淺析汽車低壓線束的三維設(shè)計與應(yīng)用

【摘要】文章結(jié)合三維軟件，闡述汽車低壓線束三維布置的設(shè)計要求和方法，對新車型的線束設(shè)計起到引導(dǎo)和參考作用。 

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展， 人們對汽車功能智能化的需求進一步提高， 汽車裝載的電器件和各種傳感器的數(shù)量逐步增多， 連接各個電器件的線束分支越來越多， 線束也越來越粗， 線束的布置空間進一步被壓縮， 加大了線束的三維設(shè)計難度。汽車低壓線束作為汽車的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，是汽車重要組成部件之一， 因此線束三維設(shè)計成為了汽車線束行業(yè)中的重中之重。線束在三維設(shè)計過程中會受到很多因素的影響， 如線束零件分配、電器功能分配、搭鐵點及位置分配、固定器選型、線束防護選型、大電流端子選型等。本文將重點對汽車低壓線束三維布置的設(shè)計要求和方法進行說明。

01 汽車低壓線束的基本介紹與設(shè)計流程

汽車低壓線束指由銅材質(zhì)作為導(dǎo)體， 外層包裹一層絕緣皮做成的電線電纜， 將電線電纜末端壓接好端子， 并插入到與端子匹配的塑料連接器內(nèi)， 使用防護材料把電線電纜捆扎， 形成連接電器件的部件。汽車低壓線束是承載車身控制器與整車電器件之間傳遞與反饋電信號的載體， 拿人體對比就相當于車身控制器是人體的大腦， 電器件是人體的各個器官， 而線束則是大腦連接各個器官的神經(jīng)和血液。

迄今為止， 汽車低壓線束設(shè)計與項目車型開發(fā)同步進行成為主流， 線束三維設(shè)計也成為了汽車項目開發(fā)的重點之一， 因此在線束開發(fā)初期設(shè)計開發(fā)人員就應(yīng)充分了解線束的開發(fā)設(shè)計流程與要求， 遇到問題能做到具體情況具體分析， 從而解決問題， 達到線束與項目車型同步開發(fā)的目的。汽車線束的設(shè)計流程如圖1所示。

1） 收集由主機廠電器件工程師輸入的ICD （電氣接口控制文檔， 內(nèi)含接插件信息、電氣參數(shù)信息等）。

2） 電氣原理工程師根據(jù)整車電氣系統(tǒng)的布局并結(jié)合ICD內(nèi)的信息進行回路的電源與電信號分配， 輸出整車線束搭鐵拓撲圖及繪制整車線束電氣原理圖。

3） 根據(jù)整車電器件的布置位置確定線束的走向；根據(jù)周邊環(huán)境確定線束的防護與固定方式；根據(jù)回路分配與走向確定線束鈑金的方式， 干、濕區(qū)過孔的位置、膠套大小的選擇；根據(jù)ICD提供的信息確定電器件裝配的接插件型號， 繪制線束三維數(shù)據(jù)。線束三維數(shù)據(jù)繪制完成后， 根據(jù)整車線束搭鐵拓撲圖校核搭鐵點位置。汽車低壓線束三維設(shè)計的基本數(shù)據(jù)如圖2所示。

4） 繪制二維線束圖紙。根據(jù)線束三維數(shù)據(jù)發(fā)布后的狀態(tài)繪制二維線束圖紙， 并核對與三維線束數(shù)據(jù)的一致性； 根據(jù)發(fā)布后的整車線束原理圖校核二維線束圖紙的接線表； 根據(jù)電氣原理工程師指出的需要控制尺寸的接插件分支及搭鐵分支特殊校核三維線束數(shù)據(jù)， 進一步優(yōu)化特殊位置尺寸。與電氣原理工程師確認無誤后， 經(jīng)主機廠發(fā)放二維圖紙到線束供應(yīng)商統(tǒng)計采購原材料、制作線束生產(chǎn)工裝等， 經(jīng)主機廠認可后方可進行試制與生產(chǎn)。

