單黎婷

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201804）

隨著汽車行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和消費者對于汽車需求的改變，車輛早已突破“代步工具”這一單薄的定義。事實上，具有“辨識度”和“人性化”的車輛已漸漸出現(xiàn)在日常生活中。

“辨識度”和“人性化”的具體表現(xiàn)在于整車電子電器的高度智能化，包括車互聯(lián)、自動駕駛、輔助駕駛、語音／手勢交互、多媒體娛樂等。

為了實現(xiàn)電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化，整車用電器的數(shù)量將成爆發(fā)式增長，用電器之間的信號傳輸、通信速率、供電安全、EMC電磁兼容等問題，也會日益突出。為此需要盡可能地在前期設(shè)計階段規(guī)避這些風(fēng)險。

對于承擔(dān)整車信號通信、供電、搭鐵主要媒介的線束零件而言，如何從零件、設(shè)計和驗證等多個層面，對線束零件進行關(guān)鍵特性的定義和描述、明確開發(fā)品質(zhì)的定義、評估線束在多個開發(fā)階段的潛在風(fēng)險，以確保零件的設(shè)計開發(fā)特性及風(fēng)險，使其不論處于何種狀態(tài)下，都能夠被控制在適當(dāng)?shù)陌踩秶鷥?nèi)，并且具有對應(yīng)的管控和預(yù)防措施，對于零件開發(fā)而言就顯得尤為重要。

1 汽車線束零件（設(shè)計）關(guān)鍵特性的定義

零件關(guān)鍵品質(zhì)是一個在零件開發(fā)過程中經(jīng)常被提及的概念，泛指在整個開發(fā)流程中對產(chǎn)品品質(zhì)有著關(guān)鍵影響的特性。

根據(jù)線束功能喪失引起的后果，嚴(yán)重程度被定義為基本功能喪失／影響拋錨類功能，基本功能降級／影響駕駛安全類功能，該線束功能對應(yīng)的特性即可被定義為關(guān)鍵特性。

在零件開發(fā)、設(shè)計和驗證階段，可分為電氣原理設(shè)計和布置設(shè)計兩方面?？梢园凑铡败囕v安全”和“功能正常實現(xiàn)”這兩大塊，來對應(yīng)明確線束零件的關(guān)鍵特性。

2 車輛電氣安全／原理設(shè)計層面

在電氣原理設(shè)計層面，主要的關(guān)鍵特性有：回路通斷、熔斷絲與電流值匹配、EMC電磁干擾、熔斷絲盒內(nèi)部熔斷絲排布、整車電源分配等。

2.1 回路通斷

包括短路和斷路，其失效后果多為基本功能損失，嚴(yán)重的可造成車輛失速、無法啟動等動力失效問題。

該問題產(chǎn)生的原因有如下幾個常規(guī)范圍：①線束圖紙的回路設(shè)計不符合電器原理圖要求；②在相近區(qū)域的對插件外形、顏色、分支長度相同，人工安裝誤操作；③接插件護套未使用CPA或保險裝置，導(dǎo)致端子或護套脫落；④端子結(jié)構(gòu)選擇不合理，活動區(qū)域選擇單面鎖結(jié)構(gòu)的端子；⑤掛點布置在活動區(qū)域 （如轉(zhuǎn)向管柱），導(dǎo)致掛點處線徑較細的導(dǎo)線斷裂。

與之對應(yīng)的管控及預(yù)防措施有：①按照原理圖繪制線束產(chǎn)品圖，并通過電器檢測，對功能進行驗證；②相近安裝位置的對插件通過標(biāo)簽、顏色進行區(qū)分，防止插錯；③多孔或重要功能接插件的護套需選擇帶CPA結(jié)構(gòu)；④在活動區(qū)域選擇雙面鎖結(jié)構(gòu)端子或滿足插拔力性能的單面鎖端子并使用二次鎖定裝置護套；⑤將掛點布置在非活動區(qū)域。

2.2 整車電源分配和熔斷絲電流匹配

整車電源分配、熔斷絲容量、熔斷絲與線徑的匹配，是整車電氣安全的基礎(chǔ)和核心。一旦出現(xiàn)電源屬性不符合電器件工作要求、電流過大或過載導(dǎo)致熔斷絲熔斷，熔斷絲未斷但導(dǎo)線燒蝕的情況，對整車而言，輕則出現(xiàn)功能失效，重則引起車輛燒蝕的情況，風(fēng)險等級高。因此，整車電源分配和熔斷絲電流兩者的匹配，是線束零件在開發(fā)過程中極為重要的關(guān)鍵特性之一。

