摘 要：隨著新能源汽車智能駕駛和線控轉(zhuǎn)向（SBW）技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線束面臨更高可靠性挑戰(zhàn)。本文創(chuàng)新性地提出集成防護-轉(zhuǎn)向-密封一體化的EPS線束解決方案，通過特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)設計攻克了傳統(tǒng)方案密封性差、裝配效率低等痛點。該技術(shù)已成功應用于多款新能源車型，并在市場上實現(xiàn)了廣泛配套，故障率顯著降低至行業(yè)領(lǐng)先水平。研究成果為SBW系統(tǒng)線束設計提供了關(guān)鍵技術(shù)儲備，為智能駕駛線束設計提供了范式參考。

關(guān)鍵詞：高可靠性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線束 集成防護轉(zhuǎn)向密封 特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)

在汽車“新四化”發(fā)展趨勢下，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）作為線控轉(zhuǎn)向（SBW）技術(shù)的重要過渡，其可靠性直接影響駕駛安全。目前國內(nèi)新能源車EPS主要采用方向盤下方或車身底盤兩種布置方式，其中底盤方案因需在傳感器模塊增設穿鋼件而面臨多重挑戰(zhàn)：狹小空間內(nèi)既要保證線束合理走向，又要縮小開孔尺寸維持系統(tǒng)穩(wěn)定性；同時塑料穿鋼件易因承載電纜變形導致連接可靠性風險。根據(jù)中國汽車工程學會技術(shù)路線規(guī)劃，2025年SBW市場滲透率將達15%，這對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線束提出了更高要求（如：信號傳輸實時性、IP防護等級及軸向機械強度）。針對這些技術(shù)難點，本項目組基于PP66 GF30材料創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化，開發(fā)出集成防護-轉(zhuǎn)向-密封一體化的特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)，不僅解決了傳統(tǒng)方案密封性差、裝配效率低等問題，更通過了相關(guān)認證，為SBW線束研發(fā)提供了關(guān)鍵技術(shù)儲備。該技術(shù)已成功應用于多款新能源車型，顯著提升了系統(tǒng)可靠性和駕駛安全性。

1 特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)設計方案介紹

與傳統(tǒng)的EPS線束連接器方案不同，EPS線束特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)方案將不同部位的防護組件與導線組合成一個整體，為了實現(xiàn)該組合連接部分的穩(wěn)固性，設計的特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)固定在一個傳感器模組殼體內(nèi)，從而固定了EPS線束的整體結(jié)構(gòu)。涉及特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)總成包括轉(zhuǎn)向蓋、電纜、波紋管、防水栓、轉(zhuǎn)向肘、三鋸齒密封圈和線纜。如圖1所示，以下作詳細介紹。

1.1 轉(zhuǎn)向蓋與轉(zhuǎn)向肘

由于新能源汽車的EPS線束穿入傳感器模塊時，線束與傳感器模塊殼體之間存在一個較大空隙，傳統(tǒng)線束的纏膠帶方式因受到復雜環(huán)境的影響而侵蝕裸露部分的導線，且不能按照一定的角度布置線束路線。因此，為避免線束中的導線受惡劣環(huán)境影響，同時滿足線束特定角度的安裝要求，需要設計一款特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)。其中轉(zhuǎn)向蓋與轉(zhuǎn)向肘是特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)的重要組成部分。如圖1所示，序號1轉(zhuǎn)向蓋與序號5轉(zhuǎn)向肘形成上下裝配，能很好的保護線束中的導線，且滿足了線束90°的特定轉(zhuǎn)向裝配要求，使得線束實現(xiàn)了緊湊型組裝，節(jié)省了安裝空間；圖1中的序號2電纜需穿過序號4的防水栓，再嵌入在所述序號1轉(zhuǎn)向蓋后和所述序號5轉(zhuǎn)向肘的組合體中；所述序號3波紋管與所述序號2線纜裝配成一體，從而與轉(zhuǎn)向蓋和轉(zhuǎn)向肘的組合體配合，形成具有防護結(jié)構(gòu)的緊湊型的特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)。

1.2 三鋸齒密封圈

新能源汽車線束與用電器連接部位進水是常見的汽車故障，在出現(xiàn)進水故障時，線路信號無法有效傳遞，還有可能導致線束或部分電子元器件被燒毀，危及行車安全。因此，對汽車零部件線束供應商而言，必須結(jié)合實際提升接插部位的防水性能，故有了三鋸齒密封圈設計方案，它能有效避免特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)的進水情況，保障了不出現(xiàn)滲水漏水的故障，為車輛行駛安全提供了有效保障。如圖1所示，所述序號6三鋸齒密封圈是裝配在序號5轉(zhuǎn)向肘的底部，三鋸齒密封圈與轉(zhuǎn)向肘形成了過盈配合，通過合理的過盈量能很好的起到裝配后的密封防水作用；所述序號7線纜是從所述序號6三鋸齒密封圈內(nèi)伸出并與轉(zhuǎn)向機構(gòu)信號連接；所述傳感器模塊是通過序號7線纜連接傳感器端。由于EPS總成環(huán)境復雜，通過特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)可以有效避免外接惡劣環(huán)境的干擾，更好地保證電器功能的穩(wěn)定性。

