汽車線束3D仿真布線設計與技巧

安 賀，張震華，王龍波，苑 靜，姚孝濤

（河南天海電器有限公司線束研發中心，河南 鶴壁 458030）

目前，汽車線束制造企業與汽車制造企業聯合進行汽車線束的研發、設計已經成為主流。在前期線束設計中為了方便、簡單、快捷地得到汽車線束在空間的走向和尺寸；以使線束在整車中布置得更合理，尺寸準確，縮短開發周期，通常采用3D軟件仿真模擬布線。目前，常用的3D線束布線軟件有CATIA、PROE、UG等，由于不同的汽車主機廠家工程技術對線束開發所采用的線束3D布線軟件各不相同，故線束制造企業的工程師熟練掌握與應用主機廠所采用的線束3D布線軟件已成為必須具備的技能。當前，CATIA在線束3D模擬仿真中比較簡單實用，而UG和PROE在實際操作中過于復雜和繁瑣，故CATIA在汽車行業實際應用范圍較廣，如:一汽、奇瑞、江淮、青年蓮花等汽車主機廠均采用CATIA軟件。

1 汽車線束的3D布局設計

采用線束設計軟件CATIA進行線束的3D布局設計。

由于線束的走向和布局方式主要受控于電器負載的安裝位置、車體空間等因素影響，因此常根據電器負載的安裝位置確定線束的走向布局設計。目前，國際通用的線束布局方式有3種，即E型線束布局設計、H型線束布局設計、T型線束布局設計。

1）E型布局設計 圖1為E型布局。形狀類似字母E，整車線束從前向后以一條線束通道貫穿，適用于中小型車輛，例如:速騰、伊蘭特、榮威550等。優點及局限性:布局簡單，減少從發動機艙到駕駛艙的過孔；整車電氣功能增多時，單一的前后線束連接通道導致線束較粗，不便于線束的裝配，同時也不利于線束的生產制作。

2）H型布局設計 圖2為H型布局。形狀類似字母H，車身地板線束沿儀表中控臺，一部分通過左右兩側的車身鈑金孔向車頭方向，另一部分沿地板向后給照明等系統供電。例如:華泰汽車、長安悅翔、蓮花L5等。優點及局限性:整車線束從前到后有2個通道，因此線束布局比較靈活，線束相對較細，汽車線束的生產制作更加方便。該方案常用于電器功能較多的高端車型。

3）T型布局設計 形狀類似字母T，儀表線束與地板線束合為一體，貫穿儀表臺左右的同時從正駕駛和副駕駛之間在車身地板上向車尾布置，這種線束布局不太常見。采用T型布局的主線束，回路、導線根數較多，線束質量大，不利于線束的生產制作。例如:金龍海獅就屬于T型線束布局。

2 汽車線束的3D仿真布線設計基本步驟

1）首先根據電器功能類型、汽車線束的回路數量、導線類型等因素，模擬仿真不同區域的線束直徑。應考慮線束過孔的密封與保護，確定線束的固定孔位與保護方式。

2）采用一根線束連接所有的電器件是最合理的，但在實際線束裝配和維修時是根本不可能做到的，所以要對汽車線束根據不同的電器功能區域進行合理分塊。在滿足方便線束裝車裝配、汽車線束制造、安全性最高的前提下，應盡量采用線束系統化的布線形式設計，盡量減少汽車線束間的回路對插連接，因為線束間對插連接的區域容易出現電路連接不良。合理的汽車線束功能分塊既有利于汽車線束的裝配和維修，也便于降低汽車線束生產制造成本。

通常情況下，一套整車線束包括發動機線束、電源線束、前艙線束、儀表線束、地板線束、頂棚線束、門線束等。

3）綜合考慮熔斷絲盒及繼電器盒的安裝位置、固定方式。

4）線束及其相關插件與車身電氣功能件之間的干涉、安裝過程中可能產生的干涉、安裝順序或安裝后對其它件的安裝導致的不合理、安裝作業工具的空間、安裝及維修的方便合理性等都需要校核。

5）線束設計時應綜合考慮蓄電池、發電機、起動機等線束的具體設計方案，還應包含天線、水管、拉索等關聯件的設計。

6）考慮整車線束的搭鐵點、搭鐵類型、搭鐵方式的設計。

7）整個設計過程必須始終灌輸設計最優、不斷優化的概念，要求布置圖走向最合理，對插接件的位置搭配合理。

8）對設計過程發現的潛在失效的原因，需進行分析、記錄及修改，并制定預防對策。

9）還應滿足相關的法律法規，對可能觸犯相關條款的線束設計予以避讓，對可能觸犯相關條款的線束設計的失效模式予以預防。

3 汽車線束仿真布線要點及注意事項

1）應避免在高溫區域 （如廢氣排氣管）和運動部件 （如皮帶、風扇、齒輪、凸輪等）上固定線束，考慮安全因素，應做到以下2點:①與高溫區域保持足夠的距離 （要在150 mm以上）；②線束的布置應距離運動部件50mm以上，如圖3所示。

2）對于汽車運動部件及插接件出線位置，須根據汽車部件振動幅度、運動件的最大運動行程，留有足夠線長，避免讓線束承受拉／張力。線束若長時間承受振動或拉力，則可能導致線束內部接點／插接件端子間出現接觸不良。運動部件的布線示意對比如圖4所示。

3）線束要避免從尖銳物、金屬架邊緣、焊接縫、車身上的固定孔處走線。避免因組裝操作、振動摩擦使線束包扎覆蓋物破損，導致線束導線破裂而造成線束內部短路。尖銳物、金屬架邊緣和焊接縫布線示意對比如圖5所示，螺釘、螺栓和固定孔處布線示意對比如圖6所示。