02  汽車低壓線束三維設(shè)計要求與步驟

汽車低壓線束三維設(shè)計需要根據(jù)整車環(huán)境的周邊件、車身鈑金、電器件的分布情況進行綜合考慮， 衍生車型或者相似車型可參考量產(chǎn)車型的線束進行局部更改。設(shè)計時， 可結(jié)合主機廠現(xiàn)有量產(chǎn)車型在開發(fā)設(shè)計過程中提及的相關(guān)線束設(shè)計問題的事件庫， 進行參考和規(guī)避此類問題。根據(jù)主機廠總裝技術(shù)提供的裝配工藝要求， 結(jié)合線束設(shè)計的實際情況進行優(yōu)化。

2.1 汽車低壓線束三維設(shè)計的基本步驟

汽車線束三維設(shè)計應(yīng)遵循裝配工藝性好、可維護性好、回路盡可能短、線束分段盡可能少、線束走向考慮EMC等原則。

1） 根據(jù)功能初步將整車線束分為噴油嘴線束總成、發(fā)動機線束總成、機艙線束總成、座艙線束總成等。不同主機廠與項目車型會有部分差異， 結(jié)合主機廠總裝技術(shù)要求及車型配置進行劃分。

2） 根據(jù)主機廠提供的整車數(shù)據(jù)， 熟悉整車數(shù)據(jù)的環(huán)境， 如電器件布局、車身結(jié)構(gòu)、各個系統(tǒng)管路走向、發(fā)動機控制單元與車身控制器的位置、蓄電池的位置、排氣管路的走向、ABS控制單元的位置等。

3） 結(jié)合上述內(nèi)容與電氣原理工程師提供的搭鐵拓撲圖繪制汽車低壓線束三維數(shù)據(jù)。在劃分好的線束中放置各電器件的接插件、搭鐵點、固定器、線束標簽、線束支架等， 按線束布置走向用支管連接好， 形成線束三維數(shù)據(jù)。

4） 對電器件對配接插件、固定器、圓形電線接頭的數(shù)據(jù)匹配情況進行校核， 并核對是否滿足各個分段線束的設(shè)計要求。對線束可能會發(fā)生的弱干涉或強干涉進行檢查， 并檢查線束外防護是否滿足保安防災(zāi)要求。

5） 根據(jù)發(fā)布的線束三維數(shù)據(jù)繪制二維圖紙， 其中二維圖紙內(nèi)容包括技術(shù)要求、尺寸、接線表、包扎方式、接插件型號、端子型號、固定器型號等信息。初步完成線束三維數(shù)據(jù)與二維圖紙時， 根據(jù)情況相互檢查與優(yōu)化。

2.2 汽車特殊區(qū)域?qū)€束設(shè)計的要求及方法

整車特殊區(qū)域分為潮濕區(qū)域、零部件運動區(qū)域、高溫區(qū)域、弱電信號區(qū)域、噪聲易發(fā)區(qū)域、其他特殊區(qū)域， 也是線束三維設(shè)計中重點關(guān)注的區(qū)域。不同區(qū)域使用的線束外防護方式及接插件防水等要求也不同。

2.2.1 汽車部件運動區(qū)域

汽車部件運動區(qū)域主要包括車輪、轉(zhuǎn)向機、風扇、車門開合處、方向盤、座椅、三踏板、雨刮器擺臂、雜物箱、換擋器、玻璃升降器、前后橋擺臂、發(fā)動機、備胎搖桿等位置。對于上述運動區(qū)域在進行線束走向布置設(shè)計時應(yīng)遵循以下要求。

1） 合理設(shè)計線束的長度， 綜合考慮線束設(shè)計的長度在運動區(qū)域的擺動， 線束在運動區(qū)域與汽車相對運動部件的運動包絡(luò)間距大于10mm， 并進行可靠固定， 防止兩者在運動過程中干涉。

