黃錫江，李坤霖，呂 成

（柳州市雙飛汽車電器配件制造有限公司，廣西 柳州 545000）

1 EPB工作原理

電子駐車制動系統(tǒng)由行星減速機(jī)構(gòu)，電機(jī)的左、右后制動鉗，電控單元，線束組成。該系統(tǒng)電控單元與整車控制器局域網(wǎng) （CAN）通信，對左、右后卡鉗上的電機(jī)進(jìn)行控制。駕駛員發(fā)出制動請求，按下EPB按鈕開關(guān)，按鈕操作信號反饋到電控單元，由電控單元控制電機(jī)和行星減速齒輪機(jī)構(gòu)工作，對左、右后輪實(shí)施制動。電控單元對后輪的制動和釋放的電流，都經(jīng)過EPB輪速小線傳遞實(shí)現(xiàn)。

新能源汽車往往同時具備電子駐車制動EPB、防抱死系統(tǒng)ABS、電子穩(wěn)定程序ESP，受限于汽車車身與底盤空間，且后輪處扭力梁運(yùn)動分析較為復(fù)雜，要求EPB線束在此環(huán)境下避免與周邊環(huán)境干涉、線束不易受拉扯而導(dǎo)致斷線。因此，EPB輪速小線設(shè)計開發(fā)難度大，制造工藝復(fù)雜，難以模擬在實(shí)車工況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 EPB線束的基本結(jié)構(gòu)

EPB輪速小線結(jié)構(gòu)有非集成式與集成式之分。

非集成式是指接輪速傳感器線束與接EPB電機(jī)的線束分別形成單獨(dú)的線束總成；單獨(dú)固定在懸架的支架上與輪速傳感器及EPB電機(jī)對接，另一頭單獨(dú)與地板線束對接，如圖1所示。這種布局形式的線纜占用比較大的空間，材料用量大，線束成本較高，在復(fù)雜且不規(guī)矩頻繁運(yùn)動的懸架環(huán)境中，非集成式的走線也增加了線束松脫、干涉等風(fēng)險。其優(yōu)點(diǎn)是方便故障排查及售后返修更換線束。

圖1 非集成式EPB輪速小線基本結(jié)構(gòu)

集成式EPB輪速線束其中兩個回路是連接輪速傳感器的信號“+”和信號“-”，另外兩個回路是EPB電機(jī)電源“+”和電源“-”。集成式EPB輪速小線通過集成的方式將兩種單獨(dú)的零件集成在一起，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減少車身和底盤占用的空間，縮短總裝車間裝配的時間。集成化的設(shè)計降低了輪速傳感器線束和EPB線束之間的相互干涉風(fēng)險，進(jìn)一步降低售后問題發(fā)生的頻率，降低售后成本。集成式EPB小線具有眾多的優(yōu)勢，但集成式EPB輪速小線也存在技術(shù)瓶頸?？臻g環(huán)境復(fù)雜，制造工藝繁雜，驗(yàn)證方法不明確等，是集成式EPB輪速小線未能普及的根本原因。

EPB輪速小線的基本結(jié)構(gòu)包括：輪速傳感器接插件、駐車電機(jī)接插件、過孔橡膠件、固定卡扣、保護(hù)套管、導(dǎo)線、金屬支架、四芯接插件 （與地板線束接插件對接）這幾部分，如圖2所示。

圖2 集成式EPB輪速小線

EPB輪速小線布置在扭力梁上，運(yùn)動狀態(tài)多變，對抗振動、抗石沙飛濺、防水都有很高的要求，因此所選用的材料很關(guān)鍵。

根據(jù)駐車制動電機(jī)的電流需要，一般可以選用規(guī)格為2×0.5（輪速信號）+2×2.5（駐車電機(jī)）的導(dǎo)線，材料推薦見表1。導(dǎo)線線材需采用2根輪速線先單獨(dú)注塑再和EPB卡鉗電源線和搭鐵線一起注塑，耐溫等級達(dá)到-45～105℃，彎折性要求高，抗震動性好。

