汽车电线束轻量化设计方法研究

汽车电线束轻量化设计方法研究

黄倩

天津矢崎汽车配件有限公司   天津市   300457

摘要：车线束是汽车电路的网络主体，通过导线、插接器等导电材料，把电源、用电器连接成回路，实现电气连接功能的电气系统。不论是过去的传统燃油车，还是近几年市场势头强劲的新能源车，汽车线束系统在整车的作用举足轻重。汽车电线束轻量化设计是一个复杂的过程，不仅需要数据模拟的技术支撑，更需要以往的设计经验作为数据依托。基于此，本文主要分析了汽车电线束轻量化设计方法。

关键词：汽车；电线束；轻量化；设计方法

引言

轻量化作为汽车行业的核心和关键技术，需要更加深入地研究和探讨，助力国家碳达峰、碳中和的发展目标。关于汽车发展的整体规划中强调了“轻量化仍然是重中之重”，电线束作为重要的汽车零部件，也必将向轻量化的方向发展，为整车的节能减耗、降本增效提供积极应对方案。

1线束概述

线束是指在汽车内部连接各个电气设备之间的电线，这些电线一般是呈现出捆扎的状态，并且是以束状的形态存在，所以称之为线束。低压线束由导线、端子、插接件、波纹管、热缩管、硅橡胶等组成。特种汽车电气系统故障中60%的故障原因为线束制作品质问题，主要为功能性失效、外观性失效、防护性失效等问题。第一，功能性失效：端子压接品质、端子插接品质问题直接导致整车某电控系统无法工作。第二，外观性失效：线束采用开口波纹管防护并用电工绝缘胶带缠绕固定，线束不美观，直接影响整车外观。第三，防护性失效：分支线束插接件尾端未防护，插接件进线端进水等问题将导致端子连接异常。线束品质的好坏直接关系到特种汽车电气系统能否正常运行，提高线束制作水平及线束可靠性势在必行[1]。

2电线束产品分析

随着汽车电子功能配置的不断提高，消费者对整车的安全性、舒适性、操控性等方面要求亦不断增加。为满足不同消费群体对汽车电器功能的喜好，整车厂一般会针对不同消费阶层设计不同电器功能配置的车型，这样，与之配套的线束产品种类也随之增加。以目前国内市场销量及口碑均不错的某系列车型为例，该车型可搭载GW4G15F、GW4B15A、GW4D15D、GW4C20B、GW4N20这5款汽油发动机，与之匹配的发动机和变速器线束就达到了13种之多，加上不同电器功能配置的车门线束、仪表板及控制台线束、车架线束、前舱线束、座舱线束和消费者可自行选装的功能，该车型的线束产品种类达到80种以上。由此可见，线束产品的种类与整车电器配置息息相关，电器功能配置越丰富，配套的线束产品种类越繁多。除此之外，商用车线束产品的多品种、小批量也是另外一大特点[2]。

3汽车电线束轻量化设计方法

电线束类似汽车的血管，承载着电能和信号传输，是汽车各种与电气相关功能得以实现的媒介。电线束作为汽车关键部件之一，质量的优劣直接影响整车的安全性、舒适性、动力性、操控性。汽车电线束质量主要取决于设计开发、生产制造过程质量。设计开发环节，需要充分考虑3D管路、整车配电的合理性、安全性，通过装车、台架、路试的验证、评审、整改，获得最优设计方案。

3.1线束布置规范

（1）可靠性

第一，线束静态的状态下，尽量避开钣金锐边、支架锐边以及焊渣等对线束寿命有影响的环境件。线束在跨区域布置时，跨区域线束段不应出分支；若无法避免，主干应当留出振动量以避免振源将线束扯断。第二，避免线束布置过于靠近高温区，如不能避开，则应增加隔热罩保护线束（至少在80mm以上）。对于无隔热罩的线束，其间距至少在160mm以上，如排气系统、EGR和增压系统及其相关的阀等高温部件。但线束排气消音器高温区域至少200mm，距离排气气管至少30mm。

（2）可装配性

汽车线束布置时要考虑尽量不给整车装配过程增加过多工序，便于现场工人长时间操作；安装点及插接件应当在人可视范围内；增加一些安装预留，比如大灯调节开关等，手部操作空间，工具安装轨迹等[1]。