2） 零部件運動行程中禁止布置線束。

3） 線束需布置在運動部件上， 且相對線束主干運動的部件時， 需校核部件運動極限時的長度， 防止運動部件運動到極限時線束被拉斷。運動段根據(jù)需要合理使用防護， 防止線束在運動時被周邊件磨斷， 導(dǎo)致功能失效或短路等。

2.2.2 潮濕區(qū)域

汽車潮濕區(qū)域主要包括前艙、地板、車門、底盤、前后杠等， 干濕區(qū)域劃分如圖3所示。潮濕區(qū)域線束端連接器必須使用防水連接器， 在進行線束走向布置設(shè)計時應(yīng)遵循以下要求。

1） 線束在干、濕區(qū)貫通時需使用膠套作為過孔防護，并且線束與膠套配合處需使用防水泥完整包裹住每根電線電纜， 防止產(chǎn)生虹吸反應(yīng)， 造成水在濕區(qū)從線束內(nèi)部“吸” 入干區(qū)造成線束短路。

2） 線束固定器鈑金孔的位置在干、濕區(qū)貫通時， 線束固定器須使用帶隔水材質(zhì)的固定器， 如海綿墊圈等， 防止水從濕區(qū)流入干區(qū)。

3） 設(shè)計線束膠套的鈑金孔時， 鈑金孔軸線須高于膠套濕區(qū)側(cè)線束第1個固定器上的線束軸線， 防止水從濕區(qū)流入干區(qū)。

4） 在給線束膠套開鈑金孔時， 要求鈑金貼合面要比膠套大6mm， 防止膠套變形漏水。過孔膠套在選擇已有的物料型號時， 通過驗證穿孔接插件尺寸d， 確定開孔尺寸D， 一般要求D≥d+5mm， 根據(jù)上述要求校核開孔鈑金，選擇合適的尺寸和膠套型號進行對配開孔。接插件穿孔側(cè)線束分支設(shè)計如圖4所示。

需穿孔的線束分支可從設(shè)計上避免分支集中長度，導(dǎo)致接插件穿孔困難， 接插件分支長度前后錯位能便于穿過鈑金孔。

5） 接插件布置時應(yīng)高于線束的電線電纜， 避免水沿著線束流入接插件內(nèi)部導(dǎo)致短路。如若無法避免時， 主干分支點與接插件之間應(yīng)設(shè)計有固定點， 并且固定點應(yīng)低于主干與接插件的Z向高度。無法設(shè)計低于主干與接插件布置高度的固定點時， 分支走向應(yīng)設(shè)計為圓弧形并給予適當?shù)拈L度， 讓水順著線束的電線電纜流到圓弧形的最低點。

2.2.3 高溫區(qū)域

汽車高溫區(qū)域主要包括發(fā)動機缸體、隔熱罩、排氣系統(tǒng)、變速器等。

1） 線束與發(fā)動機缸體和變速器外殼間隙30mm以上。

2） 發(fā)動機上的管路、支架等數(shù)量較多， 且布置密度較高， 線束布置空間有限， 線束防護可使用耐溫開口波紋管外加高于波紋管耐溫的PVC膠帶實纏進行防護， 必要時可選用編織管和塑料片防護。

3） 保證線束與隔熱罩的間隙不小于50mm。

4） 線束與高溫部件及存在熱害隱患的部件間隙不小于80mm， 如帶隔熱板的排氣系統(tǒng)。無隔熱板的排氣系統(tǒng)與線束間隙需大于150mm。若受限于空間不能滿足時， 線束外防護應(yīng)使用耐高溫材質(zhì)的防護物包裹線束， 如鋁箔膠帶實纏、鋁箔袖套等。