表1 材料性能分析說明

在與扭力梁和車身有干涉風(fēng)險的位置增加隔環(huán) （保護(hù)套），減少磨線風(fēng)險，EPB電機(jī)接插件和輪速接插件尾部線束防止端子尾部因受力而脫出，可增加尾蓋結(jié)構(gòu)消除受力。

4芯接插件如放在艙外對接需要選用防水插件，防水膠套一般有兩種選擇：一是選用傳統(tǒng)軟質(zhì)橡膠件，優(yōu)點(diǎn)是易于擴(kuò)孔，防水性能好，運(yùn)輸過程不會脫落，缺點(diǎn)是裝配麻煩費(fèi)時。另一種是選用硬質(zhì)過孔套管與密封墊一體式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)裝配簡單，節(jié)約時間，加快生產(chǎn)節(jié)拍，缺點(diǎn)是運(yùn)輸過程密封圈有脫落和漏裝風(fēng)險。

EPB電機(jī)護(hù)套、輪速傳感器護(hù)套需進(jìn)行防水處理，增加注塑結(jié)構(gòu)，需注意注塑的溫度，防止注塑高溫導(dǎo)致防水栓失效。通過注塑與鈑金T型三通閥將輪速線和EPB卡鉗線束分開，配合底盤支架滿足布置需求。三通閥需增加限位結(jié)構(gòu)，保證裝配方向防止轉(zhuǎn)動。運(yùn)動段的2個鈑金支架固定點(diǎn)，可增加使用傳統(tǒng)注塑塊，也可使用橡膠件形式。橡膠件可以改善由于運(yùn)動造成注塑塊位置受力導(dǎo)致線束斷裂的問題。整根線束要求增加防扭線標(biāo)識，保證生產(chǎn)車間裝配一致性，防止扭線受力。T型三通閥 （圖3）采用TPU材料注塑成型，使輪速線與EPB電機(jī)線合而為一，鈑金支架卡接在T型三通閥上，采用凸臺拔模的結(jié)構(gòu)防轉(zhuǎn)以及方便裝配。材料性能分析說明見表2。

圖3 三通閥結(jié)構(gòu)

表2 材料性能分析說明

在設(shè)計EPB線束時，為降低成本采用普通線束設(shè)計方式。由于EPB線束使用環(huán)境惡劣，汽車運(yùn)動次數(shù)頻繁，容易發(fā)生問題，影響安全駕駛。材料的選用是影響EPB線束壽命的重要因素之一。

3 EPB線束3D數(shù)據(jù)布置

EPB線束的3D走向，需要依據(jù)底盤輪轂軸承、扭力梁、駐車電機(jī)、傳感器布置位置及車身開孔位置進(jìn)行設(shè)計。一般EPB線束在后輪輪罩處通過過孔的方式與艙內(nèi)線束連接而形成回路。橡膠件固定之后，車身上會有一個固定螺栓用以固定線束，線束通過此固定點(diǎn)，延伸至下車身，如圖4所示。

圖4 固定螺栓

在下車身處，線束需通過支架固定至車身上，另一端同樣采取支架固定的方式固定至扭力梁上，此段運(yùn)動量很大，必須采取支架固定的方式，如圖5所示。運(yùn)動段設(shè)計是EPB線束設(shè)計的重點(diǎn)，線束沿著扭力梁，通過支架固定方式延伸至制動電機(jī)及輪速傳感器處，完成連接。

在線束固定段采用一體化的塑料護(hù)套設(shè)計，避免鐵件與芯線直接摩擦，避免塑料護(hù)套與芯線的摩擦。在塑料護(hù)套分支處設(shè)計定位結(jié)構(gòu)，直接使用扭力梁上固定鐵件，使線束安全穩(wěn)定地固定在目標(biāo)位置，使EPB線束在車輪附近精確地控制走線方向和長度，有效降低因干涉或意外摩擦造成線束損壞的情況發(fā)生。

