Analisi dei cablaggi impermeabili per autoveicoli

I cablaggi automobilistici sono equivalenti al sistema nervoso dei veicoli, collegano un numero crescente di dispositivi elettrici e svolgono un ruolo cruciale nella trasmissione di potenza e nella comunicazione dei segnali. Influisce direttamente sulla qualità e sulle prestazioni del veicolo. Pertanto, oltre a soddisfare i requisiti prestazionali di base del veicolo, anche i requisiti di qualità per il cablaggio stesso sono molto elevati. Tra questi, le prestazioni di impermeabilità sono uno degli indicatori chiave per valutare la qualità dei cablaggi e svolgono un ruolo cruciale.

Questo articolo introduce alcune misure comuni per migliorare le prestazioni di impermeabilità dei cablaggi automobilistici.

1. Divisione delle zone impermeabili automobilistiche

Il veicolo può essere suddiviso in zone umide e zone asciutte. Secondo QC/T 29106-2014, Condizioni tecniche per i cablaggi automobilistici, una zona asciutta si riferisce alle aree in cui il cablaggio non richiede un trattamento impermeabile speciale, come la cabina, l'abitacolo e il bagagliaio. Ciò include i cablaggi per il cruscotto, il tetto, la console centrale e il paraurti posteriore. Le zone umide sono aree al di fuori delle zone asciutte in cui l'imbracatura richiede uno speciale trattamento impermeabile, tra cui il vano motore e le quattro porte. Gli esempi includono i cablaggi del motore, i cablaggi del paraurti anteriore, i cavi della batteria e i cablaggi delle portiere.

1.1 Definizione delle classificazioni di impermeabilità

Lo standard ISO 20653, Veicoli stradali - Gradi di protezione (codice IP) - Protezione delle apparecchiature elettriche contro oggetti estranei, acqua e contatto, introduce il concetto di livelli di protezione. Questi livelli definiscono il grado di protezione da elementi esterni come l'acqua e sono verificati attraverso metodi di test standardizzati. Le definizioni specifiche dei livelli di impermeabilità sono riportate nella Tabella 1.

1.2 Classificazione delle classificazioni di impermeabilità

Sulla base di queste definizioni e della stabilità ambientale delle diverse zone, la ISO 20653 fornisce esempi di gradi di impermeabilità per varie zone automobilistiche, come mostrato nella Tabella 2. Inoltre, QC/T 413-2002, Condizioni tecniche di base per le apparecchiature elettriche automobilistiche, specifica i requisiti dettagliati per i livelli di impermeabilità in diverse zone:

I prodotti posti sotto il cofano o esposti esternamente devono raggiungere l'IPX4, superando i test relativi agli spruzzi d'acqua.

I prodotti in cabina o nel bagagliaio devono soddisfare l'IPX3, superando i test con acqua spruzzata.

Inoltre, i controller, i connettori e i relativi componenti non devono essere posizionati a una distanza massima di 100 mm dal pavimento. Se inevitabile, devono essere implementate misure di sigillatura adeguate.

1.3 Definizione della profondità di guado

Durante lo sviluppo del veicolo, scenari come la guida su strade allagate o aree pianeggianti richiedono di considerare la capacità di guadaggio del veicolo. Questo introduce il concetto di «linea di guado», che rappresenta la profondità massima che il veicolo può percorrere in sicurezza a una determinata velocità. Per i veicoli a carburante tradizionali, nessuna norma nazionale lo specifica; è determinato dai costruttori. La figura 1 mostra la profondità di guado per un modello specifico.

Per i veicoli elettrici, gli standard di guado sono più severi. Ad esempio, a Shanghai, lo standard per i veicoli a nuova energia richiede che il veicolo guadi a:

15 cm di profondità a ≥30 km/h per 10 minuti.

30 cm di profondità a ≥5 km/h (avanti e indietro) per 10 minuti.

2. Misure di sigillatura impermeabile per cablaggi

Per soddisfare i requisiti di impermeabilità in varie zone, i cablaggi richiedono principalmente protezione nelle zone umide e nelle aree di transizione secco-bagnate. Le attuali misure di impermeabilità possono essere suddivise in due categorie: selezione dei componenti e progettazione del percorso.

