淺談汽車線束的開發(fā)和設(shè)計(jì)

李哲寧

Q

摘 要：本文介紹了汽車線束所包含的要素，對汽車線束的開發(fā)和設(shè)計(jì)做了一個(gè)粗略的說明。著重討論了一下汽車線束設(shè)計(jì)時(shí)的要求和要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：汽車線束；線束開發(fā)；三維設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)要求

1 引言

當(dāng)今汽車的智能化程度越來越高，功能越來越多，再加上人們對汽車的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高，汽車上的電器配置、電器件和導(dǎo)線也同時(shí)越來越多，連接各個(gè)電器件的線束也變得越來越重，越來越粗。正是由于線束在汽車工業(yè)中的顯著地位，汽車線束開發(fā)就顯得極為重要。同時(shí)汽車線束的開發(fā)涉及的面極為廣闊，如電氣原理、零部件的設(shè)計(jì)及選取，線束的保護(hù)以及自動電信號分配等等。而如何使汽車線束的開發(fā)在整車開發(fā)中能夠更加的符合整車的開發(fā)周期以及要求，就是本文要說明的。汽車線束在整車布置如下圖1所示。

2 汽車線束的基本介紹

為了使汽車繁多的線束整體美觀而不凌亂，接線安裝方便，以及保護(hù)絕緣層不易損壞，汽車上將不同規(guī)格、不同用途的導(dǎo)線包扎成束，簡稱汽車線束。汽車線束是對汽車進(jìn)行電信號控制的載體，是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，沒有線束也就不存在汽車電路。汽車線束的數(shù)據(jù)實(shí)例見圖2。其功能包括：

（1）以合理安全的形式給用電設(shè)備如電機(jī)、喇叭、燈泡分配電能；

（2）傳遞和反饋信號。

3 汽車線束三維設(shè)計(jì)

隨著汽車的日益發(fā)展，汽車變得越來越智能化。汽車電子設(shè)備的不斷增加，而素有“汽車神經(jīng)”的線束也越來越復(fù)雜，以前的線束設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前汽車開發(fā)的需求與周期，當(dāng)前汽車線束設(shè)計(jì)過程中的同步開發(fā)已經(jīng)成為主流，這就對線束的三維設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

由于線束三維設(shè)計(jì)的重要性，就要求設(shè)計(jì)人員在開發(fā)初期就能有好的準(zhǔn)則。本文就以某主機(jī)廠某項(xiàng)目對線束開發(fā)設(shè)計(jì)的要求和項(xiàng)目中具體遇到的問題，從線束開發(fā)過程中設(shè)計(jì)、分析和解決問題，給人以直觀的感受。

3.1 汽車線束的設(shè)計(jì)的步驟

3.1.1 整車線束設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備：

（1）根據(jù)《電器設(shè)計(jì)任務(wù)書》要求的電器配置和技術(shù)要求繪制原理圖；

（2）根據(jù)各電器功率確保保險(xiǎn)容量及線徑大小，對每個(gè)電氣子系統(tǒng)進(jìn)行載荷分配，確定總保險(xiǎn)容量，計(jì)算導(dǎo)線線徑；

（3）布局圖（Plan View）的生成和整體線束的分割；

（4）接插件的選??；

（5）整車環(huán)境的建立。

3.1.2 汽車線束建模的步驟：

建模是一個(gè)繁瑣的工作，有時(shí)往往會不斷地修改。但是在設(shè)計(jì)過程中遵循著一定的設(shè)計(jì)步驟，也會對線束設(shè)計(jì)有一個(gè)好的思路，一般步驟如下：

（1）將線束劃分出不同的功能區(qū)，如前艙線束、車身線束、儀表臺線束、后保線束，如圖3所示，不同的車型和廠家會有些許差異，與總裝要求、配置高低有關(guān)系；

（2）熟悉整車結(jié)構(gòu)分布，了解用電設(shè)備、模塊、周邊管路、車身結(jié)構(gòu)等布置，收集已有的周邊數(shù)據(jù)；

（3）建立模型。在布線系統(tǒng)中放置元件，根據(jù)整車環(huán)境，盡力布線路徑。生成三維可視化的線束數(shù)模；

（4）對數(shù)模和周邊環(huán)境進(jìn)行先期的數(shù)字化檢查，包括對設(shè)計(jì)要求的滿足，干涉的檢查，對配件的檢查；

（5）最終由三維數(shù)模生成圖紙，注釋包括尺寸、回路信息、保護(hù)件位置、包扎方式等一系列信息。為進(jìn)一步的設(shè)計(jì)、制造和分析提供最完整的資料。三維數(shù)據(jù)和兩維圖紙相互檢查，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.3 汽車各區(qū)域?qū)€束設(shè)計(jì)的要求

