汽車小燈系統(tǒng)的線束輕量化設(shè)計(jì)案例

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引言

隨著汽車技術(shù)的不斷深化，汽車的電子化特征日益凸顯，線束作為信號和電力的傳輸通道，其的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)變得愈加繁復(fù)。如今汽車輕量化技術(shù)大道齊行，作為主要成分的汽車線束無疑面臨著輕量化的嚴(yán)峻情況。為了保證汽車的功能性和可靠性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)線束輕量化的需求，有必要進(jìn)行深刻的探討。

眾所周知，完整的汽車線束包括如導(dǎo)線、包裹材料、橡膠帽、接插件和扎帶等線束附件，而線束輕量化指的就是有效降低這些附件的重量，主要思路如下：?

（1）通過合理布局，更好地實(shí)現(xiàn)線束布置的優(yōu)化，具體包括：線束走向布置、電源點(diǎn)和接地點(diǎn)的布置等，以減少應(yīng)用回路中的導(dǎo)線長度，極佳地減輕線束的重量。?

（2）從接線原理入手，于根源處發(fā)掘生機(jī)。通過確定汽車線束的基礎(chǔ)，保證其的簡潔便捷。?

（3）通過改良線束安裝的環(huán)境，保障一定的安全性，更好地實(shí)現(xiàn)線束包裹材料的減重，體現(xiàn)輕量化的需求。

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汽車線束的重量組成結(jié)構(gòu)

（1）一般地汽車導(dǎo)線都用的是具有較高絕緣性和耐熱性的氯乙烯、聚乙烯包覆導(dǎo)線。但隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)無法適應(yīng)汽車市場發(fā)展的需要，因此很有必要重新選取汽車線束的導(dǎo)線。針對傳統(tǒng)導(dǎo)線存在的各種缺陷，相應(yīng)改造出全新的導(dǎo)線，目前市面上頗受追捧的導(dǎo)線多是鋁導(dǎo)線、合金導(dǎo)線和混合芯體導(dǎo)線等，極大程度上減輕傳統(tǒng)導(dǎo)線對汽車車體的重量。?

（2）因?yàn)槠嚲€束有著全然不同的功能，所以不同功能的導(dǎo)線也會(huì)有多重多樣的性能。汽車之所以能夠辨別車外事物發(fā)生的變化，是跟其自身擁有很多功能的導(dǎo)線有關(guān)，這些導(dǎo)線有自己獨(dú)特的功能，通過協(xié)調(diào)整合，實(shí)現(xiàn)汽車各零件的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，更好地踐行汽車的各項(xiàng)功能。電力線的橫截面有 2mm2、3mm2、5mm2 三類，這同樣說明了不同功能的導(dǎo)線也有著截然不同的橫截面積。所以要具體問題具體分析。?

（3）汽車線束屬于汽車電路的主體部分，為了更好地保障汽車運(yùn)行的安全性和可靠性，小型汽車的運(yùn)行需要依靠這些重要的汽車線束。這些汽車線束呈現(xiàn)出交錯(cuò)縱橫的狀態(tài)，首尾相連下來總長度都有近兩千米，更不必說其所包含的體重。以一般汽車的銅合金導(dǎo)線重量為例，汽車總導(dǎo)線重量幾乎有 25-30千克。按照這樣的體量，很有必要對汽車線束的重量加以減少。

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輕量化汽車線束的現(xiàn)狀

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現(xiàn)狀

目前汽車的電子化特征逐漸顯現(xiàn)，汽車中更多地安裝了較多的電子設(shè)備，同時(shí)對汽車線束提出相應(yīng)的要求：安全性能好、不存在任何的風(fēng)險(xiǎn)、可靠性高、方便快捷、有一定的材料節(jié)余、空間利用率高和布置美觀等。汽車內(nèi)部空間就那么大，還往里面添加如此之多的功能設(shè)施，導(dǎo)致汽車內(nèi)部空間日益變小，線束的安裝和排版變得愈發(fā)地困難，不利于體現(xiàn)汽車電器系統(tǒng)的安全性和可靠性。于是就如何布置汽車線束并相應(yīng)設(shè)計(jì)技術(shù)要領(lǐng)成為目前亟待解決的重要問題。?