2.1 Selezione dei componenti

Connettori

I connettori impermeabili sono comunemente usati nelle zone umide. Questi connettori garantiscono l'integrità meccanica ed elettrica in condizioni specifiche di pressione dell'acqua. Le caratteristiche includono:

Guarnizioni in gomma: assicurano la tenuta tra connettori e spine.

Tappi impermeabili e tappi di chiusura: impediscono l'ingresso di acqua attraverso le porte dei connettori inutilizzate. Questi devono corrispondere al diametro del filo. (Vedere le figure 2 e 3).

Tubi termorestringenti

Aree come le giunzioni dei cavi e i terminali di messa a terra nelle zone umide richiedono tubi termorestringenti adesivi per prevenire la corrosione e garantire l'isolamento. La scelta dei tubi dipende dal diametro del filo e dalla temperatura di esercizio (ad esempio, ≥125 °C per i vani motore). Una corretta applicazione implica il controllo su:

Restringimento della temperatura

Posizionamento

Rapporto di contrazione (vedere la Figura 4).

Componenti in gomma

I componenti in gomma vengono utilizzati nelle aree di transizione (ad esempio, firewall, porte) per isolare le zone umide e asciutte. Le dimensioni devono garantire una perfetta aderenza tra i componenti in gomma e la lamiera, considerando le tolleranze radiali.

Clip impermeabili

Le clip nelle transizioni tra secco e umido dovrebbero evitare perforazioni della lamiera. Se inevitabile, è necessario utilizzare clip impermeabili, che assicurino superfici circostanti lisce per una sigillatura efficace. (Vedi Figura 5).

Cablaggi ABS

Il cablaggio ABS deve resistere al movimento, agli spruzzi d'acqua e all'immersione. La sigillatura è ottenuta mediante guarnizioni in gomma e componenti sovrastampati. I produttori eseguono spesso test con aria pressurizzata per la convalida.

2.2 Progettazione del routing

Oltre alla selezione dei componenti, il design del routing influisce sulle prestazioni di impermeabilità:

Orientamento dei componenti: i connettori della zona umida devono essere rivolti verso il basso o orizzontali per evitare ristagni e infiltrazioni d'acqua.

Percorsi di instradamento: i cablaggi devono garantire:

I cablaggi a zona umida sono posizionati più in basso rispetto a quelli a zona asciutta per impedire il trasferimento dell'acqua.

Le sezioni non rivestite in prossimità delle transizioni prevengono gli effetti capillari e utilizzano materiali non assorbenti come il PVC.

I punti di drenaggio aggiuntivi aumentano l'affidabilità (vedere la Figura 6).

3. Test e validazione dell'impermeabilità

3.1 Validazione dei componenti

I test includono:

Cicli di temperatura, spruzzi d'acqua, immersione e test differenziali di pressione.

I componenti in gomma sono sottoposti a test di spruzzatura d'acqua da 0,3 MPa per garantire l'assenza di perdite.

La resistenza di isolamento per le giunzioni in zona umida deve superare i 100 MΩ dopo i test di immersione. (Vedere le figure 7 e 8).

3.2 Validazione a livello di veicolo

I test sui veicoli includono:

Test di impermeabilità: simulate scenari reali (ad esempio camere a spruzzo, autolavaggi, lavaggi ad alta pressione). Le imbracature a zona asciutta vengono ispezionate dopo il test per individuare eventuali danni.

Test di guado: valuta le prestazioni a diverse profondità e velocità dell'acqua.

Test predittivi: simulate scenari accidentali come fuoriuscite in cabine e bauli (vedere le figure 9 e 10).

4. Conclusione

Questo articolo analizza l'impatto della selezione dei componenti e della progettazione del routing sulle prestazioni di impermeabilità dei cablaggi. Descrive misure pratiche e test di convalida per guidare i futuri miglioramenti nella progettazione dei cablaggi per autoveicoli.