電動叉車的線束優(yōu)化設計

【摘? 要】叉車線束是整車電氣的重要組成部分之一，是電動叉車信號傳輸、能量傳遞、指令控制的橋梁和紐帶。本文從叉車線束耐熱、防水性、整車布局、材料選型4個角度出發(fā)，以工藝品質(zhì)評審結果為導向，以車輛運行實際表現(xiàn)為依據(jù)，以客戶使用滿意度為目標，進行現(xiàn)場試驗和設計改良。結果表明：通過以上4個方面的優(yōu)化改進，叉車線束布局整潔美觀，電氣故障產(chǎn)生概率明顯降低。

【關鍵詞】線束優(yōu)化;防水性;線束布局

中圖分類號：U469.72? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）05-0043-03

【Abstract】Wiring harness which is the important component of forklift electric appliances is the bridge and link of signal and energy transmission for the whole forklift truck. Based on the actual performance of vehicle operation，the process quality review results and customer satisfaction feedback，field test and design improvement have been carried out from four perspectives：heat resistant quality，water resistance，wiring harness layout，material selection in the paper. The results show that through the optimization and improvement of the above four aspects，the layout of wire harness of forklift truck is neat and reasonable，and the probability of electrical faults is reduced.

【Key words】wire harness optimization;water proofing property;wiring harness layout

作者簡介

趙龍（1988—），男，碩士，工程師，主要從事叉車電器的研發(fā)設計工作。

1? 引言

隨著2022年第20次全國代表大會的召開，碳中和碳達峰的目標再次被提上日程，加快產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和能源轉(zhuǎn)型已經(jīng)迫在眉睫。由于中國國內(nèi)已探明的石油儲量有限，遠不能滿足國內(nèi)燃油車消耗以及石油相關產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)加工的需求，石油絕大部分依賴進口。目前，國際局勢復雜多變，局域武裝沖突不斷，若單純依賴進口，會給國家的能源使用帶來隱患。同時，石油燃燒產(chǎn)生多種有毒有害氣體，不僅污染環(huán)境，也直接影響著人的身體健康。21世紀初，國家定下發(fā)展新能源汽車的規(guī)劃，經(jīng)過最近幾年的發(fā)展，新能源汽車的使用越來越廣泛，甚至從國內(nèi)發(fā)展到了海外市場。

近年來，新能源汽車在政策大力扶持下快速發(fā)展起來了，其技術沉淀遠不如內(nèi)燃車，這也是電動用車推向市場以后反饋出很多問題的一方面原因。電氣故障導致的多功能顯示屏死機、屏幕觸控反應延時、語音喚醒功能失效、車窗升降功能失靈、剩余電量顯示失準等問題屢屢見諸報端，這些問題不僅影響駕乘者的行駛體驗，可能會造成嚴重的安全隱患，引起道路交通安全事故的發(fā)生。電氣故障產(chǎn)生的原因，一方面是電子設備終端存在設計缺陷，電路板或者電子元器件抗干擾能力差，散熱或者防水性能達不到要求導致，另一方面，與電子設備連接的線束的可靠性也關系密切。

車架線束雖然只是起電池、信號源、處理器、電器負載之間的連接作用，但是其防護性能水平、抗干擾能力以及整車布局分布決定著線束和電氣設備的穩(wěn)定性和壽命。車架線束設計合理、防護等級高、電壓電流擾動因素少，電池以及電氣設備的放電和供電就相對平穩(wěn)，整車用電環(huán)境安全，發(fā)生電氣故障的概率就相應減少。

2? 線束的耐熱性設計

車架線束本質(zhì)上只是電線、插接器、外部防護材料的組合，除了電線內(nèi)部含有銅等金屬外，其他材料均是塑料或者塑膠材料（圖1），因此極易受到磨損、受力產(chǎn)生變形、遇熱熔化或者自燃。通過在線束經(jīng)過的地方增加線夾（圖2），可以約束車架線束的走向，起到固定線束的作用，避免線束產(chǎn)生甩動、磨損。

線束的耐熱性防護主要通過兩個方面進行改善：主動防護和被動防護。主動防護就是車架線束的布局遠離電池、泵電機、牽引電機、主控制器等長時間工作發(fā)熱比較嚴重的單元，與這些潛在的高溫區(qū)域預留出足夠的空間距離，從而避免線束被高溫灼傷。被動防護主要通過車架線束的外部防護材料實現(xiàn)。眾所周知，線束的處理工藝一般為膠帶間隔纏繞或者全部纏繞，然后套對應口徑的波紋管防護。也就是說，波紋管處在與外界接觸的最外沿，因此，波紋管需要選擇阻燃波紋管，一般可選PP（Polypropylene）或者PA（Polyamide）阻燃波紋管即可。

3? 線束的防水性設計

工程用車的主要作業(yè)場所是在戶外，因此整車防水性能水平要達到一定的要求，以滿足戶外淋雨等工況下的正常使用。線束的防水性設計優(yōu)化主要從車架線束的布局、插接器的選型、外部防護工藝3個方面改進。

首先是在車架線束的整車布局上，線束走向盡可能布置在機罩、側罩、儀表罩等覆蓋件的包覆下，以追求達到百分百防水效果。實際上，機罩和側罩之間存在縫隙，同時，機罩和側罩本身留有出線孔、散熱口預留孔，如圖3、圖4所示，故不可能只通過覆蓋件和結構件的保護來達到完全防水的效果。因此，線束本身的防水性能也極其關鍵，在實際應用中也發(fā)揮著重要作用。線束末端與電氣元件對接的插件器分防水和不防水兩種，為了提高防水等級，在選型階段，可以盡量選擇防水插接件。同時，不防水插件可以通過注膠等方式使其達到防水效果，避免了從插件位置進水的可能。在車架線束的外部包裹上，主分支部分通?？梢越柚植y管套管做到完全防護。小分支末端，則需要套熱縮管收緊，如有必要，最好可以套帶膠熱縮管防護，以提升防護效果。