汽車所要用到的電線跟平時(shí)居家用到的電路不太一致，多用到的是低壓電線。一般情況下，家里用到的電線采用的是銅質(zhì)單芯結(jié)構(gòu)，兼具一定的硬度。然而汽車用到的電線采用的是銅質(zhì)多芯的結(jié)構(gòu)，很多軟線細(xì)到就像是人的頭發(fā)一樣，幾十根軟線聯(lián)合在一起，并放置于塑料絕緣管（PVP）中，又因?yàn)樵摬馁|(zhì)具有良好的柔軟度，不容易出現(xiàn)線束斷裂的情況。為了防止礦物質(zhì)油破壞電線外絕緣皮，會(huì)在上一層加一層纖維棉布和起到絕緣效果的漆膜。

在一般情況下，通過利用接插件和線耳，實(shí)現(xiàn)線束間或線束與電氣設(shè)備間的連接。接插件的主要構(gòu)成要件包括護(hù)套和端子，在此之上還有插頭和插座。護(hù)套通過注入或擠壓PPE、PVC 或 PE 等材料制作而成，有的時(shí)候還會(huì)多出一個(gè)孔位，以便實(shí)現(xiàn)電線的接頭；端子通過鐵或銅以特殊的制法制成，在此基礎(chǔ)上會(huì)帶有刺，通過將端子嵌入護(hù)套之中，以便實(shí)現(xiàn)自主的鎖定，提升安全性能。塑料材質(zhì)的護(hù)套會(huì)在兩邊添入能夠鎖定的裝置，相應(yīng)防止裝置在使用過程中存在意外滑落的情況。在安裝線束的最后階段要固定住線頭，以此防止應(yīng)用過程中出現(xiàn)線頭互觸或掉落的安全問題。為了實(shí)現(xiàn)這樣的效果，一般用的是專門固定線束的器具，保證導(dǎo)線走線的穩(wěn)固性，避免導(dǎo)線出現(xiàn)更大的損害。?

要想批量生產(chǎn)出線束，需要提前準(zhǔn)備好相應(yīng)的線束圖。線束圖跟電路原理圖之間存在明顯的差別。電路原理圖主要表現(xiàn)的是不同電氣部分有效連接的部分，但沒有很好地顯示各電氣彼此之間存在的關(guān)系，進(jìn)而忽視不同電氣元件的尺寸差異和安裝過程中的距離問題。線束圖則極佳地處理到該方面的問題，以確定各電氣元件間的有效連接。

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實(shí)際應(yīng)用

近年來，人們逐漸把目光投向汽車輕量化等領(lǐng)域的內(nèi)容，其中最主要的部分包括了線束。在整個(gè)車輛的重量上，線束所占的重量達(dá)到整體的 5%。正因?yàn)橛兄噧?nèi)導(dǎo)線的助力，汽車才能夠更好地行駛在道路上，這充分頭體現(xiàn)出導(dǎo)線的重要作用和價(jià)值，屬于一個(gè)汽車的組成生命和內(nèi)生靈魂。因而在生產(chǎn)汽車的過程中，需要極佳地保障導(dǎo)線的安全性能。如果選擇劣質(zhì)的汽車導(dǎo)線，會(huì)造成極大的安全隱患，所涉及的后果簡直難以想象。汽車的運(yùn)行需要保證駕駛過程中乘坐人員的安全，因此有必要進(jìn)行導(dǎo)線的合格檢驗(yàn)，為用戶的生命安全保駕護(hù)航。?

通過實(shí)現(xiàn)線束的輕量化設(shè)計(jì)，更好地保障汽車的安全性能。線束保護(hù)的形式多種多樣，包括了護(hù)板、支架和橡膠件等。具體應(yīng)用如下：

（1）通過減少金屬支架的結(jié)構(gòu)，用高強(qiáng)度的塑料護(hù)板取代金屬支架，如根據(jù)溫度，相應(yīng)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)艙布設(shè)溫度支架和保險(xiǎn)絲盒支架；

（2）通過利用特殊卡丁和固定替代護(hù)板取代塑料護(hù)板；

（3）通過應(yīng)用耐磨性高的纖維和纖維管取代波紋管，減少波紋管的應(yīng)用，更好地減少成本，降低噪音的影響；?

（4）在較低密封需求的位置，用發(fā)泡取代橡膠管，降低橡膠管的使用率，而在布設(shè)線束的過程中，相應(yīng)減少內(nèi)部的連接。諸如此類的應(yīng)用能夠很好地減輕接插件的重量，其中包括用以固定的附屬重量和汽車本身的結(jié)構(gòu)重量。

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汽車線束的具體設(shè)計(jì)方法

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線束布置設(shè)計(jì)輕量化?

線束所具備的作用包括連接電源、接地和用電器間的信號通訊。眾所周知，兩點(diǎn)之間，線段最短。但礙于對線束布置的美觀性和可靠性的考量，且為了防止周邊環(huán)境的限制，不可能讓線束中的回路導(dǎo)線用直線的方式進(jìn)行連接。因此對于線束布置的設(shè)計(jì)就是讓絕大多數(shù)的線束回路少走彎路，更好地減縮回路的長度，降低導(dǎo)線的用量。

1.1 走向布置方面

如圖 1 所示，A 是電源，通過連接到用電器 B 和用電器 C，成為主要用電器，這三種方法都可以踐行充分的連接。但是第一種的回路遠(yuǎn)遠(yuǎn)比第二種和第三種短。

三種不同的走向走向布

實(shí)際應(yīng)用到日常生活中，如圖 2 所示，是某重型卡車的底盤線束集成，通過修改線束走向的布置設(shè)計(jì)，較大幅度地實(shí)現(xiàn)輕量化，呈現(xiàn)極佳的減重效果。

