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        汽車EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束設(shè)計

        2023-02-08 08:43:14李潤國宋立彬鮑群力
        汽車電器 2023年1期
        關(guān)鍵詞:支架設(shè)計

        李潤國,宋立彬,張 毅,鮑群力

        (杭州吉利汽車研究開發(fā)有限公司,浙江 杭州 310000)

        1 引言

        汽車線束根據(jù)防水性能分為干區(qū)和濕區(qū)線束,根據(jù)線束固定部件是否運動也分為動態(tài)和靜態(tài)線束,EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束固定在汽車車橋上,處于濕區(qū)且汽車行駛過程中跳動量較大。為了使EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束設(shè)計、評審和品質(zhì)管控更加規(guī)范、高效,本文從EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束的特點、常見結(jié)構(gòu)、布置設(shè)計、材料選用、設(shè)計依據(jù)、關(guān)鍵尺寸及評價項目和性能要求等方面對過運動部位線束進(jìn)行系統(tǒng)的闡述,為汽車運動部位線束提供設(shè)計指導(dǎo)。

        2 功能概述及常見結(jié)構(gòu)分析

        2.1 功能概述

        EPB卡鉗線束負(fù)責(zé)傳輸卡鉗電機(jī)和輪速信號,例如:當(dāng)需要駐車制動時,操作EPB開關(guān),操作信號反饋給電控單元,由電控單元控制電機(jī)和減速齒輪機(jī)構(gòu)工作,通過EPB卡鉗線束信號傳輸對制動卡鉗實施制動[1]。

        2.2 常見結(jié)構(gòu)

        EPB卡鉗線束材料,詳見表1。

        表1 材料明細(xì)

        3 線束布置及布置形式

        3.1 線束布置設(shè)計依據(jù)

        EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束一般布置在車橋總成上,因為車橋跳動量及周圍環(huán)境惡劣,此處線束布置一直是保安防災(zāi)關(guān)注重點,結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗及實車驗證,對于此處線束布置分析如下。

        3.1.1 動態(tài)區(qū)間布置要求

        1)動態(tài)區(qū)間固定點不得采用捆綁式扎帶類定位件來固定。

        2)動態(tài)區(qū)間兩端要采用注塑膠套固定,同時滿足40Hz頻率彎曲運動時固定點不得脫離鈑金。

        3)動態(tài)區(qū)間后橋上的固定點位置,盡可能靠前布置,減少跳動幅度。

        4)動態(tài)區(qū)間兩端注塑膠套必須帶有網(wǎng)尾結(jié)構(gòu),分散應(yīng)力。網(wǎng)尾結(jié)構(gòu)見圖1。

        圖1 網(wǎng)尾結(jié)構(gòu)

        5)運動段運動包絡(luò),可通過設(shè)計帶有導(dǎo)向型的固定膠套進(jìn)行控制,膠套導(dǎo)向作用見圖2。

        圖2 膠套導(dǎo)向作用

        6)運動區(qū)間動點和靜點活動方式設(shè)計優(yōu)先考慮平行活動布局設(shè)計,其次為C型活動布局設(shè)計。

        7)運動段軌跡,盡量控制在一個平面進(jìn)行運動,避免出現(xiàn)螺旋形運動軌跡。

        8)兩動態(tài)點線束長度不得大于300mm,滿足車輪上跳極限、下跳極限、左轉(zhuǎn)向極限、右轉(zhuǎn)向極限,運動仿真檢查時線束不能有相對剪切運動及干涉。

        9)運動區(qū)間,應(yīng)視實際情況預(yù)留長度,長度根據(jù)實際振動幅度、運動件的最大運動行程確定,保證預(yù)留長度能夠不使振動在線束上傳遞、不使線束承受拉力,推薦彎曲半徑≥5D(D是線束外徑),3D數(shù)據(jù)制作完成后,需進(jìn)行運動仿真分析校核線束布置是否合理。

