整車電氣線束布置過程中的設(shè)計(jì)原則

汽車線束是汽車電子電氣系統(tǒng)中重要的組成部分，也是整車故障的多發(fā)環(huán)節(jié)。如何在設(shè)計(jì)過程中提高汽車線束工作的可靠性，降低整車故障率，保證發(fā)生故障時(shí)在最短的時(shí)間內(nèi)排除故障，成為汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中關(guān)注的焦點(diǎn)。本文對(duì)整車電氣線束布置過程中的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了系統(tǒng)分析與探討。

汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)從整車或總成項(xiàng)目啟動(dòng)開始，主要設(shè)計(jì)流程如圖1所示。作為設(shè)計(jì)流程的關(guān)鍵階段，電氣系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)與電氣系統(tǒng)三維布置需要同步進(jìn)行，假如將電氣系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)比作是靈魂，那么電氣系統(tǒng)三維布置則是承載靈魂的軀體。電氣系統(tǒng)三維布置完成的品質(zhì)直接影響樣車試制的品質(zhì)，高效的三維布置可以減少試制過程出現(xiàn)的問題，降低試制費(fèi)用，縮短整車設(shè)計(jì)時(shí)間。

電氣系統(tǒng)三維布置主要是指利用CATIA、PRONE等三維軟件對(duì)整車電器元件、電線束及相關(guān)固定結(jié)構(gòu)在整車上進(jìn)行布置，包括電器件三維布置以及電氣線束三維布置兩部分，其中電器件主要根據(jù)整車具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置。本文根據(jù)實(shí)際汽車線束三維布置經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出了一些基本原則及注意事項(xiàng)，主要從線束裝配性、線束可維護(hù)性以及線束安全可靠性等方面進(jìn)行闡述，為汽車電氣線束的三維布置設(shè)計(jì)提供了基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

汽車線束三維布置的一般流程

汽車電氣系統(tǒng)三維布置按照?qǐng)D2所示設(shè)計(jì)流程進(jìn)行。將整車電氣系統(tǒng)根據(jù)位置不同分成底盤、儀表板、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等不同模塊，針對(duì)每個(gè)模塊首先進(jìn)行電氣設(shè)備布置，此項(xiàng)工作由電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)師與整車系統(tǒng)工程師共同完成。電氣設(shè)備布置方案確定后，開始進(jìn)行線束走向設(shè)計(jì)，按汽車電氣線束布置的原則進(jìn)行線束走向設(shè)計(jì)，并對(duì)走向方案進(jìn)行校驗(yàn)，直至合理。完成電氣線束走向設(shè)計(jì)后，根據(jù)線束走向確定固定方式及結(jié)構(gòu)，并對(duì)固定方式及結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、干涉性校驗(yàn)，根據(jù)最終確定的設(shè)計(jì)方案繪制電氣線束二維圖、相關(guān)固定結(jié)構(gòu)二維圖。下面主要探討汽車線束布置過程中的基本設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)。

汽車線束布置基本原則及注意事項(xiàng)

在對(duì)汽車線束進(jìn)行三維走向設(shè)計(jì)時(shí)，一定要充分結(jié)合車身鈑金、車架等線束依附體的具體情況對(duì)整車電氣件進(jìn)行綜合全面的考慮。進(jìn)行線束布置設(shè)計(jì)的同時(shí)也要考慮線束固定問題，根據(jù)鈑金件結(jié)構(gòu)、整車機(jī)械結(jié)構(gòu)確定固定方式以及固定點(diǎn)的數(shù)量；控制器較多且需集中布置的情況下，對(duì)控制器的布置也要著重考慮。

2.1 易于裝配在汽車線束布置裝配性方面主要側(cè)重考慮兩方面內(nèi)容：線束本身易于裝配；線束固定結(jié)構(gòu)易于裝配。

2.1.1 線束總成本體易于裝配汽車線束布置時(shí)要考慮盡量不給整車裝配過程增加過多工序，對(duì)于整車的不同區(qū)域可采用分裝方式，如儀表板、車門、頂棚、左右車身等。并且在設(shè)計(jì)過程中有針對(duì)性地考慮不同區(qū)域的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的線束走向不得影響其他整車零部件的裝配；在線束過孔時(shí)，所需過孔的外包絡(luò)直徑最大的插接器，其直徑一定要小于飯金孔直徑，否則會(huì)造成線束無法穿過。