1.2 電源點(diǎn)和接地點(diǎn)的布置方面

線束是電流傳輸?shù)闹饕d體，關(guān)于線束的回路主要分成電源線、底線和信號線三類。通過合理布置電源點(diǎn)和接地點(diǎn)，有效降低線束中地線和電源線的長度，以實(shí)現(xiàn)線束重量的降低。如圖 3 所示，是一個(gè)常見的某重型卡車電源點(diǎn)和接地點(diǎn)的布置示意圖，具體內(nèi)容包括：總電源、電器盒 1、電器盒 2 及各接地點(diǎn)和電器 1、/2、3。電器盒 1 和 2 都能夠用來取電，當(dāng)供電并接地設(shè)計(jì)用電器 1 時(shí)，電器盒 2 當(dāng)做供電點(diǎn)，接地點(diǎn) 1 進(jìn)行相應(yīng)的電源分配，縮短電器 1 中的電源線和地線，更好地實(shí)現(xiàn)線束輕量化。

某車型電源點(diǎn)和接地點(diǎn)布置示意圖

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接線原理設(shè)計(jì)輕量化

接線原理是汽車線束設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。通過對接線原理的應(yīng)用，極佳地提升整體電氣系統(tǒng)的安全可靠性，更好地實(shí)現(xiàn)線束減重和輕便的目標(biāo)。如圖 4、圖 5 所示，借由接線原理的理念，獲取某小燈系統(tǒng)接線原理設(shè)計(jì)輕量化的成果。

某小燈系統(tǒng)接線原理

某小燈系統(tǒng)接線原理

本文以汽車燈光系統(tǒng)中的小燈系統(tǒng)作為汽車線束輕量化設(shè)計(jì)的案例，顯示出該系統(tǒng)應(yīng)用到較多的用電器，包括車輛各位置的示廓燈、示高燈、儀表臺(tái)各面板和開關(guān)等的背光，跟霧燈等開關(guān)有密切的關(guān)系。汽車小燈功能輸出的電源下掛的回路多于 30 個(gè)，根據(jù)保險(xiǎn)絲的容量和導(dǎo)線截面在流的匹配關(guān)系，發(fā)現(xiàn)圖 4 中的電源下掛回路的橫截面積不低于1.5mm2，圖5中的電源下掛回路的橫截面積不低于0.5mm2，即可實(shí)現(xiàn)汽車線束的安全設(shè)計(jì)，而且導(dǎo)致汽車線束中的 30余個(gè)回路的重量降低，同時(shí)減少相應(yīng)的成本。在接線原理的具體落實(shí)過程中，通過應(yīng)用 CAN 總線傳輸更多的信號，實(shí)現(xiàn)控制器就近采集信號的需求，相應(yīng)減少傳感器的使用數(shù)量和信號的回路數(shù)量，以期做到信號回路長度的縮短，實(shí)現(xiàn)接線原理設(shè)計(jì)的輕量化。

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線束包裹材料選擇輕量化

汽車線束經(jīng)常使用的包裹材料主要包括：PCV 膠帶、PVC 套管、波紋管、絨布膠帶、 耐磨布和耐磨革等。包裹材料的主要方法又包括：全包裹、密包、花包和間隔包等。通過這些包裹材料外形約束相應(yīng)的汽車線束，相應(yīng)增加汽車線束的隔熱性、耐磨性和降噪性。比如：在發(fā)動(dòng)機(jī)線束的應(yīng)用中，會(huì)采用花包的方式，用 PVC 膠帶包裹，再外層添加一層波紋管。線束包裹材料是汽車線束集成的重要成分，并且還是汽車線束重量的重要成分。比如發(fā)動(dòng)機(jī)線束，其所應(yīng)用到的包裹材料占到了汽車線束整體重量的五分之一。通過積極有效地改良汽車線束布置位置的周圍環(huán)境，盡可能地選取一些簡潔輕便的線束包裹方法，實(shí)現(xiàn)汽車線束包裹材料選擇的輕量化，更好地減輕汽車線束的重量。

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結(jié)論

本文通過對汽車線束輕量化設(shè)計(jì)的探析，得出具體的設(shè)計(jì)方法，包括:線束布置、接線原理和線束包裹材料選擇的設(shè)計(jì)輕量化。這樣一來可以很好地為汽車線束減重，實(shí)現(xiàn)更多汽車載物的需求。同時(shí)也不能僅僅滿足于現(xiàn)狀，對于線束輕量化的設(shè)計(jì)考量還有很多，比如：選用輕量化接插件或輕質(zhì)材料、提高電氣系統(tǒng)電氣等級等。通過應(yīng)用各種積極有效的舉措，減少導(dǎo)線、插件和包裹材料的使用或改良材質(zhì)，更好地保障汽車線束的安全可靠性，促進(jìn)我國汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

編輯：黃飛

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