固定支架上增加緩沖環(huán)，如圖6所示，提高線束耐久的特性。線束固定后隨著車輛運(yùn)行，固定支架至運(yùn)動段線束邊沿處于極大拉扯狀態(tài)。為保證線束品質(zhì)，此處需增加緩沖環(huán)，用以分擔(dān)線束承受的應(yīng)力集中，降低線束在持續(xù)抖動的環(huán)境下出現(xiàn)斷線的情況。

設(shè)計要點(diǎn)：線束運(yùn)動段走向設(shè)計及設(shè)計預(yù)留。通過前期校核數(shù)據(jù)方案，最終目的為確保線束與周邊環(huán)境 （管路、彈簧）間隙在25mm以上，在車輛運(yùn)行過程中，線束預(yù)留長度不會產(chǎn)生干涉、線斷的風(fēng)險。如圖7所示。

圖5 支架固定的方式

圖6 緩沖環(huán)示意圖

圖7 設(shè)計要點(diǎn)

4 EPB輪速線束圖紙?jiān)O(shè)計

圖紙包含導(dǎo)線、PUR管、連接器、支架、橡膠件等信息。技術(shù)要求主要表示對線束的標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)規(guī)范、線束零件狀態(tài)等的說明。如圖8～圖10所示。

圖8 集成式EPB輪速小線圖紙

圖9 非集成式前輪速小線圖紙

圖10 非集成式后輪速小線圖紙

5 EPB輪速線束耐久實(shí)驗(yàn)

5.1 檢測方法

5.1.1 集成式EPB輪速小線檢測方法

按照實(shí)車EPB線束走向搭建耐久實(shí)驗(yàn)臺架。上板模擬車身，為固定端；下板模擬副車架／擺臂／減震器／安裝底板等，為運(yùn)動端。

1）將待測試的EPB線束連同后制動卡鉗總成按實(shí)車安裝方式安裝到臺架上。

2）驗(yàn)證EPB線束跳動耐久，下板與動力源連接，使下板能上下運(yùn)動，用來模擬運(yùn)動端在使用過程中上、下跳動。下板運(yùn)動的上下極限與對應(yīng)車型后副車架運(yùn)動端保持一致。

3）試驗(yàn)過程不帶電工作。

4）運(yùn)動頻率1～5Hz，常溫下200萬次 （下板從下極限運(yùn)動到上極限，再回到下極限記一次循環(huán)）。

5）檢測線束的導(dǎo)通率，并剝開線束，觀察每股線束的斷裂百分比。

5.1.2 非集成式輪速小線檢測方法

按照實(shí)車輪速線束走向搭建耐久實(shí)驗(yàn)臺架。上板模擬車身，為固定端；下板模擬副車架／擺臂／減震器／安裝底板等，為運(yùn)動端。

1）將待測試的輪速線束連同后制動鉗總成按照實(shí)車安裝方式安裝到臺架上。

2）驗(yàn)證輪速線束跳動耐久，下板與動力源連接，使下板能上下運(yùn)動，用來模擬運(yùn)動端在使用過程中上、下跳動。下板運(yùn)動的上下極限與對應(yīng)車型后副車架等運(yùn)動端保持一致。

3）試驗(yàn)過程不帶電工作。

4）耐久試驗(yàn)次數(shù)按如下，前輪速按照左、右轉(zhuǎn)向加正直方向，后輪速按照正直方向做。左、右轉(zhuǎn)向：溫度-30℃，100000次循環(huán)；溫度80℃，100000次循環(huán)；正直方向：常溫800000次循環(huán)；溫度-40℃，200000次循環(huán)；溫度75℃，1000000次循環(huán)。

