汽車線束成本優(yōu)化及可靠性設(shè)計(jì)

朱 文，劉曉華，孟 銳，郭文洋

（長(zhǎng)安汽車工程研究總院上海研究院，上海 201114）

隨著汽車技術(shù)的高速發(fā)展，汽車自動(dòng)化、智能化程度的逐步提高，人們對(duì)汽車的安全性、舒適性、娛樂性等要求也不斷提高，加上汽車節(jié)能減排法規(guī)的不斷加嚴(yán)，整車電器設(shè)備不斷增加，作為連接汽車各種電器設(shè)備 “神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的整車線束，也越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)可靠性也提出了更高的要求，同時(shí)企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本的新增，線束成本壓力也越來(lái)越大。

本文結(jié)合項(xiàng)目開發(fā)實(shí)例，從技術(shù)的角度，介紹了部分整車線束成本優(yōu)化及可靠性設(shè)計(jì)的方法和實(shí)例。

1 汽車線束通用化優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 件號(hào)通用化優(yōu)化設(shè)計(jì)

某車型倒車燈原理如圖1所示。原理圖轉(zhuǎn)化為線束圖時(shí)，地板線束分MT和AT車型，做了2種不同的狀態(tài)。優(yōu)化后，通過預(yù)留回路的形式，地板線束可同時(shí)適配MT和AT車型，件號(hào)數(shù)量減少為原來(lái)的一半，可降低管理成本，抵消電線新增的成本后，單車成本可以降低約0.2元。

1.2 插接件通用化優(yōu)化設(shè)計(jì)

插接件通用化，不僅在同一車型上盡量選用相同的插接件 （前霧燈和后霧燈的4組插接件相同），在不同車型上也要盡量選用相同的插接件。如同一主機(jī)廠的A、B、C、D車型4個(gè)霧燈的插接件也相同。即使無(wú)法通用也盡量選擇同一類型的插接件，這樣可以使用相同的端子。圖2為某車型優(yōu)化后的部分插接件。其插接件、端子、卡扣適配關(guān)系如表1所示。A和B為一組線對(duì)線的插接件，B和F為一組線對(duì)板的插接件，C和D為一組線對(duì)線的插接件，A、B、C、D為同一系列的插接件，功能不同，外形結(jié)構(gòu)差別很大，可同樣選用公端子G和母端子H。C和E為防水和非防水的插接件，外形結(jié)構(gòu)差別很大，但安裝結(jié)構(gòu)尺寸相同 （橢圓圈處所示），適配同一卡扣A。

表1 插接件端子卡扣適配表

線束插接件通用化后，避免重復(fù)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，減少插接件種類，相應(yīng)可減少壓接模具和導(dǎo)通臺(tái)模塊種類，單車可降低設(shè)計(jì)驗(yàn)證、采購(gòu)及生產(chǎn)管理成本約25元。

2 汽車線束工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 插接件孔位優(yōu)化設(shè)計(jì)

如圖3所示，優(yōu)化前，插接件為L(zhǎng)形出線方向，端子植入13號(hào)孔位，1號(hào)孔位空余；優(yōu)化后將回路植入1號(hào)孔位，13號(hào)孔位空余。線束從更靠近插接件出線點(diǎn)的方向分出，可節(jié)省電線長(zhǎng)度，降低成本約0.1元。

圖4為線束圖中摘錄下來(lái)的鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)扇熔斷絲繼電器排布圖。優(yōu)化前，鼓風(fēng)機(jī)回路和風(fēng)扇回路交錯(cuò)在一起；優(yōu)化后，在預(yù)裝工序回路走向更順暢，同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)回路和風(fēng)扇回路連接距離減少，可節(jié)省電線長(zhǎng)度，單車可降低成本約0.5元。

圖5為插接件孔位排布優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖。小插接件中4個(gè)線徑相同的回路全部連接到大插接件中，大插接件為一個(gè)混合型的插接件，4個(gè)回路植入大插接件的1、2、9、10號(hào)孔位中，1、9和2、10適配的端子不一樣。優(yōu)化前壓接4個(gè)回路時(shí)，因1、9和2、10號(hào)孔位使用的端子不一樣，需要增加一次更換端壓模具和首末件檢查的工序。將回路從1、2、9、10號(hào)孔位中優(yōu)化到2、3、10、11號(hào)孔位后，統(tǒng)一為一種端子，不需要更換壓接模具，可一次壓接完成，節(jié)省壓接模具更換調(diào)試時(shí)間。

2.2 屏蔽線優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖6所示為屏蔽線優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖。屏蔽銅絲線頭通過膠帶包扎固定在線芯絕緣層上，屏蔽銅絲有刺破線芯絕緣層，和線芯接觸短路，造成信號(hào)干擾的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化后，將屏蔽銅絲回折，并用膠帶綁在絕緣層上，可降低屏蔽銅絲刺破線芯絕緣層的風(fēng)險(xiǎn)，提高線束可靠性。

圖7為傳感器線束優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化前輸入軸、輸出軸與TCU之間的連接采用普通的電線。優(yōu)化后，將普通電線變更為屏蔽電線，并將屏蔽線的一端搭鐵，可提高信號(hào)的抗干擾能力。對(duì)高頻信號(hào)屏蔽線，建議采用兩端搭鐵的方式。

2.3 接線點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖8為接線點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖。圖8a中，1／1、1／2、 1／3為一組接線回路， 2／1、 2／2、 2／3、 2／4為一組接線回路。在線束走向中，兩個(gè)接線點(diǎn)S1和S2在線束分支點(diǎn)的右側(cè)，1／1、1／2在接線點(diǎn)S1的左側(cè)， 1／3在接線點(diǎn)S1的右側(cè)， 2／1、 2／2、 2／3在接線點(diǎn)S2的左側(cè)，2／4在接線點(diǎn)S2的右側(cè)。優(yōu)化后，將接線點(diǎn)S1和接線點(diǎn)S2的位置對(duì)調(diào)，可節(jié)省50 cm長(zhǎng)的0.5mm2的電線，降低電線成本約0.03元。

