王婷萍，任成鵬

（中國(guó)重型汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)發(fā)展中心，山東 濟(jì)南 250101）

汽車輕量化是節(jié)能減排、緩解環(huán)境資源壓力的重要途徑。根據(jù)相關(guān)報(bào)告的表述，車輛減重10%，耗油也會(huì)有近3.8%的降低，同時(shí)排出的CO2和NOx的百分比也會(huì)相應(yīng)減少。作為汽車總成必不可少的組成部分，在完成了整車智能化后，整車電器的減重和材料的更新也應(yīng)該是整車電氣設(shè)計(jì)人員認(rèn)真考慮的問(wèn)題。本文主要對(duì)電器系統(tǒng)的減重進(jìn)行研究性探討。

1 汽車線束減重的解決方案

線束是汽車總成必不可少的組成部分，整車線束的質(zhì)量也占有一定的比重，隨著汽車電子化和信息化的迅猛發(fā)展，汽車狹小的空間內(nèi)所放置的電子電氣設(shè)備也逐漸增多，導(dǎo)線數(shù)量相應(yīng)也不斷增加。因此導(dǎo)線的選型在線束輕量化中起到了舉足輕重的作用。

1.1 非屏蔽絞線的應(yīng)用

目前對(duì)整車控制中易受干擾信號(hào)采用的連接線束有非屏蔽絞線和屏蔽線，相同長(zhǎng)度的非屏蔽絞線比屏蔽線輕30%左右，因此導(dǎo)線的選擇可在信號(hào)源和執(zhí)行器技術(shù)許可范圍內(nèi)，盡量選擇非屏蔽絞線。非屏蔽絞線和屏蔽線的定義、成本、加工、功能和應(yīng)用的異同點(diǎn)見(jiàn)表1，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)相關(guān)信號(hào)的要求進(jìn)行合理選擇，但應(yīng)注意不同系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)絞距的要求是不同的，選用時(shí)應(yīng)與相關(guān)控制器廠家進(jìn)行確認(rèn)，常用絞距為20mm、25mm等。

1.2 細(xì)線徑導(dǎo)線及小型化插接器的選用

導(dǎo)線線徑的選用是否合理，不但關(guān)系到線束的安全，還能有效降低成本。導(dǎo)線的截面積是根據(jù)用電設(shè)備的工作電流來(lái)選擇的，根據(jù)電器件標(biāo)稱功率的大小，計(jì)算導(dǎo)線承載的電流。長(zhǎng)時(shí)間工作的電氣設(shè)備可選擇實(shí)際載流量為60%的導(dǎo)線，短時(shí)間工作的用電設(shè)備可選用實(shí)際載流量在60%～100%之間的導(dǎo)線。由于導(dǎo)線的允許載流量會(huì)隨著溫度的升高而有所下降，所以選擇導(dǎo)線還需要根據(jù)導(dǎo)線布置所處的不同工作環(huán)境、溫度高低、用線長(zhǎng)度和插接件的數(shù)量 （主要涉及電壓降的大?。┻M(jìn)行導(dǎo)線截面積的確定。

表1 非屏蔽絞線和屏蔽線的定義、成本、加工、功能和應(yīng)用的異同點(diǎn)

目前導(dǎo)線的種類主要按標(biāo)準(zhǔn)來(lái)區(qū)分，有日標(biāo)線 （AVSS等）、國(guó)標(biāo)線 （QVR等）、德標(biāo)線 （FLRY）、美標(biāo)線等幾大類，其中德標(biāo)線的導(dǎo)線因其絕緣皮更薄、柔韌性更好、同樣線徑的導(dǎo)線要更輕一些的優(yōu)點(diǎn)被廣泛地選用。德標(biāo)線FLRY是單芯無(wú)屏蔽薄壁PVC絕緣低壓電纜，按結(jié)構(gòu)分有A型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和B型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。A型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表2，B型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表3。

表2 A型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)參數(shù)

表3 B型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)參數(shù)

表4 拉力值

細(xì)線徑導(dǎo)線的選用不僅考慮導(dǎo)線的電性能，還需要關(guān)注導(dǎo)線的絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度、延伸率等相關(guān)機(jī)械參數(shù)。在汽車的實(shí)際工況下，線束所處的工作環(huán)境是比較惡劣的，線束整體長(zhǎng)時(shí)間處于振動(dòng)、潮濕、炎熱或者灰塵很多的空間，因此對(duì)細(xì)線徑的導(dǎo)線要求也就比在普通電子電器行業(yè)中要求更高。

