李哲寧

Q

摘 要：本文介紹了汽車線束所包含的要素，對汽車線束的開發(fā)和設計做了一個粗略的說明。著重討論了一下汽車線束設計時的要求和要點。

關鍵詞：汽車線束；線束開發(fā)；三維設計；設計要求

1 引言

當今汽車的智能化程度越來越高，功能越來越多，再加上人們對汽車的安全性、舒適性和經濟性的要求越來越高，汽車上的電器配置、電器件和導線也同時越來越多，連接各個電器件的線束也變得越來越重，越來越粗。正是由于線束在汽車工業(yè)中的顯著地位，汽車線束開發(fā)就顯得極為重要。同時汽車線束的開發(fā)涉及的面極為廣闊，如電氣原理、零部件的設計及選取，線束的保護以及自動電信號分配等等。而如何使汽車線束的開發(fā)在整車開發(fā)中能夠更加的符合整車的開發(fā)周期以及要求，就是本文要說明的。汽車線束在整車布置如下圖1所示。

2 汽車線束的基本介紹

為了使汽車繁多的線束整體美觀而不凌亂，接線安裝方便，以及保護絕緣層不易損壞，汽車上將不同規(guī)格、不同用途的導線包扎成束，簡稱汽車線束。汽車線束是對汽車進行電信號控制的載體，是汽車電路的網絡主體，沒有線束也就不存在汽車電路。汽車線束的數(shù)據(jù)實例見圖2。其功能包括：

（1）以合理安全的形式給用電設備如電機、喇叭、燈泡分配電能；

（2）傳遞和反饋信號。

3 汽車線束三維設計

隨著汽車的日益發(fā)展，汽車變得越來越智能化。汽車電子設備的不斷增加，而素有“汽車神經”的線束也越來越復雜，以前的線束設計已經不能滿足當前汽車開發(fā)的需求與周期，當前汽車線束設計過程中的同步開發(fā)已經成為主流，這就對線束的三維設計提出了更高的要求。

由于線束三維設計的重要性，就要求設計人員在開發(fā)初期就能有好的準則。本文就以某主機廠某項目對線束開發(fā)設計的要求和項目中具體遇到的問題，從線束開發(fā)過程中設計、分析和解決問題，給人以直觀的感受。

3.1 汽車線束的設計的步驟

3.1.1 整車線束設計的準備：

（1）根據(jù)《電器設計任務書》要求的電器配置和技術要求繪制原理圖；

（2）根據(jù)各電器功率確保保險容量及線徑大小，對每個電氣子系統(tǒng)進行載荷分配，確定總保險容量，計算導線線徑；

（3）布局圖（Plan View）的生成和整體線束的分割；

（4）接插件的選取；

（5）整車環(huán)境的建立。

3.1.2 汽車線束建模的步驟：

建模是一個繁瑣的工作，有時往往會不斷地修改。但是在設計過程中遵循著一定的設計步驟，也會對線束設計有一個好的思路，一般步驟如下：

（1）將線束劃分出不同的功能區(qū)，如前艙線束、車身線束、儀表臺線束、后保線束，如圖3所示，不同的車型和廠家會有些許差異，與總裝要求、配置高低有關系；

（2）熟悉整車結構分布，了解用電設備、模塊、周邊管路、車身結構等布置，收集已有的周邊數(shù)據(jù)；

（3）建立模型。在布線系統(tǒng)中放置元件，根據(jù)整車環(huán)境，盡力布線路徑。生成三維可視化的線束數(shù)模；

（4）對數(shù)模和周邊環(huán)境進行先期的數(shù)字化檢查，包括對設計要求的滿足，干涉的檢查，對配件的檢查；

（5）最終由三維數(shù)模生成圖紙，注釋包括尺寸、回路信息、保護件位置、包扎方式等一系列信息。為進一步的設計、制造和分析提供最完整的資料。三維數(shù)據(jù)和兩維圖紙相互檢查，優(yōu)化設計。

3.3 汽車各區(qū)域對線束設計的要求

整車可劃分為如圖4所示的幾個區(qū)域，也是線束工程師選用線束保護方式和選用零部件的依據(jù)，不同區(qū)域會有不同的的保護方式以及防水等級。

3.3.1 運動區(qū)域

運動區(qū)域主要包括安全帶、風扇、皮帶輪、手套箱門、電動座椅、雨刮運動臂、離合踏板及其傳動裝置以及發(fā)動機本體的相對震動等。對于這些位置，線束設計需要遵循如下幾點。

（1）線束不能處于運動部件的行程中；

（2）要充分考慮線束在長度允許的范圍內的擺動；

線束的走向是復雜多樣的，線束在直線走向上有很好的定性，但是在轉彎的空間走向上，線束會在兩個固定點間允許的長度范圍內擺動，這就需要分析線束所能到達的區(qū)域，保證線束的安全。如圖5。

（3）對于運動的線束段，要充分考慮到線束的行程，防止線束在運動過程中被拉斷。

比如ABS線，懸架和車身互有相對運動，所以在設計時，要確保足夠的線長不會被拉緊拉斷。

3.3.2 潮濕區(qū)域

車輛潮濕的區(qū)域一般集中在前艙，門板，底盤以及后保險杠等位置。對于濕區(qū)，插件必須選擇防水插件。由于線束固定的需要，有些必須開孔的區(qū)域，雨水會從孔流向干區(qū)，必須選用防水卡丁。如果有水沿著線束走向干區(qū)的風險，可以采取一定的措施加以防范，如圖6。線束在濕區(qū)有意做成一個滴水環(huán)的結構，這樣水只會流向濕區(qū)，保證干區(qū)的防水安全。

