自動車用防水ワイヤーハーネスの分析

自動車用ワイヤーハーネスは車両の神経系と同等であり、ますます多くの電気機器を接続し、送電と信号通信において重要な役割を果たしています。これは車両の品質と性能に直接影響します。そのため、車両の基本的な性能要件を満たすだけでなく、ワイヤーハーネス自体の品質要件も非常に高くなります。その中でも、防水性能はワイヤーハーネスの品質を評価する重要な指標の一つであり、重要な役割を果たしています。

この記事では、自動車用ワイヤーハーネスの防水性能を向上させるための一般的な対策をいくつか紹介します。

1.自動車用防水ゾーンの分割

車両はウェットゾーンとドライゾーンに分けることができます。QC/T 29106-2014「自動車用ワイヤーハーネスの技術条件」によると、ドライゾーンとは、キャビン、車室、トランクなど、ワイヤーハーネスが特別な防水処理を必要としないエリアを指します。これには、ダッシュボード、ルーフ、センターコンソール、リアバンパーのハーネスが含まれます。ウェットゾーンとは、エンジンコンパートメントや4つのドアなど、ハーネスに特別な防水処理が必要なドライゾーンの外側のエリアです。例としては、エンジンハーネス、フロントバンパーハーネス、バッテリーケーブル、ドアハーネスなどがあります。

1.1 防水等級の定義

ISO 20653規格「道路車両-保護等級（IPコード）-電気機器の異物、水、接触からの保護」では、保護レベルの概念が導入されています。これらのレベルは、水などの外部要素に対する保護の度合いを定義し、標準化された試験方法で検証されます。防水レベルの具体的な定義を表1に示します。

1.2 防水等級の分類

ISO 20653は、これらの定義と各ゾーンの環境安定性に基づいて、表2に示すように、さまざまな自動車ゾーンの防水等級の例を示しています。さらに、QC/T 413-2002「自動車用電気機器の基本技術条件」では、さまざまなゾーンの防水レベルに関する詳細な要件が規定されています。

ボンネットの下や外部に露出している製品は、IPX4を達成し、水しぶき試験に合格する必要があります。

キャビンまたはトランク内の製品はIPX3を満たし、水しぶき試験に合格する必要があります。

さらに、コントローラー、コネクター、および関連コンポーネントは、床から100mm以内に配置しないでください。やむを得ない場合は、適切な密閉対策を講じる必要があります。

1.3 ウェーディング深度の定義

車両開発時には、浸水した道路や低地を走行するなどのシナリオでは、車両のウェーディング能力を考慮する必要があります。これにより、車両が特定の速度で安全に横断できる最大深度を表す「ウェーディングライン」の概念が導入されました。従来の燃料車では、この基準はメーカーによって定められているため、国の基準では規定されていません。図 1 は、特定のモデルのウェーディング深度を示しています。

電気自動車の場合、ウェーディング基準はより厳しくなります。たとえば、上海では、新エネルギー車の基準により、車両は次の場所でウェイドすることが義務付けられています。

水深15cm、時速30km以上で10分間。

水深30cm以上で時速5km（前方および後方）で10分間。

2.ワイヤーハーネスの防水シール対策

さまざまなゾーンの防水要件を満たすために、ワイヤーハーネスは主にウェットゾーンとドライウェット移行エリアを保護する必要があります。現在の防水対策は、部品の選択と配線の設計という2つのカテゴリに分類できます。

2.1 部品選定

コネクター

防水コネクタは一般的にウェットゾーンで使用されます。これらのコネクタは、特定の水圧条件下でも機械的および電気的な完全性を保証します。機能には以下が含まれます。

ラバーシール:コネクタとプラグの間の密閉を確実にします。

防水プラグとブランキングプラグ:未使用のコネクタポートからの水の浸入を防ぎます。これらはワイヤゲージと一致している必要があります。(図 2 および 3 を参照)。

熱収縮チューブ

ウェットゾーンのワイヤスプライスや接地端子などの領域では、腐食を防ぎ、絶縁を確保するために、接着剤付きの熱収縮チューブが必要です。チューブの選択は、ワイヤの直径と動作温度（例：エンジンコンパートメントの場合は125℃以上）によって異なります。適切な用途には、以下の制御が必要です。

温度の低下

ポジショニング

収縮率 (図 4 参照)。

ゴム部品

ウェットゾーンとドライゾーンを分離するために、トランジションエリア (ファイアウォール、ドアなど) にはゴム部品が使用されています。寸法は、半径方向の公差を考慮して、ゴム部品と板金との間にぴったりと合うようにする必要があります。

防水クリップ

ドライ/ウェットトランジションのクリップは、板金にミシン目が入らないようにしてください。やむを得ない場合は、防水クリップを使用して周囲の表面を滑らかにして効果的に密封する必要があります。(図 5 参照)。

ABS ワイヤーハーネス

ABS 配線は、動き、水しぶき、浸水に耐えなければなりません。シールは、ゴム製のシールとオーバーモールドされたコンポーネントによって実現されます。メーカーは多くの場合、検証のために加圧空気試験を実施します。

2.2 ルーティング設計

コンポーネントの選択に加えて、ルーティング設計は防水性能にも影響します。

コンポーネントの向き:ウェットゾーンコネクタは、水が溜まったり浸入したりしないように、下向きにするか、水平にしてください。

配線経路:ワイヤーハーネスでは以下を確認する必要があります。

ウェットゾーンハーネスは、水の移動を防ぐためにドライゾーンハーネスよりも低い位置に配置されています。

トランジション付近のラップされていない部分は毛細管現象を防ぎ、PVCなどの非吸収性材料を使用します。

排水ポイントを追加すると信頼性が向上します (図6参照)。

3.防水試験と検証

3.1 コンポーネント検証

テストには以下が含まれます。

温度サイクル、水噴霧、浸漬、および圧力差試験。

ゴム部品は 0.3 MPa の水噴霧試験を受け、漏れがないことを確認します。

湿式接合部の絶縁抵抗は、浸漬試験後 100 MΩ を超える必要があります。(図 7 および 8 を参照)。

3.2 車両レベルの検証

車両試験には以下が含まれます。

防水シーリングテスト：実際のシナリオ（スプレーチャンバー、洗車、高圧洗浄など）をシミュレートします。ドライゾーンのハーネスは、試験後に損傷がないか検査されます。

ウェーディングテスト：さまざまな水深と速度での性能を評価します。

予測テスト:キャビンやトランクへの水漏れなどの偶発的なシナリオをシミュレートします (図 9 と 10 を参照)。

4.結論

この記事では、部品の選択と配線設計がワイヤーハーネスの防水性能に与える影響を分析します。自動車用ワイヤーハーネス設計の今後の改善の指針となる実践的な対策と検証テストについて概説します。