2.2.4 弱電信號區(qū)域

如ABS輪速傳感器電信號等， ABS輪速傳感器線束走向布置應(yīng)與點火高壓線束必須保證100mm以上的間距， 防止輻射干擾。

2.2.5 噪聲易發(fā)區(qū)域

易發(fā)生噪聲區(qū)域主要為乘員艙， 其中包括車門、主副儀表板、頂蓋、立柱等位于乘員艙內(nèi)， 并需要布置線束的位置。

1） 門板鈑金較薄， 內(nèi)部為空腔狀， 車門開關(guān)較為頻繁， 線束固定及防護不良時， 電線電纜拍打在車門鈑金上會有一定的噪聲產(chǎn)生。

2） 主副儀表板、頂蓋、立柱飾板線束部分位置需要預(yù)留裝配長度方便裝配， 裝配完成后預(yù)留的線束長度會堆積在主副儀表板內(nèi)， 由于預(yù)留的線束長度存留的位置不明確， 車輛振動時容易產(chǎn)生噪聲。

上述位置的線束根據(jù)需要可使用絨布膠帶、海綿等防護進行降噪處理。

2.2.6 其他特殊區(qū)域

1） 發(fā)動機線束設(shè)計時線束牢固地固定在發(fā)動機側(cè)和車身側(cè)， 靠近發(fā)動機或變速器固定軸位置， 固定在發(fā)動機與車身之間的線束應(yīng)保留有相對運動的余量。

2） 線束與燃油管、制動管、空調(diào)管等保持至少30mm的間隙。

3） 需拉出線束接插件進行裝配的位置， 如前照燈分支、儀表屏分支、主副儀表板內(nèi)連接分支等需預(yù)留接插件裝配長度。主副儀表板上需預(yù)留長度的電器件， 可使用鐘擺式的裝配方法校核預(yù)留的線束接插件分支長度。

2.3 其他基本線束設(shè)計要求

1） 線束插件距離第1個固定不大于150mm， 卡扣間距范圍一般為200~250mm， 發(fā)動機艙100~150mm。

2） 一般機艙線束、儀表線束、座艙線束、頂棚線束的布線形式為H型。其中機艙線束、儀表線束、座艙線束的線徑可按照表1要求進行設(shè)計， 配置較高時可適當增加。

3） 線束彎曲半徑設(shè)計合理， 避免出現(xiàn)銳角彎折情況。線束外徑（多根并包含防護層）>25mm時， 彎曲半徑不得小于線束的直徑；≥25mm時， 線束彎曲半徑不小于線束外徑的1.5倍。單根線束6mm2≤截面積＜16mm2的線束彎曲半徑不得小于線束外徑的2倍；單根線束截面積≥16mm2的線束彎曲半徑不得小于線束外徑的4倍。

4） 線束彎折角度一般不得小于90°。

5） 線束固定器優(yōu)先選用Φ7mm圓孔、Φ7×12mm長圓孔兩種規(guī)格， 并根據(jù)鈑金厚度選用箭頭型或杉樹型箭頭的固定器。線束固定器的碗狀結(jié)構(gòu)邊緣與固定面的凸臺平面距離需≥2mm， 箭頭最大臺階邊緣與周邊件的間隙≥5mm。

6） 線束分支點與分支點、分支點與固定點、固定點與固定點、固定點與接插件、分支點與接插件之間的距離一般不應(yīng)小于40mm。

7） 線束與螺栓、螺母、螺釘?shù)葮藴始ＷC10mm以上間隙， 避免線束磨損斷裂。

8） 在線束布置設(shè)計時， 帶有背扣的線束接插件應(yīng)固定在車身側(cè)， 需維修時便于拆卸。

9） 同一區(qū)域使用到相同接插件型號時， 應(yīng)進行防錯裝設(shè)計， 可從布置、外殼、顏色、使用標簽等進行防錯裝。

10） 與主機廠確認涉水面。經(jīng)過機艙線束前圍的膠套應(yīng)高于涉水面160mm， 正極熔斷絲盒最低點應(yīng)高于涉水面300mm， 機艙熔斷絲盒漏水孔應(yīng)高于涉水面200mm。

