乘用車低壓線束外包覆物設(shè)計概述

蔡車旭， 肖兆旭， 劉西庭， 盧 云

（吉利汽車研究院（寧波） 有限公司， 浙江 寧波 315315）

整車開發(fā)過程中線束貫穿整個過程，線束作為柔性件，其實車線束裝配后走向和數(shù)據(jù)存在一定的差異，線束作為整車電器件與電源間的傳輸載體，確保線束的可靠性尤為重要，但線束實車設(shè)計過程中，線束部分位置存在保安防災(zāi)風險，為了消除或降低存在的保安防災(zāi)隱患，所以在防護材料的使用上顯得十分重要，同時正確選擇線束的防護材料對整車的裝配工藝也很重要。

1 常用線束防護材料種類

線束常用的防護材料種類有：PVC膠帶、絨布膠帶、布基膠帶、紙膠帶、鋁箔膠帶、PVC套管、波紋管、編織套管、玻纖管、PVC硬質(zhì)套管等，如圖1所示，可根據(jù)線束的布置環(huán)境進行合理選擇。

圖1 常用線束防護材料種類

1） 膠帶是一種涂有膠黏劑，以塑料、紡織材料、紙質(zhì)、復(fù)合鋁箔為基材的電器絕緣膠帶，普遍應(yīng)用于線束總成捆扎和隔熱，使用膠帶主要為PVC膠帶、絨布膠帶、布基膠帶、紙質(zhì)膠帶、鋁箔膠帶。

2） 保護套管主要有3種，分別是PVC套管、編制套管、玻纖管。其中，PVC套管是為了保護線束而使用的聚氯乙烯管，根據(jù)用途可分為軟管和硬管；編制套管是由各類塑料單絲編制而成的用于線束防護的網(wǎng)狀管子；玻纖管是由外壁涂有有機硅的玻璃纖維編制而成，并且經(jīng)過高純度無堿玻后再硫化處理制作而成的管子。

2 防護材料選型規(guī)范

2.1 防護性能要求及等級定義

防護性能要求及等級定義詳見表1。其中，O為推薦使用，X為禁止使用。

表1 防護性能要求及等級定義

2.1.1 機械性能——耐磨/抗沖擊/抗壓/耐振動

1） 線束外部防護的機械強度性能作為材料選型的首要考慮因素和基本要求（集束線纜的基本功能）。

2） 摩擦的發(fā)生與振源有直接的關(guān)系，靠近減振器、發(fā)動機等振源的線束防護耐磨等級要定義為表1相同環(huán)境描述下較高的一級。

3） 所有尼龍編制套管均屬于強耐磨材料，耐磨次數(shù)遠大于5000次，均值為70000次左右。

4） 線束布置禁止與金屬銳邊、可能存在毛刺的焊點等位置發(fā)生相對運動，但靜止接觸并采取C4級以上等級防護措施被認為是可靠的，可視具體整車環(huán)境通過整車耐久試驗確定。

5） 摩擦強度與振動頻率、載荷、加速度、接觸面積、表面粗糙度、持續(xù)時間等多個環(huán)境因素有關(guān)，一般來說在同等上述條件，編織管要比波紋管更加耐磨。

6） 在線束三維布置以及數(shù)據(jù)檢查時，應(yīng)重點關(guān)注鈑金邊緣、搭接、焊縫、凸焊螺柱、鈑金孔等位置的線束布置，按表1選用合適的耐磨等級防護用品。

7） 需要特別注意的是，內(nèi)部導線與波紋管內(nèi)壁的接觸也具有磨損風險。目前波紋管種類主要為：普通型（NP）、高頻振蕩型、超平型（UFW），推薦使用UFW型；UFW型由于波谷寬度上更寬，約是其他類型的3～5倍，使線束與管壁接觸面積大，能夠有效保護線束表面，并且在卡扣軋帶配合上由于波谷處設(shè)有的加強筋，使波谷變得較為平滑，配合上更為緊湊，如圖2所示。