小型化插接器與細(xì)線徑導(dǎo)線的配合應(yīng)用，也是汽車線束輕量化的一種方式。近年來(lái)高密度、小型化是插接器發(fā)展的趨勢(shì)之一，細(xì)線徑導(dǎo)線與小型插接器端子的壓接需要更新的壓接工藝，保證導(dǎo)線的電器性能和機(jī)械性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。表4是QC／T 29106中對(duì)端子與電線的連接強(qiáng)度 （拉力值）的要求。

在細(xì)線徑導(dǎo)線的實(shí)際應(yīng)用中，許多大型線束供應(yīng)商都在進(jìn)行材料、工藝的創(chuàng)新和突破，如全球線束供應(yīng)商德?tīng)柛９就菩械?.13mm2的汽車用細(xì)導(dǎo)線。該導(dǎo)線在材料應(yīng)用上使用了銅鎂合金，添加了0.2%的鎂，使導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度有了較大提高，該品種導(dǎo)線的試驗(yàn)測(cè)試已經(jīng)超過(guò)了0.22mm2和0.35mm2的PVC導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度。同時(shí)為配合該品種導(dǎo)線的應(yīng)用，德?tīng)柛２](méi)有直接使用傳統(tǒng)的0.3mm2導(dǎo)線的端子壓接工藝，而是研究開(kāi)發(fā)了L型端子，利用一高一低的壓接翼技術(shù)，確保導(dǎo)線的機(jī)械性能和電器性能在同一個(gè)壓接高度上能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。為了更廣泛地普及0.13mm2導(dǎo)線的應(yīng)用，該公司還開(kāi)發(fā)了一種新型的Double-X壓接工藝，即將0.13mm2導(dǎo)線的剝頭剝長(zhǎng)一些，然后對(duì)其進(jìn)行折彎后壓接，折彎后相當(dāng)于業(yè)界0.26mm2的導(dǎo)線，可以直接應(yīng)用于0.3mm2端子體系的壓接工藝。

需要注意的是，在汽車運(yùn)行過(guò)程中，電線絕緣受熱的作用性能是逐步退化直至失效。汽車電線應(yīng)保證在車輛壽命期內(nèi)絕緣材料具有需要的機(jī)械性能。除了外界溫度影響，電線導(dǎo)體的溫升和負(fù)荷電流有著直接的關(guān)系，這就需要對(duì)導(dǎo)線的電流進(jìn)行合理匹配，不能因?yàn)檩p量化而一味地選用細(xì)導(dǎo)線。

1.3 鋁導(dǎo)線的應(yīng)用

鋁導(dǎo)線的應(yīng)用在汽車輕量化設(shè)計(jì)中也會(huì)有相應(yīng)考慮，銅和鋁的密度比重為3.29∶1，因此采用鋁線可以使整車線束的質(zhì)量大大降低，然而鋁線因?yàn)榇嬖诳諝庵幸籽趸?、電氣性能和機(jī)械性能不穩(wěn)定等因素，阻礙了更廣泛的推廣，同時(shí)銅和鋁的導(dǎo)電率比為1∶0.629，鋁的導(dǎo)電性能稍弱于銅。但是這些技術(shù)難點(diǎn)正在被研究人員逐漸攻克，全球線束供應(yīng)商德?tīng)柛９鹃_(kāi)發(fā)了一種帶毛刺的端子，端子的壓接翼設(shè)計(jì)一個(gè)倒刺，在壓接過(guò)程中，倒刺可以刺破鋁導(dǎo)線的氧化膜，與導(dǎo)體里的新鮮鋁接觸，并且該接觸面是在無(wú)空氣的情況下進(jìn)行的有效接觸，故而導(dǎo)電性能更佳。同時(shí)因?yàn)榈勾虛缸′X線，機(jī)械強(qiáng)度也有了顯著的加強(qiáng)。為了應(yīng)對(duì)鋁導(dǎo)線會(huì)因電偶腐蝕造成的深層次的氧化，德?tīng)柛９具€采用了密封工藝來(lái)截?cái)嚆~鋁接觸面與空氣的接觸，阻止鋁線的氧化。

