【中國汽車電子電氣技術專家委員會】汽車線束設計思路及零件選型

摘　要：汽車線束是汽車電路的重要組成部分，汽車線束的設計合理是保證汽車安全駕駛的條件之一。本文介紹了汽車線束的設計流程，及核心原材料的選型事宜。原理設計，3D 布局是線束設計必不可少的環節。連接器，導線，保護材料等關鍵原材料的正確選擇是汽車線束發揮應有功能的基礎。

引言


汽車線束設計基本思路是，根據用電設備需求，確定線路回路并計算出各回路特別是大功率設備的電壓電流，根據用電設備選擇對配的連接器，根據電流確定線束截面積，然后設計線束走向。

線束設計概述


1 線束開發設計基本流程如下：
（1）根據主機廠要求的功能表，將和線束連接的功能件全部列出，并與對應的電器工程師確認元件功能，獲取 ICD 信息，確定電器原理布局圖。對各 ECU 系統的原理進行核對，將各個功能部件整合為一份完成的線束原理圖，一般電源系統和接地部分可以采用鉚接點合并在一起。同時核對各功能系統的電流大小，（包含過電流或堵轉電流等），確保能滿足例如電機，開關，保險絲，吹風等用電系統的工作需求。
（2） 進行初3D分布圖的設計，按照線束通用工藝的加工和組裝順序，使用 CATIA 或 UG 軟件完成線束的走向分布。此過程中要基本定義出保險絲盒的安裝位置，初始 3D 分布圖紙一般要預留一定的余量。
（3）進行 2D 圖紙的轉化，2D 圖紙參考行業內標準，例如 QC29106 標準中有相關要求。
（4）根據初始 2D 圖紙，制作手工線束樣件，并在汽車中試裝。
（5）根據實際試裝結果和試運行結果，線束 3D 布線工程師對導線走向或長度在進行優化調整，要考慮動態情況。
（6）線束是配合整車電器功能件的安裝連接，由于各電器系統或整車安裝要求，線束一般需要配合各系統進行不斷的調整，優化，即整個開發過程也是設計不斷的優化和更新的過程。
設計方法


1、線束原理設計
（1）向整車廠需求整車電器功能，電流要求及其他特殊要求。并確認電器件的安裝地點，電器件和線束的裝配方式，工作環境等所有信息。
（2）參考客戶需要實現的功能和方式，制作電器原理圖和線路布置圖。
（3）對每個電器部件系統進行能源分配，包括電源線，接地線的分配。
（4）導線線徑的確定。首先由電器件的實際功率獲取導線需要通過的電流；長期工作部件使用實際載流量60% 的導線（例如加熱系統，娛樂系統，安全系統）；短時間工作部件使用實際載流量 60%-100% 之間的導線。（例如座椅調節電機，車窗升降電機，調角器等）。
2、3D 布線設計
線束三維走向一般是在滿足整車電器安裝前提下，結合車身鈑金布局走向和開孔開槽設計，進行整體布局。尤其線束的分段設計和主干定位更要考慮整體的布局。
2.1 汽車線束三維布線的要求
汽車線束三維布線從有到無是一個復雜的工程，主要參考如下幾點：
（1）保證所有電氣功能區易于裝配，總裝工段盡量簡單，便于安裝。如果有不宜與直接安裝的部位，可以考慮內置對手件，單獨安裝后再組裝到一起（這樣成本方面會有提升）。門板，內飾等尾巴線可以單獨裝配。盡量保障傳統的工藝過程和工裝即可實現裝配工序。
（2）裝配之外，還要重視保養和維修，同樣需要便于拆卸，即通常說的 DFD（design for disassembly），維修時只拆除一段線，比拆除整根線束要易于操作的多，同時節約成本，降低風險隱患。
2.2 線束布置其他細節點
線束布置除了以上所說的便于裝配和拆卸外，還需要考慮如下細節點：
（1）預留足夠的余量，（即使在公差下限情況下），尤其針對有相對運動的兩個或多個部件之間的線束，一定要考慮極限位置所需要的長度。