        10)與運動零部件包絡(luò)的間隙應(yīng)≥25mm,與排氣歧管之間的距離應(yīng)>50mm。

        11)不與燃油管路、制動管路交叉或接觸,尤其是在線束連接部位和油路連接部位。

        12)輪速傳感器線束的布置應(yīng)該保證在車輪轉(zhuǎn)動的整個行程內(nèi)線束與車輪之間都有足夠的間隙。

        3.1.2 相對靜止區(qū)域布置要求

        1)輪速端線束分支設(shè)計卡扣,推薦長度不大于100mm,不允許超過150mm。

        2)輪速傳感器要便于電動螺絲刀裝配或拆卸。

        3)布置時要考慮連接器及對配件的密封性,用注塑結(jié)構(gòu)來保證密封效果;若無法注塑,選用具備防水等級的密封圈。

        4)根據(jù)安裝要求,卡鉗端裝配空間能夠滿足≥2倍的連接器長度的空間。

        5)接插件布置在容易看到的位置,且布置在手和工具易操作的位置,便于檢測、維修,需按照實際裝配情況考慮線束預(yù)留長度。

        6)在布置固定點時盡可能考慮線束自身質(zhì)量造成的下垂,線束與周邊零件間隙≥15mm。

        7)線束避免與周圍部位干涉,線束和周圍零部件間隙要保證,使用硬管或支架,以保證線束不變形,在部分位置為了保證線束的方向性,如膠套應(yīng)有防旋轉(zhuǎn)措施或扎帶應(yīng)使用腰型結(jié)構(gòu)。

        8)卡鉗線束總成和熱源保持足夠的距離≥20mm,或采用耐溫150℃的閉口波紋管,或用鋁箔保護(hù)的方式。

        9)卡扣間距≤200mm,在鈍角拐點位置可固定一個固定點,在直角拐點可布置兩個固定點,其中在第1個拐點處增加一個過渡扎帶,避免線束成銳角拐點;銳角拐點盡可能在布置時避免。

        10)Inline的布置位置要遠(yuǎn)離車輪的飛濺區(qū)域,布置在干區(qū)。

        3.2 布置形式對比分析

        3.2.1 輪胎及車橋包絡(luò)

        汽車車輪上下左右都存在運動,線束數(shù)據(jù)設(shè)計過程中需要先掌握所設(shè)計線束工作環(huán)境及周邊零件的運動軌跡,例如車橋及車輪的包絡(luò),見圖3。

        圖3 車橋運動軌跡

        3.2.2 布置案例

        線束根據(jù)周圍環(huán)境無法保證一致,但盡量減少運動段線束的跳動量是增加卡鉗線束可靠性的重要手段,下面是介紹兩種常用的布置案例方案。

        1)沿車橋進(jìn)行布置,減少線束的跳動幅度,如圖4所示。

        圖4 沿車橋布置型式

        2)運動區(qū)間動點和靜點線束方向成“一”字型布置設(shè)計,如圖5所示。

        圖5 采用“一”字型布置型式

        4 導(dǎo)線的設(shè)計依據(jù)及推薦

        卡鉗線束及輪速線束因為布置位置,車輛行使過程中一直在擺動,屬于特殊線束類型,對于電線性能要求較高,建議選用柔韌性比較好的導(dǎo)線同時考慮如下內(nèi)容。

        1)乘用車低壓電線工作溫度范圍:-40~125℃。

        2)0.5mm2截面電線規(guī)格:絞距25±3mm,S絞向,見圖6。

        圖6 雙絞線

        3)所選電線需滿足100萬次(室溫:60萬次,頻率2.5Hz;-20℃,25萬次,頻率1Hz;-40℃,15萬次,頻率1Hz)。

        4)符合GB/T 25085—2010標(biāo)準(zhǔn)的C等級要求。推薦型號:FLR31Y 2×0.5mm2(銅絲規(guī)格0.11Max/64)和FLR31Y 2.5mm2(銅絲規(guī)格0.11Max/308,股數(shù)7股)。

        5 PUR管設(shè)計依據(jù)及推薦

        PUR管用來保護(hù)電線,卡鉗線束及輪速線束是否符合可靠性要求,PUR管起到至關(guān)重要的作用,所以對于材料和結(jié)構(gòu)規(guī)格推薦下面內(nèi)容。

        1)材質(zhì)選用與注塑時膠套材料相融合性良好的材質(zhì),最好兩者是相同材質(zhì),要求性能見表1。

        2)要求PUR管要能夠耐磨、耐彎曲、耐碎石沖擊、耐化學(xué)試劑、耐大氣腐蝕、耐水解、抗老化、抗燃油、抗?jié)櫥驖櫥汀?/p>

        3)PUR管規(guī)格尺寸選擇見表2,原則上導(dǎo)線填充率80%左右最佳。

        4)PUR管需伸入膠套長度10mm以上。

        5)工作溫度范圍:-40~125℃。

        6)材料均要考慮滿足主機(jī)廠ELV要求。

        7)所選PUR套管需符合表2中所有性能且線束滿足(室溫:60萬次、頻率2.5Hz;-20℃、25萬次、頻率1Hz;-30℃、15萬次、頻率1Hz),且彎曲后套管無裂紋現(xiàn)象;

