使用 SXL、GXL 和 TXL 导线的低成本汽车布线解决方案

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在为汽车应用选择低压电缆时,工程师有成千上万种电线类型、截面和材料组合可供选择。要启动任何新的设计项目,都需要仔细审查项目要求、时间限制和预算约束。

幸运的是,有几种经 SAE 认证的低成本电线类型,其弹性足以应对公路和高速公路上面临的最恶劣条件。

汽车应用的典型设计考虑因素

对于汽车产品来说,工程师设计的产品必须经久耐用,而且需要在很宽的温度范围内工作。这包括从远超 100°C 到远低于 0°C 的条件。这些类型的设备和产品必须在阳光直射下、汽车引擎盖下或其他温度较高或冰冻的车辆部分工作。

此外,还可能接触到刺激性化学物质,如汽车流体、汽油、机油和燃料。汽车产品通常需要低成本才能满足最终消费者的需求。考虑到汽车有各种不同的选择、尺寸和车型等,设计的灵活性也是一大优势。最后,由于汽车生产量大,因此产品的设计必须具有成本效益,并能可靠地进行大批量生产,年产量可超过 100 万辆。

环境条件类型

最具破坏性的环境条件之一是车辆引起的振动。这可能是运输引起的振动,例如卡车在颠簸的高速公路上所经历的颠簸。也可能是发动机,尤其是柴油发动机产生的低频振动。路面、坑洼和路面上的其他物体都可能引起这类振动。

车辆内部的系统共振会给脆弱的系统部件带来高能低频振动。我们都曾驾驶过这样的车辆:在高速公路上行驶时,车速在 65 英里/小时左右时似乎会抖动,但当你加速或减速时就会停止,并远离诱发抖动的车速范围。这种类型的共振通常表现为前端对齐不良,会导致脆弱的布线系统更加疲劳。

此外,汽车线束必须能够承受极端的温度波动。在寒冷的隆冬季节启动车辆会迫使发动机部件在冰点以下运行,并接近其温度下限范围。随着发动机迅速升温,所有相邻材料也开始变暖,组件和线路可能会受到严重的热冲击,温度迅速升高产生热膨胀。如果线束与正在运转的发动机紧密接触,线束可能会因直接暴露在极端高温下而被烧毁或熔化。总之,汽车线束会经历大量的滥用和磨损,其可靠性是汽车制造商和最终用户都非常关心的问题。

组件中散装电线的首选特性

使用汽车级散装电线的主要好处之一是它具有固有的耐高温性能。这些电缆组件设计用于在超过 125°C 的温度下反复暴露。这些类型的线束还必须具有坚固的外护套和绝缘材料,能够经受发动机舱磨损部件和系统其他运动部件的反复暴露。

导线疲劳、烧蚀和磨损都是这类导线组件需要考虑的问题。当电线穿过车辆的不同部分时,可能会与底盘、车架和其他刚性部件发生密切接触,久而久之就会磨损这类线束上脆弱的绝缘层。因此,既要保持电线横截面的柔韧性,又要坚固耐磨,是汽车电线最关键的设计要求之一。

此外,这些类型的线束在偶尔接触常见的汽车油液和化学品时也必须经受住考验。这并不意味着线束必须经受长时间浸泡在汽油中或浸泡在刺激性液体中,但它必须经受短期暴露在这些类型的材料、污染物和液体中。如果汽车线束暴露在这些类型的液体和化学物质中,导线护套必须保持完好无损,并将性能降低到最低程度。SAE 将汽车流体暴露的合格/不合格标准定义为电线护套外径的变化。如果在暴露过程中或暴露后这一尺寸膨胀过大,导线的电气和热性能可能会受到影响,导线也会被视为不合格。

从工作电压的角度来看,汽车线束通常在支持 50 伏直流或更低电压的电气系统中工作。车内的某些系统(如 USB 充电端口)的工作电压甚至可能低于 12 VDC。由于大多数车辆使用 12 伏直流主电池,因此大多数电气系统的工作电压不需要高于 12 伏直流。因此,额定电压为 50 伏直流或 60 伏直流的低压电线适用于汽车电气系统。

适当的 SAE 规范

SAE 的前身是汽车工程师学会,它制定了一项规范,涵盖车辆中使用的低压电气线路。SAE J1128 定义了几种符合这些规范的电线类型。SXL、GXL 和 TXL 电线是最常见的材料类型,也是汽车应用中高可靠性线束的行业标准。

这些电线护套材料都是交联聚合物,具有极佳的耐磨性和柔韧性。在符合 SAE J1128 标准的交联聚合物系列中,GXL 和 TXL 是最常见的电线类型。由于 GXL 和 TXL 电线是交联聚乙烯,这些热塑性电缆与标准 PVC 护套电缆相似,但具有更高的耐温性和耐磨性。

使用符合 SAE J1128 标准的 GXL 和 TXL 线缆的另一个好处是,这些线缆的护套对汽车流体和化学品具有良好的耐受性。根据 SAE 标准,这些电线护套必须能够承受发动机油、汽油、乙醇、柴油、动力转向液、变速箱油、冷却液甚至电池酸等加热液体的侵蚀。在接触这些化学品后,护套材料的膨胀不能超过 SAE 规定的一定允许量。

GXL 和 TXL 电线在汽车应用之外的用途

GXL 和 TXL 线材不仅适用于汽车应用,事实上还可用于任何要求高可靠性、低价格、耐发动机油液、耐高温和耐粗暴操作的行业。这种线材非常适合用于海洋环境、工业设备、重型机械、农用设备,甚至海上钻探和勘探活动。

GXL 和 TXL 型导线与其他单导线一样,易于端接和组装。单导体分立导线几乎可以压接或焊接到任何类型的连接器体上。GXL 和 TXL 导线与整个电子制造过程中使用的普通 UL 认可的连接线相似。

如果成本和时间允许,还可以定制 GXL 和 TXL 导线。这包括用多根 GXL 或 TXL 导线创建定制多导体束,甚至为特定应用挤出定制护套直径,以匹配现有设计。通过保持相同的外径,定制导线挤出可以与现有的包覆模具相匹配,从而减少模具费用和开发时间。理论上,在线材挤压过程中,只需简单地更换挤压模具,就能实现这一切。与制造业中的任何定制生产一样,在大批量生产之前,有必要提供样品以验证设计。

总结

SXL、GXL 和 TXL 线材类型仍然是一种廉价、灵活、坚韧且经过验证的设计,不仅适用于汽车应用,还可用于任何需要高可靠性、低成本解决方案的地方。对于汽车行业以外的许多行业,遵循 SAE 导线护套材料指南仍然是线束设计的标准。尽早与像 Epec 这样提供全方位服务的电缆组件制造合作伙伴合作,有助于在设计限制因素成为高风险并影响项目计划之前对其进行审查。

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