（2）線束不能一直處于繃緊狀態，否則會對導線銅片持續形成內應力，加速其老化過程。

（3）線束一般需要隔段用卡扣或卡槽的固定，不能有太長自由狀態。
零件選型


1、導線選型
線束選擇導線重點考慮線束需要實現的功能和環境。例如發動機線束，艙內溫度很高且腐蝕性物質多，所以要選擇乃高溫，耐油類腐蝕的材料，例如鐵氟龍或交聯 PE 類。
后備箱或車門反復運動頻繁，要選擇彈性比較高的線束，例如 TPE 類或橡膠類。對于一些弱信號類，一般要使用復合屏蔽線，例如爆震傳感器線束等。駕駛室內要求相對較低，可以考慮使用 PVC 類線束，節約成本并對輕量化有裨益。
2、連接器
連接器是線束最重要的部件，直接確定線束能否實現最核心的連接功能，對電器系統的穩定性起著決定性作用。
2.1 插接件的選型要求
首先是和電器組件的配合，機械插入保持力符合使用要求，優先選擇帶二次鎖的設計。接觸電阻盡可能低。絕緣電阻和過電流符合導線的工作電流要求。對于處在濕區的線束，需要選擇防水護套，并配合適的密封圈或盲堵，達到不同區域不同防水等級的要求。
2.2 插接件原材料性能
①護套材質（塑膠件）：
目 前 連 接 器 常 用 材 質 主 要 有 PA66， PBT，ABS 等，一般需要增加一些添加劑以增加材料的性能，例如添加玻璃纖維，增加強度，添加增塑劑，增加軟度。
②端子材質（銅件）：
端子一般常用的材料是黃銅，青銅和銅合金，黃銅有較強的耐磨性能，青銅鑄造性好，耐磨且化學性質穩定，銅合金具有優良的導電性﹑導熱性﹑延展性和耐蝕性，另外，考慮鹽霧和老化，端子一般需要增加不同的鍍層，鍍錫，鍍金等。
2.3 接插件分類
按照接插件對配形式可以分為：線對線，線對板。
① 線對線
線對線連接包括了線對線纜或者線纜對線纜的形式，其定義特征是兩根單線個體或者是兩條線纜中的對應導線相互永久性連接。
②線對板
線對板連接主要是一端連接器是與線或線纜相連，另一端連接器上端子固定，與基板焊接相連的一種連接。
線束包覆設計


汽車線束在車內長時間受到各種外界因數的影響，比如油污、灰塵、摩擦、仿水生銹等，如果線束上面沒有保護材料，線材暴露在外很容易受到損傷，例如斷線短路等，可能造成功能失效。包扎常用的幾款材料如下：
1、波紋管
波紋管是汽車線束用到的最重要的線束保護材料，一般分為單邊開口和密封型套管。
采用材質為 PE、PA6/66、PP 等，耐溫一般在 -40℃～ 85℃， -40℃～ 125℃以及 -40℃～150℃三個等級。耐磨性較好，在高溫區耐高溫性、阻燃性、耐熱性都很好。PA 材質在阻燃、耐磨方面較好，PP 材質在抗彎曲疲勞性方面較有優勢。
2、膠帶
膠帶是線束中應用最為廣泛的包覆方式，主要分為 PVC 膠帶，絨布膠帶和布基膠帶三類。PVC 膠帶絕緣性能較好，耐溫一般在 80℃，改良后一般也只有 105 ℃，降噪行不好，且包覆完成后線束偏硬，目前 VOC 效果一般較差。絨布膠帶和布基膠帶的基材一般都是 PET，絨布膠帶耐溫在 105 ℃左右，降噪性好，包覆完成后線束比較軟。布基膠帶耐磨性最好，一般可以達到 D 級或 E 級的耐磨等級，耐溫也可以達到 150 ℃，但價格偏高，一般用在過孔或有相對運動的地方。
3、編織網管
編織網管的材質一般為 PA66 單絲或 PET單絲編織而成，一般有開口型和閉口型，特點是耐磨性非常高，但是降噪性和成本也較高。一般用在長期相對運動的部位。
結? ? 語


汽車線束被稱為汽車的血管系統，隨著汽車的飛速發展和使用體驗的不斷提高，對汽車線束的要求也在不斷提高，更需要汽車線束人不斷的研究開發新方案，才能應對日新月異的需求。
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