2 EPS線束特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)總成驗證

2.1 特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)的裝配驗證

為確保轉(zhuǎn)向機構(gòu)功能與裝配質(zhì)量，其結(jié)構(gòu)設計需兼顧定位可靠性、工藝可行性和裝配高效性。該機構(gòu)采用多向定位系統(tǒng)，以EPS傳感器模塊通孔為軸向基準，結(jié)合轉(zhuǎn)向肘外圍多面接觸實現(xiàn)精準定位。核心定位結(jié)構(gòu)包含三個關(guān)鍵組件：8號導向塊通過凹槽配合限制X/Y向自由度；9號導向柱采用過盈配合圓柱銷鎖定Z向自由度，圓角設計便于裝配；10號支撐架作為輔助定位結(jié)構(gòu)實現(xiàn)三維約束，共同滿足六點定位原理。裝配方案優(yōu)化體現(xiàn)在三方面：1）定位結(jié)構(gòu)集成于轉(zhuǎn)向肘，采用嵌入式設計提升空間利用率；2）鋸齒密封圈集成于轉(zhuǎn)向肘底部，在確保防水性能的同時實現(xiàn)模塊化裝配；3）通過減少加工復雜特征（如多軸定位結(jié)構(gòu)）提升可制造性，最終使產(chǎn)品良率與裝配效率同步提升。該設計通過多點接觸定位與功能組件集成，有效平衡了EPS總成的精度要求與生產(chǎn)經(jīng)濟性。

2.2 特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)總成的實驗驗證

實驗驗證是確保產(chǎn)品質(zhì)量與設計可靠性的核心環(huán)節(jié)，既能驗證產(chǎn)品性能是否滿足客戶需求，又能降低生產(chǎn)與應用風險。為提高驗證有效性，我們建立了標準化流程，集成需求分析、仿真測試等環(huán)節(jié)，并在CNAS認證實驗室內(nèi)采用智能設備進行自動化檢測，提升數(shù)據(jù)準確性。如圖3所示，特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)的實驗包括了電性能，防水密封，熱沖擊，濕度，振動，冷水浸泡，溫濕度循環(huán)，鹽霧，運動沖擊，裝卸振動，灰塵和耐化學性實驗。所有實驗均基于科學原理與標準化操作，通過多維數(shù)據(jù)交叉驗證確保結(jié)果一致性與判斷客觀性，最終確認該裝置設計完全符合標準要求，驗證結(jié)論具備可重復性和工程指導價值。

3 設計方案的優(yōu)勢及先進性

本設計針對傳統(tǒng)EPS線束手工生產(chǎn)裝配效率低、精度差等痛點，創(chuàng)新性地開發(fā)了集成化轉(zhuǎn)向線束解決方案。作為第一發(fā)明人，已成功申請《一種用于汽車線束的特定轉(zhuǎn)向性裝置》等多項專利，創(chuàng)新性地開發(fā)出：1）特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)總成一體化設計，實現(xiàn)IP防護功能；2）多腔體協(xié)同冷卻系統(tǒng)，使產(chǎn)品一致性達CPK≥1.67；3）在線尺寸補償算法，顯著提升生產(chǎn)效率。經(jīng)國家認可的專業(yè)檢測中心驗證，該技術(shù)方案有效解決了線束進水、裝配精度不足等行業(yè)難題，成功解決了新能源車在復雜工況下的線束可靠性問題。

3.1 制造工藝與組裝改進優(yōu)化

本設計采用自動化注塑成型工藝替代傳統(tǒng)手工加工，通過智能控制系統(tǒng)精準調(diào)控注射速度、壓力及冷卻時間等參數(shù)，結(jié)合材料特性實現(xiàn)高質(zhì)量塑料件穩(wěn)定生產(chǎn)。該工藝兼具高效性與適應性，可快速完成復雜結(jié)構(gòu)件成型，且尺寸精度、表面質(zhì)量與產(chǎn)品一致性顯著提升。通過優(yōu)化廢品率、減少人工依賴及資源浪費，有效降低生產(chǎn)成本。在裝配環(huán)節(jié)，采用定制化治具實現(xiàn)特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)自動化集成，通過標準化流程確保組裝精度與效率，規(guī)避人工操作誤差。相比傳統(tǒng)EPS線束手工裝配，本方案利用部件連接優(yōu)化與自動化組裝技術(shù)，結(jié)合三鋸齒密封圈一體化成型，確保防水性能與裝配穩(wěn)定性。整套工藝鏈從材料成型到功能集成均實現(xiàn)數(shù)字化管控，適應多樣化的形狀與尺寸需求，滿足新能源汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對高可靠性、批量交付及惡劣工況適應性的嚴苛要求。