上述提及的問題癥結(jié)在于熔斷絲容量選擇錯誤，與電器件工作電流、導(dǎo)線線徑不匹配，甚至是電源線未經(jīng)過任何熔斷絲保護而引起的?？梢酝ㄟ^理論檢查、實踐檢驗兩個方面對熔斷絲和電流的匹配進行有效管控和預(yù)防，及時暴露風(fēng)險點并予以修正。

1）Fuse-FMEA分析。包括電源分配、繼電器和熔斷絲清單、熔斷絲的詳細信息 （類型、額定值、編號、電源模式、回路號、線徑、線色、長度、溫度等級、環(huán)境溫度）、負(fù)載信息、搭鐵拓?fù)?、FMEA風(fēng)險分析評估等。

2）整車電流測試。包括室溫負(fù)載測試、室溫濫用測試、高低溫全負(fù)載測試、高低溫濫用測試、電器元件負(fù)載測試、短路測試、搭鐵電勢差測試、搭鐵線路斷開測試等。圖1為電機類用電器 （雨刮電機）典型工作電流測試圖。

圖1 電機類用電器 （雨刮電機）典型工作電流測試圖

2.3 EMC電磁兼容

EMC電磁兼容是指電子線路、設(shè)備、系統(tǒng)之間互不影響，從電磁角度具有相容性的狀態(tài)。

隨著電器件數(shù)量逐漸增多，工作頻率變高，特別是NEV車型上諸如驅(qū)動電機等大功率設(shè)備，對應(yīng)的大平方導(dǎo)線、高壓線束的產(chǎn)生，對整車信號的傳輸干擾都會產(chǎn)生極大的影響。

線束慣常使用的對策是采用雙絞線 （非屏蔽雙絞線UTP／屏蔽雙絞線STP），進行磁場自屏蔽，在減少自身回路向外輻射的同時，也可有效抵抗外部磁場的干擾。

對于雙絞線的使用和設(shè)計，均需遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)和要求，發(fā)生信號傳輸干擾的原因，大致可分為：①絞線末端脫膠長度超出要求；②絞線絞距不正確；③傳感器搭鐵與負(fù)載搭鐵共用同一個搭鐵點；④信號搭鐵與其他搭鐵共用搭鐵點。

與之對應(yīng)的管控及預(yù)防措施有：①通過試制零件，要求并檢查絞線末端脫膠距離不得超過50mm；②檢查絞線零件號，確保絞線絞距符合要求；③檢查搭鐵拓?fù)?，確保傳感器與負(fù)載的搭鐵分離；④檢查掛點拓?fù)?，確保信號搭鐵單獨使用搭鐵點。

2.4 熔斷絲盒內(nèi)熔斷絲排布

熔斷絲排布被確認(rèn)為關(guān)鍵特性的原因在于，當(dāng)若干高功率用電器同時且持續(xù)工作時，對應(yīng)的熔斷絲聚集在一起，會成為熱源，如果熱量集中，熔斷絲的位置又處在不易散熱區(qū)域，會導(dǎo)致熔斷絲盒機械結(jié)構(gòu)老化，甚至出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象、熔斷絲熔斷等現(xiàn)象，引起車輛功能失效。

對此關(guān)鍵特性，建議采取的控制和預(yù)防措施有：①確認(rèn)零件溫度極限值，即部件在最大允許的溫度下，仍然具有導(dǎo)電能力；②通過對負(fù)載特性的分析，將匯流排、電流較大的J-Case熔斷絲和繼電器等，盡可能布置在熔斷絲盒邊緣位置，利于熱量擴散；③分析熱成像實驗結(jié)果，對熔斷絲的分布位置進行優(yōu)化。

圖2為乘客艙熔斷絲盒在工作30min后的熱成像顯示，圖3為工作60min后的熱成像顯示。對比后可發(fā)現(xiàn)，熔斷絲盒的熱能分布與匯流排的布置、負(fù)載電流大小、短時通電、長時通電、使用頻率均有關(guān)。