11） 確認線束過孔或跨鈑金邊緣時此處的線束長度與防護， 有干涉風險時應(yīng)在鈑金邊緣增加翻邊處理。若鈑金無法翻邊時， 線束應(yīng)增加防護或鈑金邊包裹防護材料， 跨鈑金邊可使用鈑金卡扣固定在鈑金邊上， 或者使用異型卡扣來偏置線束走向， 從而避開鈑金邊。

12） 總裝進行裝配線束時， 一般手指操作空間需求≥35mm， 單手操作空間100mm， 雙手操作空間需求單邊≥80mm， 線束在三維布置設(shè)計時要結(jié)合此需要考慮， 避免裝配困難， 甚至無法裝配。

2.4 搭鐵布置原則

2.4.1 位置可靠性

1） 線束搭鐵位置優(yōu)先選擇在車身鈑金大平面與主梁上固定， 避免在使用螺栓固定的金屬件與運動件上布置， 如確有需要， 則需金屬件與車身鈑金之間增加一根搭鐵線。

2） 線束搭鐵點要避免布置在高振動與易噴濺區(qū)域，鈑金面需平整， 不可布置在凹槽與涂膠槽區(qū)域內(nèi)， 校核是否會存在積水情況和涂膠覆蓋風險。

3） 線束搭鐵點鈑金背面凸焊螺母， 一般搭鐵采用M6搭鐵螺栓固定， 大電流采用M8螺栓。新能源等電位搭鐵點根據(jù)電流計算和使用的搭鐵端子型號確定使用螺栓大小。

2.4.2 裝配可靠性

1） 振動部件上的線束搭鐵分支需留有適當?shù)挠嗔浚苊庖蛘駝訉?dǎo)致搭鐵分支被破壞或拉斷。

2） 搭鐵螺栓應(yīng)采用標準件， 并帶自排屑功能的螺栓。

3） 搭鐵螺栓材料鍍鋅或者彩鋅鍍層的螺栓。

4） 確認搭鐵螺栓安裝處鈑金的厚度， 選用合適的長度， 一般通孔擰緊后外露螺紋不少于2個， 盲孔有效螺紋不低于10個。

5） 車身搭鐵螺栓安裝方向一般為Z向便于安裝， 特殊位置需校核工具操作空間及汽車零部件裝配順序， 避免汽車零部件遮擋無法安裝。

6） 安裝搭鐵螺栓時， 需可清楚目視安裝孔， 且裝配時安裝工具周邊應(yīng)無遮擋及干涉。

7） 搭鐵端子選型時， 優(yōu)先選用帶防止結(jié)構(gòu)的端子。

8） 使用M8規(guī)格的搭鐵螺栓固定線束搭鐵時， 需二次打力矩， 防止使用電動工具打緊不良。

2.4.3 防護可靠性

布置在濕區(qū)及地毯下方鈑金的搭鐵點需使用雙層熱縮管， 能對端子壓接位置進行有效密封保護， 避免液體進入導(dǎo)線造成端子氧化腐蝕。搭鐵分支的三維走向布置設(shè)計要求與濕區(qū)接插件三維走向布置設(shè)計相同， 防止液體順著導(dǎo)線流向搭鐵點。

2.4.4 維修便利性

搭鐵點的位置盡量選擇在便于拆卸的位置， 并校核整車裝配完成后的操作空間， 便于排查故障和維修。

2.4.5 搭鐵特殊位置設(shè)計要求

非承載式車身的車型應(yīng)使用車身搭鐵線連接車身與車架。

03  結(jié) 束 語

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展， 汽車線束開發(fā)的難度越來越大， 涉及到的面也越來越廣， 因此線束開發(fā)設(shè)計的地位也越來越重要， 安全可靠、安裝維修便利、走向合理是線束開發(fā)設(shè)計的主要目的。因此， 完善的開發(fā)流程和設(shè)計規(guī)范是線束開發(fā)與設(shè)計的基礎(chǔ)。本文闡述了基本的汽車線束開發(fā)設(shè)計的過程和要求， 以供線束行業(yè)的設(shè)計人員作為一個參考。