电路开发的关键零部件定义，延用件开发件情况、重点变更电路或新技术运用方面的分析构想，整车电路设计目标设定等，此文件需交由部门相关领导审核后归档。

2.4.3 整车控制策略的编制

在概念设计期间，需要勾画出整车的控制策略框架，计算车整车电路系统大概包括那些用电单元，其负载大致多大，每个用电单元采取何种控制方式，如何控制同时需要对整车的用电器进行初步确定。并设计整车电器控制图。同时，计算出需要何种电源分配中心、

电源系统来满足整车电器的需求。

2.4.4 FMEA编制

FMEA旨在及早识别出潜在的失效，因此愈早开始愈好。一般来说，在一个设计概念形成，设计方案初步确定时应该开始FMEA初稿的编制。随着设计活动的展开，在设计的各个重要阶段，对FMEA的初稿进行评审，不断进行修改，FMEA作为设计活动的一部分，应该在设计任务完成（如设计图样完成，过程设计文件完成）之时完成FMEA工作。

FMEA是一个动态文件，在整个产品寿命周期内，根据反馈信息，在进行设计修改时对FMEA进行重新评审和修改。要`注意，任何为改进系统某一问题而进行的设计修改活动，都要谨慎地评审它对系统，对相关的部分的影响。因此要对DFMEA进行重新评审，并做必要的修改。

第三章电路系统工程设计

整车电路设计

3.1.1 单元电路图设计

在整车电路系统的工程设计中，首先需要完成各个单元及电器元件的单元电路设计，各电器件负责人需根据如下要求制定出签字版的资料提交给整车电器系统科相应的负责人。并对相关的信息和参数逐步进行分析、确认、计算。

①根据VTS的要求讨论并制定主要单元电路、电器件零部件组成，比如空调需要确定蒸发器结构类型、风门控制机构数量、传感器数量、电子调速器、压缩机类型、冷凝器类型等，并应开始编制初级BOM表；

②电器件的额定电压、工作电压范围、额定功率的确定；

③额定工作电流、最大工作电流（电机阻转状态）、静态耗电电流的的大小也应列入首要考虑范围。

④诊断接口定义、通讯协议按照我公司OBDⅡ标准执行。

收集完各系统图纸后需从蓄电池容量的确定，发电机功率的选用，导线的设计，线色的选择，保险的设计计算，继电器的选择，搭铁点的选择等方面进行单元电路图的设计计算。

注：单元电路收集应给各部门下发单元电路调查表

3.1.2 电路保护设计

在电路的设计中，电路的安全是需要重点考虑的一个问题，也就是说必须考虑到电路的保护，和电路的控制，及整个电路中各个远见的匹配，以下重点讨论保险丝和继电器的设计选用。

一、保险丝的设计：

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。

(一) 保险丝容量的确定

确定电路电流后，选用规格合适的保险丝，。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，可参考下列2种经验公式，分述如下：

A、公式一：

I f -保险丝的额定电流理想值 RR-温度折减率 I

n

-正常工作电流值

其中I

n =P/U

n

，可根据负载的功率和额定工作电压求出，再通过保险丝的温度

折减率曲线得到该保险丝工作环境温度下的温度折减率值。将In、RR代入公式即可得出的I

f

值。

选择现有规格里与I

f

最相同或稍大的即为保险丝额定电流值。

例如：一个Ato Fuse保险丝在90℃条件下工作，并在1.5A时工作，从下面的温度折减率曲线图中查得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。

B、公式二：

其中：

保

I —————

通过计算得出的保险丝的电流

I ——————

是指用电器在常温情况下（25℃）工作电流，一般情况下75

.00额＝I I

额I —————

用电器的额定电流 额

P —————

用电器的额定功率 额

U —————

用电器的额定电压

t

k —————

保险丝最大工作温度时的修正系数

k —————温度系数k=℃

t —————保险丝所在位置最大工作温度 t 0—————常温时的温度，t 0=25℃

一般情况，保险丝规格最终选用大于计算值的最近规格；对于工作时间较短，不常用的电器件可以选择相对较小规格的保险丝。 设计输入：

室内最高工作温度选85℃ 前舱最高工作温度选120℃

以上二个保险丝的计算公式，优先选择公式一

对于共用保险的情况要根据所挂负载的总功率计算保险大小，但一定要根据上表保险与导线的对应关系选好相应的导线。但针对ECU 及其上传感器，安全气囊，ABS 等影响整车安全的电器件上所带的负载，不允许共用保险。每个大电流负载必须有自己单独的保险丝。 （二）保险丝类型的选定

根据电路中电器负载特性选择保险丝的类型（慢熔式的还是快熔式的保险丝）。保险丝按熔断特性不同，可以把分成慢熔保险丝和快熔保险丝。快熔保险丝常用在阻性电路中，保护一些对电流变动特别敏感的元器件；慢熔保险丝常用在电路状态变化时有较大的浪涌电流的故障时仍能较快地断开电路。