圖2 熱成像實驗結(jié)果 （30min）

圖3 熱成像實驗結(jié)果 （60min）

3 硬件布置設(shè)計層面

線束零件體積大、范圍廣，安裝環(huán)境復(fù)雜多變，需要注意零件之間的間隙是否足夠，安裝空間是否足夠，避免由于消磨損耗引發(fā)的功能或安全問題。

硬件布置設(shè)計層面的關(guān)鍵特性包括：端子接觸、線束裝配、高溫防護、密封防護5個方面。

3.1 端子接觸

端子問題主要集中在接觸不良和零件腐蝕方面，大多引發(fā)功能降級或間歇性功能失效等問題。

在開發(fā)初期，可以使用如下管控和預(yù)防手段：①根據(jù)零部件庫，選擇合適的匹配關(guān)系；②通過零件和樣車試制，檢查端子是否存在接觸面積小或螺絲裝配無法緊固的情況出現(xiàn)；③通過圖紙檢查和整車線束實物拆解檢查，確保公母端子使用了相同的鍍層。

3.2 線束裝配

線束作為覆蓋面積最大的零件，絕大部分的線束都被固定在車身鈑金上。

開發(fā)階段對線束進行布置時，經(jīng)常會遇到環(huán)境和條件都極端苛刻的情況。如何確保線束的安裝布置正確且安全，不會因為意外造成斷路或短路，是線束零件的一個關(guān)鍵特性。

線束裝配的常見問題有：①安裝空間狹小，與鈑金銳邊距離過近，導(dǎo)致線束與銳邊干涉、出現(xiàn)磨損；②固定用卡釘與車身固定孔洞不匹配，造成線束固定不穩(wěn)、搖晃。在覆蓋內(nèi)飾后，與內(nèi)飾卡腳碰擦，出現(xiàn)磨損；③線束零件用于安裝的預(yù)留段，在安裝完成后，不再具有作用。會在車輛行駛途中，撞擊內(nèi)飾，產(chǎn)生異響，或與周圍環(huán)境零件碰擦，出現(xiàn)磨損；④在運動區(qū)域 （四門和前后蓋開合處）的線束由于長時間受力彎折，造成線徑小的導(dǎo)線發(fā)生斷裂。

為了最大限度在樣車制造和量產(chǎn)階段避免上述問題發(fā)生，在設(shè)計之初，使用如下管控和預(yù)防手段：①檢查三維數(shù)據(jù)，對與周圍環(huán)境間隙小于5mm的線束分支進行耐磨防護。防護等級可參考膠帶等級表；②檢查虛擬三維數(shù)據(jù)，注意固定卡釘和車身孔洞的匹配。在某些需要避免旋轉(zhuǎn)可能的區(qū)域，不能使用普通圓形卡釘，而應(yīng)使用腰型或方形卡釘；③預(yù)留安裝長度的線束，在實際裝車時進行復(fù)檢，不斷優(yōu)化線束長度，兼顧安裝便利和異響抱怨；④運動區(qū)域，使用橡膠件或支架包裹線束時，內(nèi)部導(dǎo)線自由分散，不使用膠帶包裹，從而減少集中受力。

3.3 高溫防護

以發(fā)動機艙為例，在靠近動力總成區(qū)域，線束無可避免地需要經(jīng)過或接近高溫發(fā)熱源。

線束總成及其散件，包括導(dǎo)線、接插件、端子、護套的耐溫等級就顯得尤為重要。

大部分全新車型，都曾出現(xiàn)過線束布置與高溫區(qū)域太接近，而導(dǎo)致線束包裹層 （膠帶）高溫融化、裸露的導(dǎo)線絕緣層 （線皮）融化、塑料接插件發(fā)生高溫熔蝕、端子高溫變形等問題。

由于靠近動力總成等高溫區(qū)域的線束多為動力總成提供電能，其導(dǎo)線或端子發(fā)生溶蝕，將改變電性能，從而影響車輛動力，出現(xiàn)動力不穩(wěn)、甚至是車輛失速的情況，帶來極大的安全隱患。

