Análisis de arneses de cableado impermeables para automóviles

Los arneses de cableado de los automóviles son equivalentes al sistema nervioso de los vehículos, ya que conectan un número cada vez mayor de dispositivos eléctricos y desempeñan un papel crucial en la transmisión de energía y la comunicación de señales. Afecta directamente a la calidad y el rendimiento del vehículo. Por lo tanto, además de cumplir con los requisitos básicos de rendimiento del vehículo, los requisitos de calidad del propio arnés de cableado también son muy altos. Entre ellos, el rendimiento a prueba de agua es uno de los indicadores clave para evaluar la calidad de los mazos de cables y desempeña un papel crucial.

Este artículo presenta algunas medidas comunes para mejorar el rendimiento a prueba de agua de los arneses de cableado de automóviles.

1. División de zonas impermeables para automóviles

El vehículo se puede dividir en zonas húmedas y zonas secas. Según el QC/T 29106-2014 (Condiciones técnicas de los mazos de cables para automóviles), una zona seca se refiere a las áreas en las que el mazo de cables no requiere un tratamiento impermeable especial, como la cabina, el compartimiento de pasajeros y el maletero. Esto incluye los arneses para el salpicadero, el techo, la consola central y el parachoques trasero. Las zonas húmedas son áreas fuera de las zonas secas en las que el arnés requiere un tratamiento impermeable especial, como el compartimento del motor y las cuatro puertas. Algunos ejemplos son los arneses del motor, los arneses del parachoques delantero, los cables de la batería y los arneses de las puertas.

1.1 Definición de los índices de impermeabilidad

La norma ISO 20653, titulada Vehículos de carretera: grados de protección (código IP), protección de los equipos eléctricos contra objetos extraños, el agua y el contacto, introduce el concepto de niveles de protección. Estos niveles definen el grado de protección contra elementos externos, como el agua, y se verifican mediante métodos de prueba estandarizados. Las definiciones específicas de los niveles de impermeabilidad se muestran en la Tabla 1.

1.2 Clasificación de los índices de impermeabilidad

Basándose en estas definiciones y en la estabilidad ambiental de las diferentes zonas, la norma ISO 20653 proporciona ejemplos de clasificaciones de impermeabilidad para varias zonas de automoción, como se muestra en la tabla 2. Además, la norma QC/T 413-2002, relativa a las condiciones técnicas básicas para los equipos eléctricos de automoción, especifica los requisitos detallados para los niveles de impermeabilidad en diferentes zonas:

Los productos que se encuentran bajo el capó o expuestos al exterior deben alcanzar la certificación IPX4 y superar las pruebas de salpicaduras de agua.

Los productos que se encuentren en la cabina o en el maletero deben cumplir con la norma IPX3 y superar las pruebas de rociado con agua.

Además, los controladores, los conectores y los componentes relacionados no deben colocarse a menos de 100 mm del suelo. Si es inevitable, se deben implementar las medidas de sellado adecuadas.

1.3 Definición de profundidad de vadeo

Durante el desarrollo del vehículo, situaciones como conducir por calles inundadas o zonas bajas requieren que se tenga en cuenta la capacidad de vadeo del vehículo. Esto introduce el concepto de «línea de vadeo», que representa la profundidad máxima que el vehículo puede atravesar de forma segura a una velocidad determinada. En el caso de los vehículos de combustible tradicionales, ninguna norma nacional especifica esto; lo determinan los fabricantes. La figura 1 muestra la profundidad de vadeo de un modelo específico.

En el caso de los vehículos eléctricos, las normas de vadeo son más estrictas. Por ejemplo, en Shanghái, la norma para vehículos de nueva energía exige que el vehículo circule en:

15 cm de profundidad a ≥30 km/h durante 10 minutos.

30 cm de profundidad a ≥5 km/h (hacia adelante y hacia atrás) durante 10 minutos.

2. Medidas de sellado a prueba de agua para arneses de cables

Para cumplir con los requisitos de impermeabilidad en varias zonas, los arneses de cables requieren protección principalmente en las zonas húmedas y en las áreas de transición entre secas y húmedas. Las medidas de impermeabilidad actuales se pueden dividir en dos categorías: selección de componentes y diseño de enrutamiento.