整車可劃分為如圖4所示的幾個(gè)區(qū)域，也是線束工程師選用線束保護(hù)方式和選用零部件的依據(jù)，不同區(qū)域會有不同的的保護(hù)方式以及防水等級。

3.3.1 運(yùn)動區(qū)域

運(yùn)動區(qū)域主要包括安全帶、風(fēng)扇、皮帶輪、手套箱門、電動座椅、雨刮運(yùn)動臂、離合踏板及其傳動裝置以及發(fā)動機(jī)本體的相對震動等。對于這些位置，線束設(shè)計(jì)需要遵循如下幾點(diǎn)。

（1）線束不能處于運(yùn)動部件的行程中；

（2）要充分考慮線束在長度允許的范圍內(nèi)的擺動；

線束的走向是復(fù)雜多樣的，線束在直線走向上有很好的定性，但是在轉(zhuǎn)彎的空間走向上，線束會在兩個(gè)固定點(diǎn)間允許的長度范圍內(nèi)擺動，這就需要分析線束所能到達(dá)的區(qū)域，保證線束的安全。如圖5。

（3）對于運(yùn)動的線束段，要充分考慮到線束的行程，防止線束在運(yùn)動過程中被拉斷。

比如ABS線，懸架和車身互有相對運(yùn)動，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要確保足夠的線長不會被拉緊拉斷。

3.3.2 潮濕區(qū)域

車輛潮濕的區(qū)域一般集中在前艙，門板，底盤以及后保險(xiǎn)杠等位置。對于濕區(qū)，插件必須選擇防水插件。由于線束固定的需要，有些必須開孔的區(qū)域，雨水會從孔流向干區(qū)，必須選用防水卡丁。如果有水沿著線束走向干區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)，可以采取一定的措施加以防范，如圖6。線束在濕區(qū)有意做成一個(gè)滴水環(huán)的結(jié)構(gòu)，這樣水只會流向濕區(qū)，保證干區(qū)的防水安全。

3.3.3 高溫?zé)嵩磪^(qū)域

包括排氣系統(tǒng)，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。線束在距離熱源125mm內(nèi)，要采用絕熱層，熱反射膠帶，高溫波紋管等。

3.3.4 線束外露區(qū)域

主要指地盤區(qū)域，這個(gè)區(qū)域是外部環(huán)境最惡劣的地方，要根據(jù)不同的安全需求做好保護(hù)措施。

3.3.5 易產(chǎn)生噪音區(qū)域

噪音主要產(chǎn)生在乘客艙（門板、儀表板、頂棚）和行李箱，特別在儀表板內(nèi)，有安裝尺寸的存在，線束會與儀表裝飾板產(chǎn)生一定的硬接觸。此時(shí)線束可以使用一些降噪的包裹物如絨布膠帶、泡棉膠帶等。這樣能有效避免噪音的產(chǎn)生。

3.4 汽車線束設(shè)計(jì)要求及評審

3.4.1 線束的固定方式

線束的走向是靠線束固定來實(shí)現(xiàn)的，安全可靠的固定方式，是線束設(shè)計(jì)中的重要原則，線束固定方式可分為卡釘固定、支架固定。同時(shí)線束固定也會遇到受條件或設(shè)計(jì)限制的環(huán)境。如圖7。線束通過卡丁固定在PDB上，但是這樣的設(shè)計(jì)即不利于安裝也不利于售后。這就要求工程師能夠隨機(jī)應(yīng)變，可以和對手件工程師一起優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖8，通過優(yōu)化PDB入線端的固定結(jié)構(gòu)，通過扎帶的方式來保證線束的走向。