3.3.3 高溫熱源區(qū)域

包括排氣系統(tǒng)，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。線束在距離熱源125mm內，要采用絕熱層，熱反射膠帶，高溫波紋管等。

3.3.4 線束外露區(qū)域

主要指地盤區(qū)域，這個區(qū)域是外部環(huán)境最惡劣的地方，要根據(jù)不同的安全需求做好保護措施。

3.3.5 易產生噪音區(qū)域

噪音主要產生在乘客艙（門板、儀表板、頂棚）和行李箱，特別在儀表板內，有安裝尺寸的存在，線束會與儀表裝飾板產生一定的硬接觸。此時線束可以使用一些降噪的包裹物如絨布膠帶、泡棉膠帶等。這樣能有效避免噪音的產生。

3.4 汽車線束設計要求及評審

3.4.1 線束的固定方式

線束的走向是靠線束固定來實現(xiàn)的，安全可靠的固定方式，是線束設計中的重要原則，線束固定方式可分為卡釘固定、支架固定。同時線束固定也會遇到受條件或設計限制的環(huán)境。如圖7。線束通過卡丁固定在PDB上，但是這樣的設計即不利于安裝也不利于售后。這就要求工程師能夠隨機應變，可以和對手件工程師一起優(yōu)化設計如圖8，通過優(yōu)化PDB入線端的固定結構，通過扎帶的方式來保證線束的走向。

3.4.2 線束與周邊零件的距、間隙與長度

線束是一個柔性零件，必須與周邊零件有一定的安全距離。

（1）線束距離靜態(tài)零件要保持6mm以上的間隙；

（2）線束距離運動零件保持25mm以上的間隙，或者線束在三維中模擬的包絡面不和運動件干涉；

（3）線束距離焊點保持15mm以上的間隙；

（4）線束及其組件要預留出緊固工具的安全空間，距離螺母中心保持50mm以上的距離；

（5）線束距離毛刺、焊接邊、銳邊等，保持25mm以上的距離。如果達不到，需要考慮線束的保護措施；

（6）線束距離密封條8mm以上的間隙；

（7）加速踏板、剎車、離合踏板的行程范圍內，要保持19mm以上的距離；

（8）線束接插件所在的分支長度要考慮安裝，一般在設計時需要在分支自然狀態(tài)的線長增加25mm，避免線束分支對插件本身的拉拽，方便插件的接插，避免影響插件的連接可靠度；

（9）兩個固定點間的距離一般不要超過200mm。如果超出，必須要分析線束的安全性；

10）插件到最近的固定點長度要適中，盡量保持在100mm-150mm間，便于插件的對接和拆拔；

（11）IP/Console線束特殊位置需要預留安裝尺寸，一般比自然長度加長50mm-100mm?？梢酝ㄟ^3D軟件模擬線束與設備端的安裝位置獲得合適的線長。

3.4.3 線束的裝配方法與裝配順序

線束的安裝主要包括卡丁的固定，插件的對接，支架的固定，端子的固定，橡膠件的穿孔等。所有線束在安裝時，必須方便可靠。

（1）在固定區(qū)域有很多孔時，要考慮線束安裝點的特殊性設計。例如六邊形孔區(qū)別周邊的零件安裝點，避免線束的錯誤安裝。如圖9。

（2）在固定區(qū)域有很多線束分支時，為了區(qū)分而不會將線束固定在錯誤的位置，可以采用在同一位置用不同的卡丁，開不同形狀的孔位。如下圖10，線束固定位置上下分布，通過在支架上開圓孔和腰型孔，區(qū)別不同的固定的卡丁。這樣，線束在安裝時一目了然。

（3）要考慮售后服務的可行性。有些線束設計時看似完全符合設計規(guī)范和安裝要求，但是存在售后問題。如圖11，這是一個電池正極的一個分支，從線束走向以及設計規(guī)范來說，線束安全可靠。但是正極端子由于在平時維修和診斷時，經常被拆除。這樣以來，在售后時就需要考慮拆除和更換相鄰的卡丁。為了解決售后問題，設計時取消卡丁，在支架上增加固定結構，這樣線束就可以在保證走向的同時自由進出，方便靈活 ，同時滿足固定和售后需要。

（4）要考慮OEM的生產流程和工藝，以及工位和裝備規(guī)范等；

3.4.4 其他注意點

（1）線束轉彎半徑應該至少是線束直徑的2倍；

（2）除前艙外，盡量避免線束外露；

（3）一個分支點的分支盡量少于4個，否則會造成分支的混亂和糾纏，并要識別各個分支的位置，造成工裝時效的延長。同時，過多的分支對線束的圖板布置也是一種挑戰(zhàn)。

（4）線束設計要考慮展平后的工藝，有時線束的設計與2D圖板是沖突的。制造工藝無法實現(xiàn)的三維設計，需要優(yōu)化三維設計。

（5）車身地板線束的布置，要考慮線束不要被腳部踩到，從而對線束產生損傷。

4 結束語

現(xiàn)代汽車的高速發(fā)展，使得汽車線束開發(fā)所包含的內容越來越多，線束的開發(fā)必須安全可靠，安裝方便合理，售后簡單可行。而汽車線束的開發(fā)設計已經成為整車安全可靠的一個重要源頭，合理的開發(fā)流程和科學的設計規(guī)范已經成為汽車電器分布的重中之重。本文粗淺的說明了汽車線束開發(fā)的過程和要素，以供大家參考和借鑒。