4? 車架線束的布局

電氣元件遍布整個叉車，如圖5所示，從前方到后方，從左側到右側，基本都有用電設備的存在。比如，叉車儀表、翹板開關、擋位開關、燈光控制按鈕、喇叭、電鎖等都處在叉車車頭位置，控制器、倒車蜂鳴器、熔斷絲盒、閃光器、散熱風扇、DCDC電壓轉(zhuǎn)換器等大多設計在叉車的尾部，也就是平衡重位置，叉車護頂架的左側和右側是相應的前照燈、轉(zhuǎn)向燈、后組合燈等電器負載。因此，叉車線束設計的前期階段，就得規(guī)劃好線束走向，從而達到整車線束布局的美觀性。

為了使整車線束布局合理，設計階段主要從成本最優(yōu)、防錯優(yōu)化兩個方面開展工作。車架線束的成本核算主要來自銅等金屬的使用量和插接器價格兩個方面，所以，通過減少銅等金屬的使用量和優(yōu)化插接器選型可以將車架線束的成本降低。在設計階段，可以遵循主分支直達車頭車尾、小分支出線位置距離電器終端最近原則，可以使主線束長度最短，從而減少電線的消耗。根據(jù)電氣負載的功率，計算出該分支通過的電流大小，對應匹配相應線徑的電線，避免線徑設計過粗導致材料的浪費。通過電線的長度、線徑兩方面優(yōu)化，可以達到控制成本的目的。同時，在不影響性能的前提下，插接器可以使用國產(chǎn)件替代進口件，可以進一步提升成本優(yōu)勢。

除了成本以外，前期階段的防錯設計也非常關鍵。防錯設計做得好，可以大大降低總裝車間裝配發(fā)生錯誤的可能性，降低裝配難度，減少電氣問題發(fā)生的頻率。該項工作主要可以通過插接器選型和線束布局兩方面做設計改進。在電器負載比較集中、車架線束分支較多的位置，可以通過選用不同規(guī)格的插接器做防錯處理。比如同樣是三芯插件，在位置距離較近的區(qū)域，可以分別選用泰科電子TE、天海、Molex莫仕、Amphenol安費諾等不同廠家不同型號的產(chǎn)品，使插接器公頭和母頭的對接具有唯一性，規(guī)避了插接器接錯的可能。在車架線束的設計中，很多插件會不可避免地多次使用。比如，泵控制和牽引控制器的主插接器、牽引電機和泵電機的溫感單元和解碼器，都是采用相同的接口。廠家生產(chǎn)的該類產(chǎn)品基本都是標準件，若防錯需要改動接口類型就得重新開模，成本太高，不太現(xiàn)實。利用車架線束的布局規(guī)劃，如圖6所示，在相應分支的出線位置和分支設計上進行改動，同樣可以實現(xiàn)對應插件和終端的一對一配合，避免接錯。

5? 材料的選型

線束的材料選擇不僅決定著成品價格的高低，而且影響著線束的性能優(yōu)劣。以波紋管為例，在線束設計圖紙的技術要求中，沒有對波紋管的材質(zhì)做出具體要求的情況下，線束廠家一般都采用價格低廉的PE（Polyethylene）波紋管。PE管可以起到對線束防護的作用，避免線束受到應力、摩擦、磕碰等物理傷害，但其缺點也很明顯，耐熱性能差、結構軟薄。因此對于耐熱等防護性能要求高的工況，只有PP或者PA阻燃波紋管才能滿足，而PA的價格相對低一些，從成本上考慮，可以優(yōu)先選型PA尼龍阻燃管。

另外，電機的U、V、W三相電纜線以及動力電池的正負極蓄電池線、線纜末端的端子一般采用銅制環(huán)形端子（圖7）以增大接觸面積來滿足大電流通過的需要。如圖8所示，環(huán)形端子多采用橡膠帽防護，可以起到防塵防水的效果，因為防護措施不是完全密閉，所以防護等級低。動力電池、電機、電控處于金屬結構件的完全保護下面，其對橡膠帽的防護等級也沒有很高的要求。因此，可將橡膠帽換成國產(chǎn)件，或者直接開模自產(chǎn)自銷，除前期開模費用高外，后期成本就會降下來。

6? 結論

車架線束如同人體的血管和神經(jīng)，連通著叉車的各個“器官”。主線束分支就像大動脈血管，小分支類似毛細血管，通過電池、電控給叉車各部位傳遞著電能和信號。叉車線束的優(yōu)化不僅使整車的線束布局更加合理美觀，而且性能更強悍，使叉車能夠應對嚴苛工況下的各種挑戰(zhàn)，大大提升了客戶群體的產(chǎn)品滿意度。

參考文獻：

[1] 鄭藝. 汽車線束輕量化設計方法[J]. 北京汽車，2020（2）：28-31.

[2] 孫巖，沈虎，王君君. 整車電線束技術開發(fā)降成本[J]. 汽車電器，2016（6）：56-59.

[3] 黃江濤，劉廣浩，李凱，等. 汽車線束設計階段降成本的研究與應用[J]. 汽車零部件，2020（11）：54-57.

（編輯? 凌? 波）