汽車上裝備的用電器越來越多，使得整車中搭鐵點和搭鐵導線也越來越多。如何保證用電器可靠搭鐵成為線束設計中的一項重要工作。設計過程中一定要根據用電器的性質、功能的不同，合理設計搭鐵點和搭鐵線，才能最大限度地保證汽車電器的良好工作狀態。

 

1 搭鐵的概念及作用

 

汽車上的用電器均采用并聯連接，所有電路都有正極和負極。大多數是蓄電池正極線直接與各用電器連接，蓄電池負極線直接搭在發動機和車身金屬件上，各用電器的負極線通過線束就近搭在發動機和車身金屬零件上，利用發動機和車身金屬零件作公共通道，回到蓄電池負極，形成閉環回路。這種負極與發動機和車身金屬零件相連接的方式就稱為搭鐵，俗稱為接地。汽車上的負極導線通常稱為搭鐵線。

 

整車電路中，搭鐵對整個電路而言非常重要。搭鐵回路的優劣是汽車電器工作好壞的關鍵。搭鐵點分布在汽車全身，主要集中在儀表板管梁、車身底板、前機艙等部位，有些搭鐵部位容易沾泥水 ﹑油污或生銹，這些情況都可能引起搭鐵不良，從而出現功能故障。例如搭鐵點處的車身上有漆、發動機搭鐵線緊固螺栓松動，或者搭鐵端子腐蝕電阻增大等，這些都會導致搭鐵不良，嚴重影響用電器的正常工作。因此，線束搭鐵設計必須保證其合理性和優良性。

 

2 搭鐵設計策略

 

搭鐵點數量、位置及每個搭鐵點連接的負載就是搭鐵設計核心。整車線束中搭鐵設計要合理，保證線束中的所有搭鐵線均要可靠搭鐵。搭鐵設計除要遵守就近搭鐵的基本原則外，還要遵循各系統的搭鐵設計原則，無特殊搭鐵要求的系統也要根據負載的類型考慮搭鐵點合并問題；搭鐵線及搭鐵端子的設計也至關重要；工藝方面，為保證搭鐵的可靠性，帶有絕緣漆層的搭鐵位置的去漆處理同樣不可忽略。

 

2.1　搭鐵設計原則

 

在搭鐵位置的選取中， 要遵守就近搭鐵的原則，且由于搭鐵點需要維護，應盡量布置 在易維護的地方。

 

就搭鐵點位置而言，優先選擇在車身各主要的梁上。除特殊情況外，不允許使用支架搭鐵。

 

在遵守就近搭鐵基本原則的前提下，還要考慮各子系統對搭鐵的特殊要求，無特殊搭鐵要求的系統也要根據負載的類型考慮搭鐵點合并問題。若電氣子系統有特殊搭鐵要求，應優先遵守其特殊的要求。根據各控制器及子系統要求，進行合理搭鐵設計，一般遵循以下原則。

 

2.1.1　獨立搭鐵

 

1）重要系統獨立搭鐵。發動機控制單元、制動控制單元（ABS）等對整車性能、安全影響較大，且易受其他用電器干擾，因此這些系統的搭鐵點一定要單獨設置。

 

2）安全系統獨立搭鐵。安全氣囊控制單元要求獨立搭鐵，為提高安全可靠性，保障功能可靠發揮，其搭鐵要求是不允許與其他用電器合用搭鐵點及搭鐵回路。

 

3）弱信號傳感器獨立搭鐵。弱信號傳感器搭鐵點最好是在離傳感器較近的位置，以保證信號的可靠傳遞。

 

4）無線電系統獨立搭鐵。為避免干擾，音響系統中需將音響獨立搭鐵，保證收音狀態的電磁兼容通過性。

 

2.1.2　同系統同搭鐵

 

同一系統同一搭鐵點，避免不同搭鐵帶來的懸浮電位對系統可靠性及準確性的影響。

 

同一系統負載組合到同一搭鐵回路，如儀表與燃油傳感器盡管距離很遠或有對接，但仍要組合到同一搭鐵回路，防止儀表燃油指示發生偏差。其他還有幾處可以組合到同一搭鐵回路，如主繼電器和ECU；點火線圈和行車必帶的感性負載（二次空氣泵、真空助力泵、起動繼電器、鼓風繼電器和壓縮機）前部各種燈具等。

 

2.1.3　關鍵系統復式搭鐵

 

重要的用電器采用復式搭鐵，目的是如果其中一處搭鐵失效，系統可以通過另一搭鐵點搭鐵，確保重要用電器工作的可靠性、準確性。如ECU、TCU 、BCM 、ABS 、儀表、空調、LCD等，需采用復式搭鐵。對于安全氣囊系統，它的搭鐵點不僅應單獨設置，而且為了確保其安全可靠，最好采用復式搭鐵。

 

2.1.4　電磁兼容（EMC）搭鐵

 

整車用電器數量不斷增加，且使用頻率逐漸提高，功率逐漸增大，使得汽車工作環境中充斥著電磁波，導致汽車電磁兼容（EMC）問題日益凸現。

 