故此，將線束零件的高溫防護，定義為線束零件在布置設(shè)計方面的關(guān)鍵特性之一。

針對高溫防護的需求，可以通過如下手段進行管控和預(yù)防。

1）三維數(shù)據(jù)檢查，以零件設(shè)計任務(wù)書中體積的間距要求，對線束進行布置。

對于安裝在運動區(qū)域的線束分支，需要預(yù)設(shè)運動包絡(luò)面，保證線束的最大位移不超過包絡(luò)面，從而控制與發(fā)熱源的間距。

2）整車溫度測試。一般整車溫度測試工裝有3類：①考核車輛一直處于高速狀態(tài)，發(fā)動機在環(huán)境溫度高的情況下大負(fù)荷爬坡的情況；②模擬用戶在炎熱天氣 （環(huán)境溫度45℃）下至城市出行，遭遇堵車從而頻繁啟停，最高車速至160～180km／h行駛后停車的情況；③模擬用戶在城市中遇到紅燈或堵車，對車輛進行頻繁起動操作下的零部件耐溫性能?；谝陨?種工況，線束需要選擇最為接近熱源的區(qū)域作為測溫點，測試線束防護是否到位。

3）根據(jù)整車溫度測試結(jié)果，選擇合適的耐溫散件。一般散件耐溫等級區(qū)分為：導(dǎo)線-40℃至200℃，塑殼端子耐受最高150℃。如無法避免超高溫區(qū)域，可以通過額外增加隔熱材料，諸如鋁箔護套等，隔絕或反射熱量，從而增強對散件進行保護。

3.4 密封 （防水）防護

整車分為濕區(qū)和干區(qū)。一般定義發(fā)動機艙和四門內(nèi)板為濕區(qū)，乘客艙、行李廂艙為干區(qū)。如果線束需要穿行干區(qū)和濕區(qū)，需要使用線束自帶的橡膠件進行密封防水。位于濕區(qū)的線束都需額外使用諸如防水栓等散件對端子和塑殼孔位之間的間隙進行填充、密封。

如果由于橡膠件尺寸不匹配、安裝不到位，雨水或其他液體，沿濕區(qū)內(nèi)的線束分支通過橡膠件流向內(nèi)艙，會使原本干區(qū)的線束浸泡或濕潤；或是端子防水栓密封失效，水漬或潮氣滲透進塑殼孔洞中，和金屬端子及其外表面鍍層發(fā)生氧化反應(yīng)，造成端子銅綠腐蝕。

以上兩種情況都會影響線束的導(dǎo)電性能，進而引起車輛基礎(chǔ)功能失效或其他風(fēng)險。為此，將密封 （防水）防護作為線束的關(guān)鍵特性之一，列為重點關(guān)注項。

針對密封防水防護的需求，可以通過如下設(shè)計控制、試驗檢驗進行管控和預(yù)防。

1）濕區(qū)和干區(qū)之間的過孔，橡膠件內(nèi)使用防水泥且橡膠件內(nèi)的導(dǎo)線不使用膠帶進行包扎，避免產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，使?jié)駞^(qū)的水跡沿導(dǎo)線衍生至干區(qū)；干濕區(qū)分界處的固定孔，必須選擇防水卡扣。

2）對圖紙進行100%的掛點進行檢查。要求在濕區(qū)的掛點使用帶膠熱縮管，在干區(qū)的掛點盡可能地布置在垂直狀態(tài)的分支上，避免掛點橫置浸泡在液體中。

3）避免在100mm以下的底板范圍內(nèi)布置線束，如果無法滿足該要求，則布置在該區(qū)域的零件必須滿足濕區(qū)布置的要求。

4）整車水密性試驗，包括雨淋模擬實驗 （不帶負(fù)壓及帶負(fù)壓實驗），疲勞洗車實驗和高壓沖洗實驗 （針對用戶可見的零件縫隙）。以高壓沖洗試驗為例，使用高壓水槍，對四門與車身連接的橡膠件進行沖刷，四門線束橡膠件的水密性是否符合要求。

4 總結(jié)

清晰明確地定義線束零件的關(guān)鍵特性，對于線束零件的開發(fā)是極為重要的。對于線束零件關(guān)鍵特性的分析，能夠高效及時地發(fā)現(xiàn)線束在設(shè)計過程中潛在問題點和風(fēng)險點。完整實施每一條關(guān)鍵特性對應(yīng)的預(yù)防、管控措施，可以使?jié)撛趩栴}得到及時的排查和清理，提高線束零件設(shè)計品質(zhì)，降低后期樣車階段的故障頻次。

完整理解線束關(guān)鍵特性，合理運用這一概念，是一位合格的線束零件工程師需要具備的基本專業(yè)技能。