淺談全新車型線束3D設計過程

付蕓菲

摘 要：線束是汽車重要的零部件，是汽車傳統(tǒng)、笨重但不可或缺的神經(jīng)網(wǎng)絡。面對全新的車型和架構，本文梳理了如何從無到有進行汽車線束3D設計的過程。

關鍵詞：汽車線束 3D設計過程

1 前言

現(xiàn)代汽車電氣化、智能化程度在不斷提高，但不論是傳統(tǒng)的電器架構、還是集成度不斷提高的智能汽車，電源的提供、信號的傳輸、用電器的驅(qū)動都需要通過汽車線束來實現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，整車的汽車線束尺寸從100米到5000米不等，總重量甚至可以達到40公斤?？梢?，線束是汽車傳統(tǒng)、笨重但不可或缺的神經(jīng)網(wǎng)絡。線束的設計貫穿汽車設計的全過程，是汽車設計中非常重要的零部件。

數(shù)字化時代，新的用戶需求和新技術正在推動汽車產(chǎn)品形態(tài)的重塑，未來汽車將擁有全新的架構、強大的感知系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)和計算平臺。

面對全新的車型和架構，本文梳理了如何從無到有進行汽車線束3D設計的過程。

2 線束3D設計的目標

汽車線束3D設計是指為汽車上設計出集成度較高的、能夠達到功能、維修裝配可行性和性能要求的線纜連接方案，包括集成線纜的走向、固定方式、保護方式。要求成品零部件既能夠?qū)崿F(xiàn)與電相關的整車功能，且更重要的是保證使用過程中的耐久性、可靠性。

3 線束3D設計步驟

3.1 電子電器架構分析

分析電子電器架構（ElectronicEngineering架構，以下簡稱EE架構），提取電子電氣系統(tǒng)的總布置方案中與線束有關的信息。

作為線束工程師，應該通過整車EE架構，如圖1示意的目前常見的第三代分布式獨立網(wǎng)關架構，了解整車物理架構，即硬件拓撲設計、電氣模塊之間的連接關系，識別出模塊化和集中化的關鍵中心控制器或者域控制器、網(wǎng)絡通訊（包括CANFD、CAN、LIN等）的種類、數(shù)量和交互關系。以中心控制器或者域控制器為中心，向子控制器逐步細化，進而形成基于EE架構的“線束拓撲圖”和電源分配方案，做到心中有數(shù)，作為后續(xù)設計工作的指導。

3.2 電氣原理梳理

電氣原理圖是線束3D設計的重要基礎和依據(jù)。完整的電氣原理圖應該包含所有用電的元器件、每個用電器的所有回路的功能描述、回路的接線信息、回路的輸入和輸出方向、各個回路的線徑，以及電源和接地分配。

根據(jù)電氣原理圖，可以用表格梳理元器件的種類與數(shù)量、搭鐵信息，并作為3D布置的指導，避免布置設計時有遺漏。

3.3 線束總成分塊

根據(jù)全新車型的信息，結合整車成本、裝配線規(guī)劃，對線束總成進行分塊，傳統(tǒng)的線束總成如表2所示。

為了減少線束成本且考慮到整車輕量化，傳統(tǒng)的線束有集成的趨勢。集成之后會影響裝配性，但就目前電子電器架構和控制器的進一步智能化、集中化，線束集成會成為大的趨勢。

線束總成分塊后要考慮各個總成之間的對接，包括對接位置、裝配可行性，并根據(jù)對接回路數(shù)量、端子寬度、振動級別、防水要求，進行對接連接器的選型。全新車型的對接連接器盡量形成模塊化方案，便于該平臺后續(xù)車型的開發(fā)。

3.4 用電器初步位置確認

根據(jù)總布置方案和電氣原理圖，確認電源（蓄電池）和用電器的布置位置。特別關注的是中心控制器、域控制器和電源，以其為中心，向子控制器發(fā)散，在盡可能的情況下，就近布置能減少線束成本、有利于輕量化。

就蓄電池而言，常見的有放在前發(fā)動機艙或行李箱兩種方案，根據(jù)需要，也可能設置主蓄電池和輔助蓄電池。蓄電池位置和數(shù)量的確定，對于電源的總方案有決定性的作用，需要在設計前期進行綜合的評估和考量。

3.5 線束走向布局

線束3D布置應該先確認主干線束，再設計分支。一般把回路最多、直徑最粗的線束作為主干回路。首先連接電源和主要控制器、大線徑控制器，并根據(jù)整車車身造型找到主線的大致走向。主干走向與線束加工、線束裝配環(huán)節(jié)息息相關。大體走向布置可以參考成熟車型，再結合新車型的車身和用電器情況進行調(diào)整。常見的儀表線走向為依附管梁，前艙線束沿著發(fā)動機艙上蓋下邊緣，底盤走向主要有H型、Z型，左右前門為干濕區(qū)穿孔，背門采用橡膠件穿孔等。

確認主線走向之后，根據(jù)主線走向和用電器布置，進一步設計分支走向。思路是連接主干與分支連接器，梳理形成枝干線束和末端分支。末端線束分支不可過長或過短，在100mm到200mm之間為宜。如末端用電器為振動源，則末端線束必須設置有固定點，防止連接器振動受力。

在線束走向的設計過程中，如有困難，需要盡早對用電器位置進行協(xié)商調(diào)整。

3.6 線束布置細化，固定方式確認

細化線束主干和分支設計，確認實際的固定方式，要求固定牢固、具有安裝可行性。有以下基本要求，連接器不能直接和振動的零部件連接，連接器尾端離最近的固定點距離不大于300mm，固定點之間距離在300mm以內(nèi)。固定方式的選擇要牢固、區(qū)分是否能旋轉(zhuǎn)。是否有干涉。

常用有如下固定卡方案：（表3）

推薦使用7×12的腰型卡，有順線束和與線束垂直兩種方向，具有可導向、可限位、成本低的優(yōu)勢。圓形卡和松樹卡也具有便于安裝的優(yōu)勢，適用于需要靈活轉(zhuǎn)動、或?qū)蛞蟛桓叩那闆r。一字卡和T型卡、L型卡可以對線束進行導向和隔離作用，但需要考慮線束受力不可過大。螺柱卡常用于繞開螺柱的布置位置，但具有易轉(zhuǎn)到的弊端，需要評估是否會造成干涉。鈑金卡和C型卡也可以對線束進行隔離防止干涉，但需要考慮防腐等級與環(huán)境的匹配性，同時要注意實際安裝時卡接位置沒有限位，可能對線束的走向造成影響，避免無法起到隔離的作用。

3.7 包扎方式設計

根據(jù)線束布置、線束所處環(huán)境，進行包覆方式的選擇。選擇方式可參照表４。

3.8 設計檢查

對整車線束布置進行涵蓋線束專業(yè)、工藝部門、對手件部門、總布置部門的評審。對照設計檢查清單進行評審。設計檢查清單及基本設計規(guī)則列舉如表５：

4 總結

線束設計是非常繁瑣且細致度要求較高的工作。整個開發(fā)過程中還需要結合樣件裝配情況、試驗驗證情況、動態(tài)情況，對走向或長度進行不斷的優(yōu)化和更新。

參考文獻：

[1]黎偉，俞曉勇，匡小軍. 淺析汽車電子架構發(fā)展與典型域控制器[J].時代汽車，2021（8）：163-164.

[2]王磊，張振東.汽車線束設計思路及零件選型[J].時代汽車，2017（12）：58-59.