        8)聚氨酯(PUR)套管材料參數(shù),詳見表2。

        表2 PUR套管材料參數(shù)

        9)推薦使用硬度85A:7×1.35、6×1.3、3.5×1.3這3種規(guī)格;PUR套管規(guī)格尺寸及性能參數(shù),詳見表3。

        表3 PUR套管規(guī)格尺寸及性能參數(shù)

        6 固定膠套材料設(shè)計依據(jù)及推薦

        固定膠套承受卡鉗線束及輪速線束運動過程中產(chǎn)生的拉力,所以在設(shè)計過程中抗拉力是其重要的考慮因素,經(jīng)過試驗注塑膠套可以承受大于200N以上的拉力,同時固定膠套和PUR管選用同等材質(zhì),注塑效果更佳。關(guān)于固定膠套設(shè)計推薦如下。

        1)固定鈑金注塑膠套需選用材料:聚氨酯(PUR)75A。

        2)具備耐磨、耐彎曲、耐碎石沖擊、耐化學(xué)試劑、耐大氣腐蝕、耐水解、抗老化、抗燃油、抗?jié)櫥驖櫥汀?/p>

        3)工作溫度范圍:-40~125℃。

        4)若是用來穿過鈑金孔類需要硬度略低的聚氨酯(PUR)≤65A。

        5)若是不需要在鈑金上固定只用來對線束方向轉(zhuǎn)彎過渡,需選用:聚氨酯(PUR)85A及以上,具體依據(jù)使用條件決定。

        6)所選聚氨酯(PUR)需符合表2中所有性能且線束滿足(室溫:60萬次,頻率2.5Hz;-20℃,25萬次,頻率1Hz;-30℃,15萬次,頻率1Hz),且注塑膠套卡槽不得磨透。

        7)材料均要考慮滿足主機(jī)廠ELV要求。

        8)線束與膠套運動接觸端需設(shè)計有網(wǎng)尾結(jié)構(gòu)。

        9)聚氨酯(PUR)注塑材料參數(shù),詳見表4。

        表4 聚氨酯(PUR)注塑材料參數(shù)

        7 鈑金支架設(shè)計依據(jù)及形式

        7.1 支架關(guān)鍵尺寸分析

        固定膠套安裝在鈑金支架上,兩者設(shè)計匹配才能更好的固定線束,才能有效保證卡鉗線束及輪速線束的可靠性,經(jīng)過多次實車驗證總結(jié)其關(guān)鍵配合尺寸如下。

        1)膠套的直徑和鈑金固定孔,0.2mm>單邊過盈量≥-0.20mm;膠套的槽寬和鈑金厚度0.2>單邊過盈量≥-0.2mm;膠套的直徑大于鈑金支架止口尺寸3~4mm。

        2)膠套和鈑金的插入力/拔出力定義在30~90N之間;設(shè)計時要考慮膠套裝配接觸面,同時膠套固定直徑卡槽深度≥1.5mm。

        3)鈑金止口倒角≥R3,防止護(hù)套插入時劃傷。

        4)膠套防旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與支架過渡配合。

        7.2 支架設(shè)計形式分析

        支架的設(shè)計形式對于生產(chǎn)工藝及成本有很大的影響,設(shè)計過程中需要根據(jù)周圍環(huán)境選用合適的支架結(jié)構(gòu),下面是兩種應(yīng)用較多的支架結(jié)構(gòu),卡入式成本低,裝配困難;鉚壓式成本高,裝配簡單。

        1)卡入式膠套和鈑金支架對應(yīng)尺寸,如圖7所示。

        圖7 卡入式

        2)鈑金鉚壓式(最佳固定方式),該方式鈑金厚度≥1.0mm,如圖8所示。

        圖8 鉚壓式

        8 性能要求及測試

        考慮卡鉗線束的特殊性,基于應(yīng)用和成本、周期考慮,推薦卡鉗線束重點關(guān)注表5測試內(nèi)容。

        表5 測試項目

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