2.1 Selección de componentes

Conectores

Los conectores impermeables se utilizan comúnmente en zonas húmedas. Estos conectores garantizan la integridad mecánica y eléctrica en condiciones específicas de presión de agua. Las características incluyen:

Sellos de goma: aseguren el sellado entre los conectores y los tapones.

Tapones impermeables y tapones obturadores: impiden la entrada de agua a través de los puertos de conexión no utilizados. Estos deben coincidir con el calibre del cable. (Consulte las figuras 2 y 3).

Tubos termorretráctiles

En zonas húmedas, como los empalmes de cables y los terminales de tierra, se necesitan tubos termocontraíbles adhesivos para evitar la corrosión y garantizar el aislamiento. La selección de los tubos depende del diámetro del cable y de la temperatura de funcionamiento (p. ej., ≥125 °C para los compartimentos del motor). La aplicación adecuada implica el control de:

Temperatura decreciente

Posicionamiento

Relación de contracción (consulte la figura 4).

Componentes de caucho

Los componentes de caucho se utilizan en áreas de transición (por ejemplo, cortafuegos, puertas) para aislar las zonas húmedas y secas. Las dimensiones deben garantizar un ajuste perfecto entre los componentes de caucho y la chapa metálica, teniendo en cuenta las tolerancias radiales.

Clips impermeables

Los clips en las transiciones entre seco y húmedo deben evitar perforaciones en la chapa metálica. Si es inevitable, se deben usar clips impermeables, que aseguren que las superficies circundantes sean lisas para un sellado efectivo. (Consulte la figura 5).

Arneses de cables de ABS

El cableado de ABS debe resistir el movimiento, las salpicaduras de agua y la inmersión. El sellado se logra mediante sellos de goma y componentes sobremoldeados. Los fabricantes suelen realizar pruebas de aire presurizado para su validación.

2.2 Diseño de enrutamiento

Además de la selección de componentes, el diseño del enrutamiento influye en el rendimiento a prueba de agua:

Orientación de los componentes: los conectores para zonas húmedas deben estar orientados hacia abajo o estar en posición horizontal para evitar que el agua se acumule y entre agua.

Rutas de enrutamiento: los arneses de cables deben garantizar:

Los arneses para zonas húmedas se colocan más abajo que los arneses para zonas secas para evitar la transferencia de agua.

Las secciones sin envolver cerca de las transiciones evitan los efectos capilares y utilizan materiales no absorbentes, como el PVC.

Los puntos de drenaje adicionales mejoran la confiabilidad (consulte la figura 6).

3. Pruebas y validación de impermeabilidad

3.1 Validación de componentes

Las pruebas incluyen:

Pruebas de ciclos de temperatura, rociado con agua, inmersión y diferencial de presión.

Los componentes de caucho se someten a pruebas de pulverización de agua de 0,3 MPa para garantizar que no haya fugas.

La resistencia de aislamiento para los empalmes en zonas húmedas debe superar los 100 MΩ después de las pruebas de inmersión. (Consulte las figuras 7 y 8).

3.2 Validación a nivel de vehículo

Las pruebas de vehículos incluyen:

Pruebas de sellado a prueba de agua: simulan situaciones reales (por ejemplo, cámaras de rociado, lavados de autos, lavados a alta presión). Los arneses de zonas secas se inspeccionan después de la prueba para ver si están dañados.

Pruebas de vadeo: evalúe el rendimiento bajo diferentes profundidades y velocidades del agua.

Pruebas predictivas: simule situaciones accidentales, como derrames en cabinas y maleteros (consulte las figuras 9 y 10).

4. Conclusión

Este artículo analiza el impacto de la selección de componentes y el diseño del enrutamiento en el rendimiento a prueba de agua de los mazos de cables. Describe las medidas prácticas y las pruebas de validación para guiar las futuras mejoras en el diseño de los mazos de cables para automóviles.