最后根据保感/容性电路中（如因风扇电机电路），它能承受开关机时浪涌脉冲的冲击，而真正出现险丝的装配位置选用结构合适的保险丝类型。优先选用安装后占用空间不大的保险丝。

（三）保险丝位置的设定

要想使保险丝在电路中充分发挥其电路的保护作用，设计电路时应该考虑保险丝在电路中的位置。

如下图所示：

如电路图①所示A处或B处发生短路时，保险丝能及时熔断，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，而保险丝不能及时熔断，无法保护前端的线路和开关。如在B处发生短路保险丝才能及时熔断，能起到保护电路的作用；

如电路图③所示在A处发生短路时开关仍会烧坏，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。

（四）其他注意事项

确定保险丝的规格型号后，优先选择已用的保险丝，减少开发周期（减少了产品性能试验验证）。

二、继电器的设计

汽车继电器是具有隔离功能的自动控制元件，当输入量（如电压、电流）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化，实现对被控电路实现“通”、“断”控制。主要用于电路的控制和转换。汽车继电器在汽车电器控制中也就是起小电流控制大电流的放大作用。即：用一个很微小的控制量去控制很大功率的汽车电器。

（一）继电器的选型

一般轿车上常用的继电器额定电压为12V，以下参数均针对此类型继电器而言。①工作电压范围的选择：工作电压范围9~15V；动作电压（吸合电压）≤；释放电压（断开电压）~。②电寿命的选择：根据功能的差异电寿命的要求也不同，常动作的继电器（如闪光继电器）其寿命≥5×105次，一般的继电器寿命≥1×105次即可。③线圈额定电流的选择：一般优先选用带并联电阻型继电器，额定电流≤ 170mA。④电流负载的选择：根据用电设备的额定电流，选用相应额定电流的继电器，继电器的额定电流取决于触点的负载性能（触点的材质镀层相当重要）。⑤触点压降：对于常开继电器触点压降应不大于10mV/A，对于常闭继电器触点压降应不大于15 mV /A；最大电压降不应大于100 mV。

（二）汽车继电器的选用

根据电路系统控制逻辑确定继电器的结构，根据电路负载的电气特性和工作环境选择继电器规格。（防尘罩继电器和塑封继电器）

（1）继电器结构的选用

根据电路控制系统逻辑，选择继电器触点的组数和形式。继电器触点形式有一组常开触点（1H）、一组常闭触点（1D）、一组转换触点（1Z）、两组常开触点（2H）、两组常闭触点（2D）、两组转换触点（2Z）。根据电路具体逻辑从上述结构中选择继电器触点组数和形式。

常见的大灯负载、电机负载、感性负载电路中的浪涌电流很大，电路中的继电器触点容易产生烧蚀，一般采用RC网络、二极管、压敏电阻等触点保护装置减少触点的烧蚀。

同时触点材料根据负载的不同，可从Ag-Pd、、AgSnO、特殊AgSnO几种材料中选用，各种材料的优缺点和应用如下表：

注意：当继电器触点切换低电平信号时（低电平一般指开路电压为

10mV~100 mV ，触点转换电流为微安级到10mA），由于触点表面的有机物、化合物难以在转换负载时消除，导致触点电阻大而不稳定，触点压降递增，最终导致失效。因此，对汽车上需切换低电平信号的车载通讯、音响和GPS信号时，应选用通讯继电器。

（2）环境因素对继电器选用的影响

继电器的工作温度应满足工作环境温度的要求，对继电器的耐温要求应根据继电器所装配位置的环境温度进行确定。装配在乘客舱内的继电器的工作温度应保证：-40℃～+85℃；装配在前舱的继电器的工作温度应保证-40℃～

+125℃。在发动机舱热场改良后，个别位置的温度不会高于125℃，如需降低发动机舱的继电器工作温度应进行温度场确认。

在潮湿（湿度超过RH85%）、有腐蚀性气体的环境下（如发动机舱中），应使用塑封继电器。其他区域（如乘客舱）可选用防尘罩继电器。

（3）继电器额定电流的选择

继电器额定电流的70%不应该小于负载的平时的正常工作电流；例如：工作电流为10.5A 的负载应选用额定容量不小于15A 的继电器，这样继电器才能长久地可靠地工作。确定所选用的继电器各项技术参数应满足电路设计及相应的实验标准要求。

（4）继电器线圈参数的确定

继电器动作后，如果降低保持电压会减弱产品的抗振性，有可能在汽车颠簸时发生误动作。推荐使用的保持电压应高于80%的额定电压。、

继电器的释放电压一般为10%的额定电压，当线路上残余电压过大时，会造成继电器不释放。