單就整車電線束系統來說，是不好用EMC標準來衡量的，線束只有和各用電器組成系統后，才能有EMC方面一些特性。因此，EMC問題解決需要從整車電子系統層面進行考慮。重點要在各電器件功能設計的同時進行EMC設計，關注有源器件的選型和印制板設計等。同時，搭鐵設計也是EMC設計的重要環節。良好的搭鐵布置和改進的搭鐵線對整車的電磁兼容性有所幫助。

 

線束設計中，要重視EMC影響的相關搭鐵設計，借鑒以往設計經驗，并采取相應措施，如使用屏蔽線、搭鐵位置變換、將存在可能相互干擾的信號線分開成束等。另外，也可通過EMC測試，根據不同搭鐵線設計的測試結果，進行優選，反復試驗驗證。

 

在EMC問題中，尤其是發動機點火系統，面臨著電磁兼容的巨大挑戰。在某車型進行整車EMC測試過程中，一開始測試未通過，之后對搭鐵點進行更改，搭鐵點增加或位置改變，經過反復多次的搭鐵改進，EMC測試通過，最終確認的方案是在點火線圈分支處增加兩處搭鐵點搭在發動機上，使電磁兼容性得到了改善，見圖1實例。

 

 

2.1.5　其他設計原則

 

在整車線束搭鐵設計中，除滿足部分系統的特殊搭鐵要求外，其他用電器可根據布置位置及負載類型的具體情況共用搭鐵點。

 

同一類型的負載可以使用同一搭鐵點，基本原則是就近搭鐵，避免搭鐵線過長。但每個搭鐵點的負荷不可過于集中，搭鐵回路使用的導線一定要經過帶載能力計算，且要以同時工作的負載之和作為計算參數。

 

搭鐵點合并也要遵循一定的原則，有些負載是不能共用搭鐵點的。

 

設計中要避免不同類型負載相互影響，強弱信號搭鐵要分開，如傳感器類搭鐵不能與大負荷負載使用同一搭鐵回路；沖擊類型的負載避免與帶有電子元件控制器類產品合用一個搭鐵點。信號搭鐵和功率搭鐵不能鉚接搭鐵，需要分開對待，以避免信號間的相互干擾，因為它們對搭鐵的沖擊不同，而這種對搭鐵的沖擊勢必會影響較敏感的電子電器元件的正常工作。另外，通過鉸鏈連接的部位，不建議設置搭鐵點，如后背門上，因為鉸鏈連接部位易產生較大接觸電阻，形成電壓漂移。

 

2.2　搭鐵線設計

 

由于汽車上用電器較多，不可能讓每個用電器都單獨搭鐵，必然要把某些用電器的搭鐵線合并在一起，因此搭鐵線的接法就有以下2種，見圖2。

 

 

2種搭鐵線的接法各有優缺點，對比情況詳見表1。

 

 

無論使用哪種方法，都要綜合考慮盡可能地減短搭鐵線的長度、節省成本和提高性能。

 

搭鐵線走向設計要合理，且搭鐵線長度盡量短，同時也要和搭鐵點位置綜合考慮。

 

如蓄電池負極線、發動機搭鐵線等因導線截面積較大，所以一定要控制好線長及走向，減小電壓降；為增加安全性，發動機、車身一般都要單獨連接到蓄電池負極搭鐵。當控制器及子系統有特殊要求時，搭鐵應優先遵守其特殊的要求。如安全氣囊控制單元不僅要求獨立搭鐵，且要滿足規定長度（一般要求小于200 mm），保證線路損失最小。因此在前期布置安裝氣囊控制單元時，就要同時在控制單元附近設置單獨可靠搭鐵點，以保證系統性能。

 

另外，線束廠在生產線束時，一定要保證所有的搭鐵線壓接點壓接牢固，接觸可靠。布置在機艙內的線束搭鐵點，搭鐵線上要用帶膠的熱縮管處理。

 

2.3　搭鐵端子設計

 

搭鐵端子一般使用孔式端子，通過搭鐵螺栓或搭鐵螺母進行安裝固定。傳統圓形端子使用較為普遍，如圖3a所示。

 

 

但這種端子在裝配時會隨著螺栓或螺母的旋轉轉動，為了保證安裝后搭鐵線分支方向合理，安裝過程中就需要操作者用手把住線束，尤其是搭鐵線較粗的情況下，這種操作方式不是很便利（圖3b）。

 

搭鐵端子設計要合理，隨著線束設計的不斷改進，目前搭鐵端子的種類很多，可根據實車的具體情況進行選擇。目前使用較多的搭鐵端子都是有限位鉤的（圖4）。

 

 

除固定點使用的圓孔外，端子還有限位鉤，防止安裝過程中端子發生旋轉，可以保證搭鐵分支安裝后的方向。

 

另外，若鈑金處無法使用帶限位鉤的端子，可以考慮借用周邊結構進行限位，如圖4b紅色圈內的端子安裝時會按順時針方向旋轉，但端子左側有支架凸起結構，可以對搭鐵端子進行限位。對于某一個搭鐵點需要安裝多個搭鐵線的情況，可選擇使用適合多路搭鐵的端子，如圖5所示。