3.2 提升線束與EPS總成的裝配效率

傳統(tǒng)線束對接傳感器模塊是分散布置，在遇到不同類別的EPS結(jié)構(gòu)時（SUV、MPV、轎車等），為了適應車身結(jié)構(gòu)，可能會有不同的設計方案。而本設計的特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)線束對傳感器模組由于布置位置單一，設計局限性較小，更適合作為平臺化的方案進行推廣，減少開發(fā)成本， 避免設計成本的浪費。另外，傳統(tǒng)的EPS線束在總裝車間裝配時還需要在傳感器模塊上進行手動裝配線束，使得總體裝配效率較低。而使用本設計的特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)線束對接傳感器模塊，裝配工位在同一位置就可以完成所有零部件的快速自動裝配工作，操作便利，極大提升裝配效率，減少工時浪費。如圖5所示，所述序號10特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)與所述序號11傳感器模塊形成上下裝配方式，實現(xiàn)了從手動裝配向自動裝配過渡，提高了裝配效率，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了整個EPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3 機械性能優(yōu)異

機械性能是材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，對零件的設計和選材至關(guān)重要。新能源汽車轉(zhuǎn)向軸線束特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)使用的材料是PP66 GF30（尼龍66含30％玻璃纖維），其特性是高強度，特殊熱穩(wěn)定，耐水解和耐用性，適合于高剛性和尺寸穩(wěn)定性的機械部件護罩，具有優(yōu)異的機械性能。能滿足汽車在各種環(huán)境下的應用，確保本產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。此外，有優(yōu)異機械性的產(chǎn)品還有助于優(yōu)化設計和制造工藝，提高產(chǎn)品的競爭力和市場適應性。

3.4 增強抗惡劣工況能力

特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)集成于新能源汽車轉(zhuǎn)向軸線束中，針對復雜惡劣工況設計。傳統(tǒng)EPS線束因密封不足易滲水，導致短路、信號中斷等故障。本方案通過三鋸齒密封圈實現(xiàn)360°環(huán)形密封，徹底解決防水失效問題，同時兼具線束固定、耐磨及支撐功能。該結(jié)構(gòu)優(yōu)化了接插件密封設計，從故障根源阻斷水汽侵入路徑，避免了外界惡劣環(huán)境的影響，顯著提升了EPS系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，為車輛安全行駛提供保障。其模塊化設計還為線束生產(chǎn)工藝改進與可靠性驗證建立標準化參考。

3.5 技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與工程應用

本設計通過產(chǎn)學研深度協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建了“技術(shù)研發(fā)﹣標準制定﹣工藝優(yōu)化﹣產(chǎn)業(yè)應用”的全鏈條技術(shù)體系?；诤诵慕Y(jié)構(gòu)的創(chuàng)新獲多項專利授權(quán)（如ZL202022808394.7，ZL202020872990.9，ZL202021306809.4，ZL201920147500.6，ZL201920137869.9等），形成自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)包，并實現(xiàn)多款新能源車型量產(chǎn)應用，突破高可靠性線束轉(zhuǎn)向機構(gòu)國產(chǎn)化瓶頸；作為規(guī)范文件的起草人，完成了《新能源汽車轉(zhuǎn)向線束技術(shù)規(guī)范》企業(yè)標準的制定工作，系統(tǒng)定義轉(zhuǎn)向線束防護等級、機械性能等關(guān)鍵技術(shù)指標，同時推動了行業(yè)技術(shù)規(guī)范化發(fā)展；創(chuàng)新開發(fā)注塑成型與自動化裝配工藝鏈，實現(xiàn)制造良品率與生產(chǎn)效率的突破性提升，顯著降低全生命周期成本；方案通過ISO 26262功能安全認證，同步攻克了線控系統(tǒng)冗余信號同步傳輸技術(shù)的難題，獲行業(yè)及客戶高度認可，形成“理論創(chuàng)新﹣工藝革新﹣產(chǎn)業(yè)賦能”的技術(shù)閉環(huán)，累計創(chuàng)造顯著經(jīng)濟效益與社會效益。

4 結(jié)語

本研究成功開發(fā)的新能源汽車高可靠性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線束關(guān)鍵技術(shù)，通過創(chuàng)新的特定轉(zhuǎn)向性機構(gòu)和自動化裝配工藝，顯著提升了EPS線束的連接穩(wěn)定性、抗干擾性和環(huán)境適應性，有效解決了傳統(tǒng)線束滲水、信號中斷等行業(yè)難題。研究成果已形成“設計-制造-驗證”全鏈條技術(shù)體系，不僅成功應用于上汽多款車型量產(chǎn)，更為SBW系統(tǒng)雙冗余線束及高速總線等前沿技術(shù)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。項目累計創(chuàng)造顯著經(jīng)濟效益，并獲得多項專利授權(quán)。展望未來，我將持續(xù)深化數(shù)字孿生技術(shù)在智能線束系統(tǒng)中的應用，為汽車電動化與智能化發(fā)展提供更可靠的技術(shù)支撐。

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