（3）可制造性

线束设计时，需要考虑到线束工厂工艺制作的可行性，比如工装板上的治具底座的直径、胶带的宽度等。除此之外，还要考虑到现场装配时，车间人员是否能够精准识别图纸；尽可能地减少现场工人的动作，以避免长时间操作造成的误装问题。

3.2电器件原理控制方案

第一，优化供电、搭铁分配，如机舱配电盒先分配到仪表板配电盒，再给周边零件供电；合理进行供电回路的合并及熔断丝容量的设定，避免低负载供电回路挂在相对大的熔断丝下所造成线束线径的冗余设计；结合各电器零件的电气功能、负载特性、安全等级，根据电器控制原理，进行整合优化、合并组合，减少熔断丝和继电器的数量；搭铁点就近搭铁，合理规划布置位置及整合方案。

第二，配电盒模块化设计采用拼接式配电盒（插线式），根据配置需求增减继电器及熔断丝插座。可实现降重、降成本，并提升配电盒的通用性。

第三，同系统控制器、传感器、执行器尽量布置在同一段线束内，减少不同线束分段的对接回路数量。如空调控制器尽量和其温度传感器、模式风门电机、鼓风机等布置在同一段线束上。

第四，通过对各电气功能进行整合设计，可有效减少电器件的数量，从而减少线束连接回路，减轻线束质量。如车载信息娱乐系统（IVI系统）集成了音响、仪表（主机集中完成图像处理，组合仪表仅作为显示单元）、全景影像控制器、驾驶员状态监测系统、车载远程通信终端等功能，极大地减少了由于原来各系统分散布置所导致线束回路的增加[4]。

第六，开关功能虚拟化，将部分实体开关集成在娱乐系统的大屏中，减少实物按键，同样可减少线束连接回路，降本减重。

4线束制作品质控制措施

第一，整个线束制作工序采用定员定岗，流水线操作。单独成立线束班组，人员经过各工序理论、实操培训，工艺考核合格后上岗，并定期进行工艺培训，提高操作人员品质意识。

第二，编制各工序作业指导书及现场工艺文件，作业指导书包含该工序使用的设备、工艺流程、工艺要求、注意事项等内容。首先，作业指导书对应摆放在生产现场各工位，便于操作人员随时掌握工艺要点。其次，分解具体车型线束图纸，编制各导线裁剪明细表、名称标签打印表、波纹管裁剪明细表等现场工艺文件，操作人员一目了然，大大提高了生产效率，降低了操作错误率。

第三，根据所操作的零部件的型号，选择相应规格的设备、模具等；根据各设备维护保养手册，定期对设备进行保养；操作前，首先检查设备的完好性，比如刀片有无磨损、损坏，模具是否安装牢固等；线束制作过程中，加强多余物控制，保持设备、平台、工具干净整洁；设备使用完成后，关闭电源[5]。

结束语

近年来，我国家电、汽车等行业迅速发展，使线束市场需求以每年超过２０％的速度增长。在此背景下中国的线束产业规模和生产企业数量均在急剧增长，为电缆线束产业的发展与壮大提供了土壤。汽车电线束是汽车动力和信号传输分配系统的总成，是汽车电路的网络主体，是汽车电路中连接各个电器设备的接线部件和各部件联系的载体。如果将汽车比作人体，汽车引擎是心脏、ECU是大脑，那么汽车电线束便是血管、是神经，可见汽车电线束对于汽车整车电路正常稳定工作的重要性。

参考文献：

［1］王宇.汽车电线束与熔断器的匹配设计［J］.汽车电器，2015（4）：6-13.

［2］河南天海电器有限公司.一种汽车铝合金电瓶线：中国，ZL201520612214.4［P］.2015-12-02.

［3］韩光杰，付宏程，潘盼，等.汽车铝导线的应用研究［J］.汽车电器，2019（5）：58-61.

［4］李舜尧.适用于铝导线超声波焊接的铜端子结构标准化设计探讨［J］.研究与开发，2020（8）：15-21.

［5］聂根辉，蒙永种，高志龙.汽车车门系统的水管理设计[J].汽车零部件，2021(04):65-68.