圖2 波紋管的種類

8） 所有硬質(zhì)管類需防護開口位置（末端切口、側(cè)面開口） 都不得與內(nèi)部線纜發(fā)生干涉，如：開口波紋管的切口要保證平齊，膠帶包扎過后不應(yīng)出現(xiàn)錯位現(xiàn)象，防止割傷內(nèi)部線纜絕緣皮。

2.1.2 耐高低溫性能

溫度等級如表2所示，其中，T0表示持續(xù)最高使用溫度，Tk表示短時使用溫度，Tu表示過高使用問題。

表2 溫度等級

線束前期各位置處的包覆物設(shè)計選擇時，可參考較為成熟車型設(shè)計方案，并通過后期整車耐久試驗以及熱管理仿真結(jié)果進一步確認是否存在風險。一般，耐溫等級高的材料比耐溫等級低的材料成本高幾倍，在滿足性能的前提下選擇合適的耐溫等級材料可避免成本浪費。

2.1.3 降噪性能

以鋼板敲擊法降低噪聲的能力劃分防護材料降噪等級，如表3所示。

表3 降噪等級

2.1.4 阻燃性能

整車對阻燃等級要求有：防護材料的阻燃等級應(yīng)符合LTS 12001—2019，選型詳見表4。

表4 阻燃等級

2.1.5 耐熱輻射性能

目前應(yīng)用在汽車低壓線束上的高溫材料主要有兩種：鋁箔套管和硅膠纖維管。

1） 鋁箔套管：①降溫效果與熱源溫度、熱源距離、裝配方式、基材、持續(xù)時間等相關(guān)；②線束熱源溫度確定后需要按照具體試驗確定材料、間距和裝配方式等；③線束距離熱源大于30mm，空氣的導熱系數(shù)低于任何防護材料，增加與熱源的距離可大幅減少熱傳導，減弱熱輻射；④鋁箔套管有多種：軟管、硬管、自卷鋁箔套管和定制形狀，優(yōu)先選用閉口穿管，根據(jù)裝配性次選自卷鋁箔套管，鋁箔套管不宜過長防護，且應(yīng)保留一端不封口，增強管內(nèi)部空氣對流；⑤基材優(yōu)先選擇鋁箔+玻纖，基于成本考慮次選鋁箔+PET（滌綸樹脂）；⑥持續(xù)時間以達到熱平衡時間為準，必要時可要求供應(yīng)商做烘烤試驗；⑦初始條件不同，隔熱效果也有差別，在滿足合適布置條件下鋁箔材料降溫作用一般應(yīng)大于80℃；⑧鋁箔防護盡量不要折彎，如需要折彎，則折彎半徑大于本身直徑的6倍以上。

2） 硅膠玻纖管：①外層涂層為擠出成型高性能硅膠涂層，一般程黑色或灰色，內(nèi)層為無堿玻璃纖維編織管，有效導熱系數(shù)較低，能夠很好地保護內(nèi)部線束，避免溫度迅速升高；②應(yīng)用的玻纖管應(yīng)滿足時間1h，熱源發(fā)熱溫度250℃以下，距離35mm，測試樣件直徑10mm，內(nèi)部中間溫度達到熱平衡后可保持在80～90℃之間。

2.1.6 布線/固定

1） 不同的防護產(chǎn)品會對固定方式提出要求（按照固定難易程度及牢固性進行排序，由弱到強）：需要粘貼固定，比如頂棚上線束分支；需要扎帶固定，比如鈑金卡或普通扎帶；需要支架固定，比如約束線束的塑料支架。

2） 靈活性/柔韌性/柔軟度（按照一般線束防護最小彎曲半徑進行排序）：布基袖套＜海綿＜尼龍編織管＜PVC軟管＜玻纖管＜絨布膠帶＜PVC膠帶＜布基膠帶＜波紋管＜鋁箔套管。注：膠帶按全纏方式。