4）結合線束在整車上的實際安裝位置，考慮到線束的低垂、移位、質量、固定方式和固定位置的方便性，線束必須設計有足夠、合理的固定點和固定方式。線束的固定方式示意對比如圖7所示。

為了保證線束安裝的可靠性，線束需要具有一定的保持力。為達到這種保持力，在沒有支點的直線距離上，線束的各安裝固定點之間的尺寸一般間隔150～300mm。在設計線束固定點時，還應注意以下幾點:①在鈍角拐點位置可布置1個固定點，在直角拐點需布置2個固定點，銳角拐點在線束中應避免出現；②按照線束的截面尺寸選擇固定卡扣，并在線束上標明卡扣的固定點和安裝方向，且卡扣應滿足承受線束質量的需要；③對于線束之間的對插連接、電器件連接的插接件位置，應在插接件前不大于120mm的合適位置，考慮設置固定點；④在支點位置的干線上設置固定點，固定點距離支點應不大于100mm；⑤在固定卡扣的安裝方向上，必須有足夠的空間以方便卡扣的安裝、拆卸。

5）在濕區有可能濺水的區域，如發動機艙，為避免插接件進水，設計時應讓插接件水平放置固定，如圖8所示。

6）線束布線設計時，應盡量使插接件具有一定的保持力，如圖9所示。

7）汽車線束的固定方式:①根據具體情況安裝固定件，使線束固定點布置合理，固定可靠；②避免用膠帶固定線束；③線束必須固定在車身上。

8）線束布線時，應注意環境對線束的影響:①做好線束保護，不被水、油污、無機鹽、冷卻液等侵蝕；②對有可能在汽車高速行駛時、車底濺石可能擊中的部位，布線時對線束須額外添加保護或避開；③布線時，應避免電磁環境對線束干擾，并采用相應的隔離、屏蔽措施。

9）易受電磁環境干擾的線束區域、部件，通常采用的防護措施:①儀表板處線束必須有防電磁干擾措施，確保組合儀表、音響系統等信號的信噪比，使之能夠正常工作；②發動機控制模塊信號線、儀表信號線、ABS信號線、氣囊信號線必須有防電磁干擾措施 （如采用雙絞線、屏蔽線等），確保各個系統能夠正常工作；③避開零部件電磁干擾源，如將一些信號線盡可能布置到遠離干擾源的位置，如:電喇叭、電機等用電器；④傳感器信號電源線應避開大電流零部件的電源線，其間隔應大于300 mm；⑤應合理布置用電器，縮短信號線的長度；⑥對一些關鍵系統、重要系統的搭鐵線應集中區域布置，避免受到其它搭鐵線的干擾，如:安全氣囊系統、ABS系統和音響系統等均為系統內實行雙線制，整個系統采用一個搭鐵點；⑦在易受到干擾位置的用電器外殼上，增加屏蔽搭鐵。

4 汽車線束3D仿真布線時搭鐵的設計及注意事項

1）在線束模擬仿真布線時，搭鐵點數量、搭鐵位置的選擇是很重要的，否則會造成信號干擾，影響某些電器的功能實現。在就近搭鐵原則的基礎上，根據車型不同應設計成多個搭鐵點。搭鐵點的設計應注意以下幾點:①弱信號傳感器應單獨且就近搭鐵，保證信號正常傳輸；②發動機、安全氣囊、ABS等ECU應單獨搭鐵，防止被干擾；③蓄電池負極搭鐵和發動機、變速器搭鐵要綜合考慮搭鐵端子，搭鐵點數量，搭鐵位置，防護措施等因素；④搭鐵點布置在底盤或車身結構件上，即構件大、導電截面大、壓降小，不會出現較大的、明顯的搭鐵點壓差，影響用電器的正常工作；⑤搭鐵點不要布置在雨水聚集區域或汽車外，避免搭鐵點被腐蝕后接觸不良；⑥不要在搭鐵點位置涂漆或電泳，避免搭鐵不良。

2）常見的搭鐵形式:一種在車身鈑金上焊接螺柱，使用表面噴塑加厚臺的M6、M8、M10等螺母緊固；另一種在車身鈑金上焊接螺母，使用螺栓組合件連接搭鐵。

3）車身線束一般搭鐵點位置的3D模擬仿真布線設計:①機艙內部前端的燈光和指示部分等搭鐵在左／右前組合燈后部機艙上部縱梁內側面，在蓄電池側，和其搭鐵在同一個構件上，直接回到蓄電池負極，在另一側的可假想通過水箱上／下橫梁構成回路，回到蓄電池負極；②電子風扇搭鐵在其插件連接一側的機艙下部、縱梁前部的側面；③ABS系統搭鐵在控制器安裝一側的機艙下部、縱梁前部的側面；④蓄電池搭鐵在靠近蓄電池最近且較大的鈑金構件上；⑤由于車門和車殼的連接為鉸鏈連接，為避免接觸電阻增加、壓降增大，應避免在車門上布置搭鐵線的搭鐵點。

5 總結

在汽車線束3D仿真布線設計、線束設計過程中，還要綜合考慮其它更多因素，利用軟件3D線束布線設計是汽車線束設計中重要的一個環節。合理的線束布局設計和線束布線設計，將大大降低汽車線束在后續開發過程的設計變更次數，能大大縮短汽車線束的研發周期，確保了線束產品狀態的穩定性。

［1］李軍.整車電氣系統的布置集成［J］.汽車電器，2009（8）:10-15.