2.1.2 線束固定結(jié)構(gòu)易于裝配在設(shè)計(jì)線束固定方式及固定結(jié)構(gòu)時(shí)一定要考慮裝配性，不能在追求固定可靠的同時(shí)給裝配過程增加過多工序，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出以下注意事項(xiàng)。1）盡量采用簡潔的固定方式，尤其對(duì)于空間狹小區(qū)域，如車門內(nèi)走線、白車身與內(nèi)飾間走線，由于其空間狹小，盡量采用塑料卡扣或膠帶固定。2）過孔橡膠護(hù)套應(yīng)設(shè)計(jì)成在小于100 N安裝力的情況下，即可完全裝配于鈑金孔內(nèi)。3）對(duì)于需要用手指壓裝的固定件，操作力為45 N ;用手壓裝的固定件，操作力為75 N。4）在線束固定結(jié)構(gòu)以及相關(guān)功能盒體設(shè)計(jì)過程中，盡量采用常用的標(biāo)準(zhǔn)件，并且標(biāo)準(zhǔn)件種類盡量少，通過前期設(shè)計(jì)減少裝配及維修中專用工具的使用。5）對(duì)于裝配時(shí)插接器或線束固定結(jié)構(gòu)需要穿過駕駛室的情況，其緊固件如果采用普通六角螺母和螺栓，一個(gè)人很難獨(dú)立完成，此時(shí)一般考慮采用焊接螺母或自攻釘進(jìn)行固定。6）線束的固定孔要盡可能開在結(jié)構(gòu)件的平面區(qū)域，在曲面上固定時(shí)，最好在結(jié)構(gòu)件上做出小平面。7）在進(jìn)行電氣線束布置時(shí)，盡可能考慮大總成模塊化裝配，提高生產(chǎn)線裝配速度。如變速器線束、發(fā)動(dòng)機(jī)線束分別裝配到變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體上，之后作為整體裝配到底盤上。

2.2 良好的可維護(hù)性在整車電氣線束布置時(shí)，要重視售后維護(hù)環(huán)節(jié)。良好的可維護(hù)性體現(xiàn)在出現(xiàn)電氣系統(tǒng)故障時(shí)，在最短的時(shí)間內(nèi)將故障排除，以及進(jìn)行故障排除時(shí)避免維修操作對(duì)其他部件造成損壞。如果線束或電氣件出現(xiàn)問題，拆卸要簡單，同時(shí)拆卸時(shí)不影響其他無關(guān)的零部件，否則就會(huì)造成一些不必要的浪費(fèi)，增加維修時(shí)間。因此，要保證整車電氣系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性，電氣線束布置時(shí)要考慮到以下幾個(gè)方面。1）、線束插接件盡可能布置在觸手可及的地方。2）、線束插接件如果只能用單手插拔，其對(duì)插端要被可靠固定。3）、同一部位的插接件要用顏色、大小、內(nèi)部定位等方法進(jìn)行區(qū)分，防止錯(cuò)插。4）、插接件末端的線束應(yīng)該預(yù)留一定的長度，以便于插接件的插拔：對(duì)于開關(guān)端的線束建議預(yù)留80～100 mm，組合儀表、音響、空調(diào)面板、熔斷絲盒等維修率比較高的電器件，其后端線束根據(jù)總成安裝位置預(yù)留到容易插拔的長度。圖3為某越野車儀表板功能開關(guān)線束，為便于功能開關(guān)拆卸、維修，在進(jìn)行此處線束設(shè)計(jì)時(shí)，將功能開關(guān)分支預(yù)留了100 mm的余量。

2.3 線束具有良好的可靠性線束如何可靠工作也是汽車電氣線束布置時(shí)需要著重考慮的問題，主要通過采取增加線束覆蓋物對(duì)線束本體進(jìn)行防護(hù)、對(duì)線束通過鈑金孔處進(jìn)行可靠防護(hù)、增加線束固定支架、在條件允許的情況下盡量減少線束分段等措施，提高線束一工作的可靠性。1）線束穿過鈑金孔時(shí)，通過增加過孔護(hù)套避免金屬件對(duì)線束的磨損。2）線束越過飯金件時(shí)，為了避免飯金件邊緣對(duì)線束造成磨損，考慮采用異型扎帶或在飯金件上增加橡膠條做防護(hù)。3）線束布置應(yīng)沿邊、沿槽，防止線束直接承受壓力。4）電線束尺寸應(yīng)符合QC/T 29106的規(guī)定，其中電線束基本尺寸極限偏差取值如表1所示。