 

 

如圖5a所示的類似護套形式的多路搭鐵端子，可將壓接完的單根搭鐵線端子插入塑料護套中，而共同通過上面的搭鐵鉤進行搭鐵；

 

如圖5b所示的通過塑料結構固定多個單孔端子的結構，這種結構適用于固定在搭鐵螺栓上。

 

多路搭鐵中比較有優勢的端子是如5c所示的多個搭鐵端子勾接的形式。這種端子結構占用空間小，并能使一個搭鐵點的利用最大化，還可根據搭鐵線的多少來組合搭鐵片的勾接數量，有利于線束成本優化。

 

有時還需要根據搭鐵端子安裝位置的特殊性設計端子形狀，端子可能是折彎的。需要使端子安裝面和壓接線束的部分成一定的角度，以防止線束安裝后長期彎折受力而導致斷裂。

 

總之，要根據實際使用環境選擇最合適的端子。

 

2.4　搭鐵安裝工藝

 

在整車的搭鐵中，一般使用搭鐵螺栓匹配焊接螺母和螺母匹配焊接螺柱2種安裝方式，如圖6所示。

 

 

目前汽車上一般使用M6和M8兩種規格的螺栓和螺母，其中蓄電池的搭鐵一般使用M8的，其余使用M6的。要保證搭鐵的良好性，一般推薦采用圖6a的安裝方式，車身上的搭鐵點為焊接螺母形式，因為搭鐵螺栓可以使用帶壓印螺栓，安裝過程中可以更好地刮去焊接螺母中的漆，保證導電性。

 

還可在線束搭鐵端子和車身之間加一個內鋸齒鎖緊墊片，擰螺栓時就可利用墊片上的鋸齒將車身上的漆刮去。從工藝生產方面來說，焊接螺母形式優于焊接螺栓，如駕駛室內地板上采用焊接螺栓可能會影響地毯鋪設，同時也給操作者行動帶來不便。

 

車身搭鐵點的涂裝工藝處理在制造過程中容易被忽視，但這個小細節如果處理不當，可能會導致搭鐵點失效。搭鐵點的涂裝處理，目前國內主機廠采用的方式一般有2種：

 

一種是使用工藝螺栓遮蔽；另一種是在涂裝后利用螺栓進行“攻螺紋”處理，以達到對漆層進行清除的效果。

 

工藝螺栓遮蔽的處理方式適用于對車身焊接螺母進行電泳涂裝遮蔽。在車身進入涂裝車間之前，使用工藝螺栓進行預安裝，通過工藝螺栓與焊接螺母的緊密結合，防止電泳漆滲入，從而避免電泳漆在螺母內、車身與螺帽貼合面的形成。涂裝后處理工藝是搭鐵部位按照正常工序進行全部的前處理、電泳處理，涂裝完畢后，

 

通過用搭鐵螺栓攻螺紋的方式對焊接螺母內的漆層進行清除，從而實現導電。這兩種方式在主機廠均有使用，各主機廠根據自己的工藝特點進行選擇，兩種方式各有優缺點，詳見表2。

 

 

有自清油漆功能的帶壓印螺栓見圖7，螺栓螺紋頭部采用了三等分刮削槽，在螺栓外徑對稱壓印的結構形式。目前使用的搭鐵螺栓大多為這種帶刮削槽的螺栓。因此，搭鐵螺栓標準件的設計及品質至關重要，要保證搭鐵螺栓的自清漆功能以及在裝配過程中的平順性。

 

 

搭鐵點的去漆效果不理想，很可能會影響到搭鐵效果，導致相關系統發生故障。有個實際案例：故障車的現象為車輛儀表上的ABS、E S P 、安全氣囊報警燈常亮， 信息窗顯示“變速器故障”，速度表、里程表失效。通過使用診斷儀檢測，各故障系統中均有“ABS（ESP）丟失”的故障代碼。最后檢查ESP控制單元搭鐵線處有油漆，清除油漆后重新安裝，車輛恢復正常。車身搭鐵點的涂裝工藝處理直接會影響到搭鐵點的搭鐵性能，所以需要選擇合理的處理方式，從而保證搭鐵可靠性。

 

3 結論

 

電器件要工作就要有回路，而回路搭鐵線是必不可少的。搭鐵設計是一項重要的設計，也是難度較大的一項設計，所以要對其引起足夠的重視。在搭鐵設計中，要遵循就近搭鐵的基本設計原則、信號搭鐵與功率搭鐵區分對待、重要電氣系統的特殊要求等。因此搭鐵點的數量、具體位置及每個搭鐵點連接的負載就是搭鐵設計核心。搭鐵線的走向、搭鐵端子設計都要合理，這樣才能保證搭鐵的整體可靠性。另外，搭鐵的安裝工藝也是設計中不可忽略的一部分。目前，搭鐵設計已越來越受到重視，我們需要借鑒以往的設計經驗，并運用先進技術分析手段不斷提升設計能力。