3） 線束的外防護選擇會直接影響線束定位方式及布線走向，所以在選擇滿足性能需求時也要考慮到線束的走向及固定方式。

表5為不同防護對線束柔韌性的影響等級。

表5 柔韌等級

2.1.7 加工類型/易加工性

按加工的難易程度，將各類防護分為5個等級（總裝工位），如表6所示。

表6 加工的難易程度

2.1.8 其他因素

1） VAVE特性：以不同類型膠帶選用對線束成本的影響為例說明。

2） 單價：普通PVC膠帶＜絨布膠帶＜布基膠帶。選用外包時需要綜合考慮線束所處的環(huán)境，比如：化學穩(wěn)定性、絕緣特性、電磁屏蔽、環(huán)保要求等，合理使用膠帶可大幅降低成本。

2.2 材料特性分析

材料特性分析詳見表7。

表7 材料特性分析

2.3 整車環(huán)境分析及區(qū)域劃分

在了解各種防護材料的功能特性后就可以為線束防護設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)，然而汽車內(nèi)部是一個非常復(fù)雜的小環(huán)境，汽車存在高低溫、干濕區(qū)、振動、有機溶劑和噪聲等各種因素，線束的防護設(shè)計要根據(jù)線束所處的具體環(huán)境和布置位置合理。

汽車內(nèi)部環(huán)境的溫濕分布圖如圖3所示，從圖3中可以看出前艙環(huán)境最為惡劣，處于高溫高濕區(qū)，振動和有害氣體、液體多，所以在線束防護設(shè)計上要求最高，原材料要求耐溫等級在-40～150℃之間，同時要注意防水、防振保護。

圖3 整車內(nèi)部溫濕環(huán)境分布

5門線束一部分處于干區(qū)，一部分處于濕區(qū)，過渡部分注意線束走勢以及防水密封，同時門開啟/關(guān)閉時有較大振動，需要做降噪處理。

前后保險杠環(huán)境相對較差，處在低溫區(qū)，原材料的耐溫等級要求也在-40～105℃之間，同時要注意防水、防塵、減振保護。

對于不同環(huán)境要求，要根據(jù)防護材料的性能，合理地選擇線束防護設(shè)計。

整車內(nèi)部溫濕環(huán)境分布如圖3所示。區(qū)域及環(huán)境特性見表8，性能材料見表9。表9中，O代表該性能優(yōu)越，優(yōu)先選用，—代表具備該性能，但需評估使用，X為不具備該性能，禁止使用。

表8 區(qū)域及環(huán)境特性

表9 性能材料

2.4 防護選型思路

2.4.1 選型矩陣

防護選型思路詳見表10。O表示通過正確使用方式完全適合此區(qū)域；Y表示需要選用適合規(guī)格并經(jīng)過評審論證可以滿足應(yīng)用區(qū)域要求，避免性能不足或過剩；X表示完全無法滿足該區(qū)域的使用要求，如使用必然發(fā)生失效；—表示防護性能過?；蛱匦圆环?，不建議使用該區(qū)域。

表10 防護選型思路

2.4.2 防護選型的基本原則

1） 在防護性能要求單一且其他性能要求不突出的位置選擇單層防護。

2） 多層防護組合原則，即機械性能外層大于內(nèi)層，耐溫等級為相同等級，外層防護作為內(nèi)層防護的輔助或者滿足特定環(huán)境要求，但不能有失效風險。例如，相對運動的位置，采用開口波紋管外加PVC膠帶全纏有散線的風險，一般采用閉口波紋管或者紡織自卷管。