鋁合金導(dǎo)線的發(fā)展和應(yīng)用也能解決鋁線在實(shí)際應(yīng)用中的弱勢(shì)，摻有2種或2種以上金屬的鋁合金可以比較好地替代銅導(dǎo)線，鋁合金導(dǎo)線不僅在導(dǎo)電率和拉伸強(qiáng)度上滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也能大大降低線束的質(zhì)量。目前符合法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（NF）汽車銅包鋁鎂合金導(dǎo)線工藝的導(dǎo)線的應(yīng)用，已經(jīng)能很好地解決鋁線在電氣性能和機(jī)械性能的劣勢(shì)，進(jìn)一步促進(jìn)了鋁線的發(fā)展和應(yīng)用。

另外鋁的Busbar的應(yīng)用可以解決車輛蓄電池線束的用線問(wèn)題。鋁Busbar是由單根鋁棒加上絕緣材料成型而成的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)連接排，因?yàn)椴皇怯煤芏喔X線絞合而成，所以鋁Busbar沒(méi)有任何柔韌性，但是導(dǎo)電性能卻幾乎等同于相同外徑的銅導(dǎo)線，因此采用鋁Busbar的蓄電池線束，不僅在空間布局上不會(huì)有影響，同時(shí)還大大降低了整套線束的質(zhì)量。但因其加工工藝比常規(guī)的鋁導(dǎo)線和銅導(dǎo)線要復(fù)雜得多，因此從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)分析，鋁Busbar越長(zhǎng)，它的質(zhì)量和成本才越有優(yōu)勢(shì)，對(duì)于部分蓄電池后置的車型來(lái)說(shuō)是可以適當(dāng)考慮的。

1.4 線束布置的優(yōu)化

對(duì)線束布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)初期應(yīng)對(duì)電器部件的安裝位置進(jìn)行合理布置，同時(shí)采用科學(xué)的布線路徑，將線束的路徑設(shè)置為最短。例如在整車底盤(pán)電器件的布置中，應(yīng)將蓄電池、電器接線盒、起動(dòng)機(jī)等導(dǎo)線分布較多和采用粗線徑連接的電器件布置在同側(cè)臨近的位置，這樣可以大大減少線束的長(zhǎng)度和整體的質(zhì)量。線束布置時(shí)可采用H型和E型相結(jié)合的布置形式，避免線束回轉(zhuǎn)重復(fù)，造成線束長(zhǎng)度的增加進(jìn)而增加線束整體的質(zhì)量。

2 電器零部件的輕量化

隨著消費(fèi)者對(duì)安全功能和其他電子產(chǎn)品需求的日增，電器零部件日益增多，電器件的創(chuàng)新和零部件的整合成為與輕量化相協(xié)調(diào)的重要趨勢(shì)。

1）電器件的創(chuàng)新主要涉及電器件材質(zhì)的改進(jìn)和創(chuàng)新，在保證安全和相關(guān)性能的基礎(chǔ)上，對(duì)塑料外殼可采用更輕的材料，使電器件本身質(zhì)量降低；而對(duì)整車用的控制器和繼電器熔斷絲盒的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少額外的連接電線，選用小型化的繼電器和熔斷絲，減輕質(zhì)量的同時(shí)還可減少電器件的體積。

2）零部件的整合簡(jiǎn)化，對(duì)汽車采用的相關(guān)電子產(chǎn)品，結(jié)合各項(xiàng)功能應(yīng)用，進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，減少零散部件的應(yīng)用。同時(shí)根據(jù)電器控制原理，進(jìn)行原理優(yōu)化，對(duì)回路進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，能合并的回路就合并，合理減少熔斷絲和繼電器的數(shù)量，也是汽車電器減重的一個(gè)思路。

3 總結(jié)

總之，隨著市場(chǎng)的需求越來(lái)越高，汽車電器的輕量化也是勢(shì)在必行，以上探討了汽車線束和電器件在輕量化方面的一些設(shè)計(jì)和應(yīng)用。對(duì)輕量化的研究是無(wú)止境的，需要零部件廠商和整車廠互相促進(jìn)，共同努力逐步實(shí)現(xiàn)汽車電器的輕量化。