5）實(shí)驗(yàn)中，電線束不應(yīng)受到其他方面帶來的機(jī)械損壞，檢測線束的導(dǎo)通率，并剝開線束，觀察每股線束的斷裂百分比。

5.2 臺架布置

非集成式輪速線臺架結(jié)構(gòu)如圖11所示，模擬某一車型實(shí)車運(yùn)行軌跡，工裝可以同時完成2根線束測試 （前輪速小線或后輪速小線），上下、左右極限位置具體按照實(shí)際車型振幅進(jìn)行設(shè)定。

圖11 非集成式輪速小線臺架示意圖

線束運(yùn)動段固定點(diǎn)的三坐標(biāo)見表3，水平方向按照Y軸方向從靜止?fàn)顟B(tài)至左極限 （-95）至右極限 （-35）至左極限循環(huán)，振幅為60，垂直方向按照Z軸方向從靜止?fàn)顟B(tài)至上極限（-35）至下極限 （-185）至上極限循環(huán)，振幅為160。因線束固定支架對線束有方向的約束性，線束運(yùn)動段的固定點(diǎn)應(yīng)按照實(shí)際角度進(jìn)行搭建工裝。

集成式EPB輪速線如圖12所示，模擬某一車型實(shí)車運(yùn)行軌跡。工裝如圖13擺臂由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，擺動角度與速度可以通過專門的控制器調(diào)節(jié)，速度滿足頻率1Hz，高度上的距離滿足在原點(diǎn)正負(fù)62mm擺動；由獨(dú)立控制箱控制，控制箱與工裝之間通過航空插頭連接；工裝結(jié)構(gòu)材料主要為鋁合金陽極氧化，外殼為冷板折彎烤漆。

其中，上限位、下限位對應(yīng)汽車在行駛過程中線束固定端所能達(dá)到的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)；固定端安裝座為線束支架在車身上 （靜止端）的固定點(diǎn)；活動端安裝座為線束支架在扭力梁處 （運(yùn)動端）的固定點(diǎn)；活動擺臂模擬扭力梁運(yùn)動軌跡，軸心位置為步進(jìn)電機(jī)擺動軸所處位置。

工裝擺臂長度按照數(shù)模長度固定安裝，以車輛靜止時，線束運(yùn)動支架活動端所處的位置設(shè)為原點(diǎn)，工裝安裝支架與實(shí)車安裝角度一致。

以數(shù)據(jù)狀態(tài)為準(zhǔn)，原點(diǎn)以上的擺幅量 （Z向位移）為62mm，下擺幅量為54mm。目前，實(shí)驗(yàn)工裝布置按上下擺幅62mm進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這比實(shí)車環(huán)境條件更為苛刻，更加有利于對線束的品質(zhì)驗(yàn)證。

表3 輪速小線運(yùn)動段固定點(diǎn)三坐標(biāo)

圖12 集成式EPB輪速線

圖13 線束實(shí)驗(yàn)臺架示意圖

6 EPB線束運(yùn)動段應(yīng)力分析

對以上提到實(shí)例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，以上述的設(shè)計案例作為此次分析對象。通過對各坐標(biāo)統(tǒng)計分析，繪制線束運(yùn)動平面分布圖，可以更清晰地分析EPB線束運(yùn)動軌跡及各部位應(yīng)力分布情況，如圖14所示。Y方向上線束運(yùn)動量很小，可以忽略不計，只需確認(rèn)XZ向坐標(biāo)即可。