5）線束直徑過大需要彎折一定角度時(shí)要預(yù)留足夠空間，一般線束彎折半徑要大于線束直徑的兩倍，此問題在直頭插接器根部要重點(diǎn)考慮，以免彎折空間過小對(duì)線束及插接器造成損壞。6）所有布置在運(yùn)動(dòng)件附近的線束，與運(yùn)動(dòng)件間應(yīng)至少留有50 mm間隙。7）兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)件上的線束，必須被固定到每個(gè)運(yùn)動(dòng)件上。8）運(yùn)動(dòng)件、開閉件（如車門）、間的線束要留足最大開度的長度，并考慮在部件最小開度時(shí)的堆積空間和固定方式。圖4所示為某款輕型車車門與白車身間線束過渡情況，在進(jìn)行該線束設(shè)計(jì)時(shí)要考慮車門的最大開度，并根據(jù)車門最大開度時(shí)車門與白車身間距離確定線束長度，線束長度確定后需要驗(yàn)證車門關(guān)閉時(shí)車門與白車身間隙大小，為避免關(guān)閉車門對(duì)線束護(hù)套及線束造成擠壓，可在車門或白車身對(duì)應(yīng)位置區(qū)域做下凹處理。

9）一段長線束相鄰固定點(diǎn)間距離不能大于300 mm，當(dāng)車體結(jié)構(gòu)不能保證時(shí)相鄰固定點(diǎn)間距離最大不能超過400 mm。10）線束彎曲處，彎曲點(diǎn)前后均應(yīng)設(shè)置固定點(diǎn)。11）鈑金結(jié)構(gòu)件不允許開孔時(shí)，可考慮熔焊卡條或焊接凸起支架及凸焊螺栓（卡柱）、進(jìn)行線束固定。12）需要在外面連接電器件插接件且需再塞回固定的線束，除為保證線束維修性而留足拉出操作時(shí)需要的長度，還要考慮固定后的線束堆積空間和線束固定方式。13）設(shè)計(jì)時(shí)線束分支必須有足夠的松弛度（大于線束最小長度25 mm）、，使其不對(duì)所連電器件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。14）由于車輛差異化，裝配時(shí)暫未用到的線束分支，按照100～200 mm理順后按圖5所示固定在主干線或支架上，捆扎線束時(shí)最小彎曲半徑不能小于線束直徑的2倍。比如某越野車底盤線束備胎升降開關(guān)分支的處理，由于該車備胎升降開關(guān)布置在車廂上，因而在進(jìn)行底盤裝配時(shí)需要將該段線束可靠捆扎于底盤線束主干上。

15）根據(jù)線束位置不同、工況不同，設(shè)計(jì)不同的線束防護(hù)形式，如車門線束以及內(nèi)飾板內(nèi)部的左右車身線束，由于空間狹小，一般考慮采用膠帶防護(hù)；底盤與車體接觸較多，且暴露在室外，一般采用具有防水性能的閉口波紋管防護(hù)；在整車溫度較高部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)等）、附近布線，需要采取隔熱措施。

2.4 電氣回路盡可能縮短電氣線束回路一定要盡可能縮短?？紤]好拆裝工藝后，就要考慮怎樣才能盡量縮短電線回路，因?yàn)檩^短的回路有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：①線路段消耗電壓低，電壓就可以匹配到電器件上，它們相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度較高；②減輕整車質(zhì)量；③降低線束成本。

2.5 線束分段設(shè)計(jì)要慎重有些時(shí)候?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)裝配的工藝性，在進(jìn)行汽車電氣線束三維設(shè)計(jì)的時(shí)候可能會(huì)將原本可以是1段的線束分成2段，這樣就勢必增加線束插接件，在進(jìn)行分段設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)插接件的增加一定要考慮以下幾個(gè)問題。1）線束上總的電壓降增加，電器件上的信號(hào)強(qiáng)度衰減。2）插接件的增加，勢必會(huì)造成電氣連接的不可靠連接點(diǎn)增加。3）為了固定增加的插接件，勢必要增加支架或考慮其他固定方式。4）增加電線束組裝工時(shí)和物料成本。鑒于以上幾點(diǎn)，在條件允許的情況下，盡可能減少線束分段，采用貫穿式線束設(shè)計(jì)。

總結(jié)

隨著整車電子電氣技術(shù)的發(fā)展，車載設(shè)備也越來越多，因而對(duì)整車電氣線束的可靠性提出了越來越高的要求。在電氣系統(tǒng)開發(fā)階段合理而可靠的電氣線束布置可以縮短開發(fā)周期、降低車輛成本、提高電氣系統(tǒng)工作的可靠性。如何利用三維軟件對(duì)電氣三維布置進(jìn)行更加精確的設(shè)計(jì)需要我們繼續(xù)探索。