3.4.2 線束與周邊零件的距、間隙與長度

線束是一個(gè)柔性零件，必須與周邊零件有一定的安全距離。

（1）線束距離靜態(tài)零件要保持6mm以上的間隙；

（2）線束距離運(yùn)動零件保持25mm以上的間隙，或者線束在三維中模擬的包絡(luò)面不和運(yùn)動件干涉；

（3）線束距離焊點(diǎn)保持15mm以上的間隙；

（4）線束及其組件要預(yù)留出緊固工具的安全空間，距離螺母中心保持50mm以上的距離；

（5）線束距離毛刺、焊接邊、銳邊等，保持25mm以上的距離。如果達(dá)不到，需要考慮線束的保護(hù)措施；

（6）線束距離密封條8mm以上的間隙；

（7）加速踏板、剎車、離合踏板的行程范圍內(nèi)，要保持19mm以上的距離；

（8）線束接插件所在的分支長度要考慮安裝，一般在設(shè)計(jì)時(shí)需要在分支自然狀態(tài)的線長增加25mm，避免線束分支對插件本身的拉拽，方便插件的接插，避免影響插件的連接可靠度；

（9）兩個(gè)固定點(diǎn)間的距離一般不要超過200mm。如果超出，必須要分析線束的安全性；

10）插件到最近的固定點(diǎn)長度要適中，盡量保持在100mm-150mm間，便于插件的對接和拆拔；

（11）IP/Console線束特殊位置需要預(yù)留安裝尺寸，一般比自然長度加長50mm-100mm?？梢酝ㄟ^3D軟件模擬線束與設(shè)備端的安裝位置獲得合適的線長。

3.4.3 線束的裝配方法與裝配順序

線束的安裝主要包括卡丁的固定，插件的對接，支架的固定，端子的固定，橡膠件的穿孔等。所有線束在安裝時(shí)，必須方便可靠。

（1）在固定區(qū)域有很多孔時(shí)，要考慮線束安裝點(diǎn)的特殊性設(shè)計(jì)。例如六邊形孔區(qū)別周邊的零件安裝點(diǎn)，避免線束的錯(cuò)誤安裝。如圖9。

（2）在固定區(qū)域有很多線束分支時(shí)，為了區(qū)分而不會將線束固定在錯(cuò)誤的位置，可以采用在同一位置用不同的卡丁，開不同形狀的孔位。如下圖10，線束固定位置上下分布，通過在支架上開圓孔和腰型孔，區(qū)別不同的固定的卡丁。這樣，線束在安裝時(shí)一目了然。

（3）要考慮售后服務(wù)的可行性。有些線束設(shè)計(jì)時(shí)看似完全符合設(shè)計(jì)規(guī)范和安裝要求，但是存在售后問題。如圖11，這是一個(gè)電池正極的一個(gè)分支，從線束走向以及設(shè)計(jì)規(guī)范來說，線束安全可靠。但是正極端子由于在平時(shí)維修和診斷時(shí)，經(jīng)常被拆除。這樣以來，在售后時(shí)就需要考慮拆除和更換相鄰的卡丁。為了解決售后問題，設(shè)計(jì)時(shí)取消卡丁，在支架上增加固定結(jié)構(gòu)，這樣線束就可以在保證走向的同時(shí)自由進(jìn)出，方便靈活 ，同時(shí)滿足固定和售后需要。

（4）要考慮OEM的生產(chǎn)流程和工藝，以及工位和裝備規(guī)范等；

3.4.4 其他注意點(diǎn)

（1）線束轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)該至少是線束直徑的2倍；

（2）除前艙外，盡量避免線束外露；

（3）一個(gè)分支點(diǎn)的分支盡量少于4個(gè)，否則會造成分支的混亂和糾纏，并要識別各個(gè)分支的位置，造成工裝時(shí)效的延長。同時(shí)，過多的分支對線束的圖板布置也是一種挑戰(zhàn)。

（4）線束設(shè)計(jì)要考慮展平后的工藝，有時(shí)線束的設(shè)計(jì)與2D圖板是沖突的。制造工藝無法實(shí)現(xiàn)的三維設(shè)計(jì)，需要優(yōu)化三維設(shè)計(jì)。

（5）車身地板線束的布置，要考慮線束不要被腳部踩到，從而對線束產(chǎn)生損傷。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代汽車的高速發(fā)展，使得汽車線束開發(fā)所包含的內(nèi)容越來越多，線束的開發(fā)必須安全可靠，安裝方便合理，售后簡單可行。而汽車線束的開發(fā)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為整車安全可靠的一個(gè)重要源頭，合理的開發(fā)流程和科學(xué)的設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)成為汽車電器分布的重中之重。本文粗淺的說明了汽車線束開發(fā)的過程和要素，以供大家參考和借鑒。