根據(jù)線束三維布置數(shù)據(jù)，以扭力梁旋轉(zhuǎn)軸軸心作為轉(zhuǎn)動軸點(diǎn) （Q點(diǎn)），擺臂長度以數(shù)據(jù)上測量結(jié)果為準(zhǔn) （擺臂長度243.8mm），線束運(yùn)動的3個狀態(tài)分別對應(yīng)上極限 （A點(diǎn)）、駐車狀態(tài) （O點(diǎn)）與下極限 （B點(diǎn)），以及車身固定點(diǎn) （P點(diǎn)）。從數(shù)據(jù)上分析，線束運(yùn)動擺幅在+62mm、-54mm之間。車體固定點(diǎn)至下極限高度差為147.8mm，固定點(diǎn)至運(yùn)動點(diǎn)直線段距離為152.1mm，線束運(yùn)動段數(shù)模設(shè)計長度為205mm。設(shè)計上增加了緩沖環(huán)，在一定程度上會增加線束固定端的硬度，因此，運(yùn)動段尺寸按185mm進(jìn)行分析計算。圖14為EPB線束在3種狀態(tài)下的運(yùn)行軌跡簡圖。

圖14 線束運(yùn)動平面分布圖

從圖14中分析可知，當(dāng)擺動臂處于最下端時電纜拉扯最為嚴(yán)重，且持續(xù)出現(xiàn)應(yīng)力折彎，容易造成內(nèi)部芯線損壞。固定支架1、2處線束受到Y(jié)軸與Z軸兩個方向上的應(yīng)力，2個固定支架受到的應(yīng)力分布圖如圖15所示。

圖15 2個固定支架受到的應(yīng)力分布圖

由圖15中的信息可知，在線束運(yùn)動段長度不變的情況下，當(dāng)擺幅越大，線束受到的應(yīng)力越大。由此分析，可適量在原數(shù)據(jù)情況下增加擺幅長度，便于驗(yàn)證線束的疲勞壽命。上文提到，數(shù)據(jù)上線束固定端上下偏移分別為上62mm、下54mm，在此基礎(chǔ)上適量增加下擺幅量，達(dá)到擺幅±62mm，按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在此狀態(tài)下，線束實(shí)驗(yàn)運(yùn)行次數(shù)達(dá)到100萬次時，發(fā)現(xiàn)線束無瞬斷、無斷線的情況，導(dǎo)通正常。為了進(jìn)一步檢測線束性能指標(biāo)，將擺幅調(diào)整至±70mm，在此條件下，繼續(xù)檢測線束性能，判斷線束是否還能達(dá)到無瞬斷、無斷線的指標(biāo)。

圖16為振幅±70mm情況下，線束對應(yīng)的上下極限位置。在此狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行時，線束中發(fā)生瞬斷、芯線斷裂的情況，導(dǎo)致此根線束無法正常導(dǎo)通。

圖16 ±70mm擺幅下的線束狀態(tài)

基于以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按擺幅±70mm的實(shí)驗(yàn)要求，此EPB線束已達(dá)到運(yùn)動極限。對于線束運(yùn)動尺寸的要求已大于實(shí)際設(shè)計值，若實(shí)車條件如此，線束運(yùn)動段尺寸必然需要更多的預(yù)留。由此可得出結(jié)論，擺幅決定運(yùn)動段線束的尺寸設(shè)計。根據(jù)不同車型，上下擺動不同，擺動越大，線束需預(yù)留的運(yùn)動尺寸越長。不僅如此，對于支架的設(shè)計，以及固定點(diǎn)位置的選定，周圍環(huán)境因素導(dǎo)致的干涉風(fēng)險，都會影響線束尺寸的設(shè)計預(yù)留。

7 總結(jié)

通過以上對EPB線束設(shè)計案例的剖析，介紹了EPB線束的基本工作原理、基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計流程，通過3D數(shù)模布置選取合理走向布局，保證周邊環(huán)境間隙，搭建符合實(shí)車環(huán)境條件的實(shí)驗(yàn)工裝，最大限度模擬實(shí)車狀態(tài)，從3D數(shù)據(jù)設(shè)計到OTS階段驗(yàn)證，不斷優(yōu)化方案，直到得到最優(yōu)的產(chǎn)品。通過這些系統(tǒng)的方法，了解EPB線束設(shè)計始末，理解EPB線束的設(shè)計理念以及設(shè)計難點(diǎn)，對后續(xù)EPB線束的設(shè)計提供參考。