3） 防護選擇色調(diào)應(yīng)以黑色、灰色為主。

4） 由現(xiàn)有防護類型組合，以滿足某些應(yīng)用場景要求的技術(shù)，需經(jīng)過評審和驗證。

5） 防護選型應(yīng)優(yōu)先選用現(xiàn)有類型防護，新增選型時需要經(jīng)過詳細評審論證。

6） 在需要滿足降噪性能位置的線束禁止與其他零件發(fā)生強干涉。

7） 適當過渡防護以應(yīng)對失效和位置風險，前提是從設(shè)計角度充分論證后。

2.4.3 外防護的其他選型要求

1） 熱縮管使用要求：布置在機艙和車架等濕區(qū)位置的搭鐵端子壓接部、電源端子壓接部、打卡點使用雙層熱縮管對端與導線的壓接部位進行密封保護，避免油液與線纜芯線加速氧化腐蝕。具體應(yīng)用要求見表11，其中，O為推薦，Y為允許，X為禁止。

表11 熱縮管應(yīng)用要求

2） 保護管或支架內(nèi)部導線防護要求：保護管（PVC軟管、波紋管、尼龍?zhí)坠?、門膠套） 內(nèi)部導線的外防護優(yōu)先使用PVC膠帶點纏或30～50mm大間距花纏，線束在管內(nèi)填充比例約占75%為宜。保護管或支架內(nèi)部導線防護類型示例如圖4所示，自卷管的尺寸應(yīng)緊密包裹線束，且重疊部分不小于線束橫截面積周長1/4，選擇對貼型防護材料時，對貼部位尺寸應(yīng)該不小于線束橫截面周長的1/4。護線盒內(nèi)分支防護應(yīng)選用PVC膠帶花纏或裸線，出線口應(yīng)使用PVC膠帶或布基袖套防護避免磨損導線。

圖4 保護管或支架內(nèi)部導線防護類型示例

3） 膠圈部位的防護選型：膠圈內(nèi)部線束應(yīng)采用PVC膠帶花纏或全纏（對于防水設(shè)計要求時，采用全纏），禁止使用波紋管，而處于濕區(qū)一側(cè)的膠套內(nèi)部采用防水泥或灌膠密封，并使用 PVC 膠帶進行全纏包覆。干濕區(qū)膠圈部位的防護區(qū)別如圖5所示。

圖5 干濕區(qū)膠圈部位的防護區(qū)別

4） 外防護選型對線束分支的要求：保護管為易封口固定，線束使用保護管時需分支，保護管長度需在50mm以上。在有彎折角度的分支出現(xiàn)時，末端建議采用50mm長度PVC軟管，盡量避免直接使用波紋管，造成波紋管側(cè)切口邊緣磨損導線。單分支和細線分支的防護選型，見表12。

表12 單分支和細線分支的防護選型

5） 固定和導向防護的設(shè)計要求：①用于捆扎分支，護套或者固定器的膠帶應(yīng)與捆扎主干的防護材料相同或相近；②膠帶固定卡扣時纏繞圈數(shù)不少于3層；③高振區(qū)域（發(fā)動機艙） 的直角出線護套應(yīng)選用導向護殼或?qū)蚰z套；④發(fā)動機艙內(nèi)其它銳角出線，應(yīng)視區(qū)域的耐磨等級采用耐磨布基膠帶或尼龍編織套管防護，避免采用波紋管以防止波紋管側(cè)開口邊緣對導線的磨損和割傷，必要時可采用導向護殼或膠套；⑤懸置布置的線束分支與周邊件，或其運動包絡(luò)有干涉風險時，可采用硬質(zhì)PVC管控制分支直順走線。

3 總結(jié)

相關(guān)從業(yè)人員通過對車輛常用防護材料的機械、耐溫、降噪、阻燃、耐輻射、柔韌、加工等性能的了解，同時綜合整車的布置環(huán)境和防護需求，結(jié)合選型矩陣和選型的基本原則，可合理選擇線束防護材料。此文目的在于提高整車防護的準確性，消除過渡防護，避免整車成本浪費，能進一步消除整車的保安防災(zāi)隱患。