在圖8b中， 3／1、 3／2、 3／3為一組接線回路，線徑分別為0.5mm2、 0.5mm2、 0.85mm2； 4／1、 4／2、4／3為一組接線回路，線徑均為0.5 mm2。在線束走向中，兩個(gè)接線點(diǎn)S3和S4在線束分支點(diǎn)的右側(cè)，3／1、3／2在接線點(diǎn)S3的左側(cè)， 3／3在接線點(diǎn)S3的右側(cè)， 4／1、 4／2在接線點(diǎn)S4的左側(cè)， 4／3在接線點(diǎn)S4的右側(cè)。優(yōu)化后，將接線點(diǎn)S3和接線點(diǎn)S4的位置對(duì)調(diào)，增加50 cm長(zhǎng)的0.5 mm2的電線，減少50 cm長(zhǎng)的0.85 mm2的電線，降低電線成本約0.02元。

2.4 工裝板優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖9為某工裝板的布線示意圖。流水線順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，線束插接件在分支點(diǎn)的左側(cè)，即線束分支排布方向與流水線方向相反。線束分支一般使用膠帶纏繞包覆。為加快膠帶纏繞效率，作業(yè)員需將線束分支插接件端從工裝板上取下，從分支點(diǎn)開始纏繞膠帶，一直纏到分支末端插接件處，因纏繞方向和流水線的方向相反，隨著流水線的轉(zhuǎn)動(dòng)，作業(yè)員需要跟著流水線一起走動(dòng)。優(yōu)化后，線束插接件在分支點(diǎn)的右側(cè)，即線束分支排布方向與流水線方向相同。膠帶在分支上從分支點(diǎn)向末端纏繞時(shí)，纏繞走向與流水線的方向一致，隨著流水線的轉(zhuǎn)動(dòng)，人員不需要跟著流水線一起走動(dòng)，或者只需要少量的走動(dòng)，即可完成纏繞工序，可減少作業(yè)員無(wú)謂的走動(dòng)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖10為插接件預(yù)裝示意圖。插接件A為主插接件，連接插接件B、C、D，預(yù)裝完成后需要鋪在工裝板上。優(yōu)化前，相對(duì)流水線方向，主插接件A在B、C、D的后面。布線工作方式有兩種：方式一是先固定插接件A，最后固定插接件B、C、D；方式二是治具叉上先固定插接件B、C、D，最后固定插接件A。方式一中，會(huì)出現(xiàn)和圖9優(yōu)化前膠帶纏繞相同的情況，即作業(yè)員需要跟著流水線一起走動(dòng)；方式二中，插接件A為主插接件，連接B、C、D，可能會(huì)出現(xiàn)插接件B線束分支穿過插接件C，插接件C線束分支穿過插接件D的情況，導(dǎo)致線束分支相互纏繞，最終需要花費(fèi)時(shí)間將線束清理順暢，影響作業(yè)效率。優(yōu)化后，相對(duì)流水線方向，主插接件A在插接件B、C、D的前面，布線時(shí)治具叉上先固定插接件A，可降低線束相互纏繞的概率，提高作業(yè)效率，同時(shí)可減少作業(yè)員無(wú)謂的走動(dòng)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 汽車線束原理優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 電源分配優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖11為某車型起動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)圖。優(yōu)化前，各使用一路熔斷絲進(jìn)行保護(hù)。優(yōu)化后，起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)共用一路熔斷絲，發(fā)電機(jī)電源直接從起動(dòng)機(jī)處引出，不僅減少了一路熔斷絲，而且也使得發(fā)電機(jī)電源線較優(yōu)化前大幅減短，單車可降低成本約8元。

圖12為某風(fēng)扇電源分配優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖。控制方式為單風(fēng)扇雙檔風(fēng)速調(diào)節(jié)，通過調(diào)速電阻，調(diào)整高低速風(fēng)量，使用2個(gè)JCASE熔斷絲，區(qū)分高低速檔位，對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)。風(fēng)扇工作時(shí)，只有1個(gè)熔斷絲進(jìn)行工作，2個(gè)熔斷絲不會(huì)同時(shí)工作。優(yōu)化后，取消1個(gè)熔斷絲，高低速共用1個(gè)熔斷絲進(jìn)行保護(hù)，新增一個(gè)U形卡端子，節(jié)省2個(gè)端子和1個(gè)JCASE熔斷絲，同時(shí)電線使用量也將減少，單車可降低成本約4元。

3.2 控制邏輯優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖13為某車型電動(dòng)窗開關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)圖。優(yōu)化前電動(dòng)窗開關(guān)的控制模塊在主電動(dòng)窗開關(guān)內(nèi)，通過主電動(dòng)窗開關(guān)控制其它車窗開關(guān)時(shí)，工作電路為電源→主電動(dòng)窗開關(guān)→副電動(dòng)窗開關(guān)→副電動(dòng)窗電機(jī)→副電動(dòng)窗開關(guān)→主電動(dòng)窗開關(guān)→搭鐵，多個(gè)車窗電機(jī)同時(shí)工作，經(jīng)過主電動(dòng)窗的電流很大，易造成主電動(dòng)窗開關(guān)故障。優(yōu)化后，除主電動(dòng)窗自帶控制模塊外，其它電動(dòng)窗開關(guān)也各有一個(gè)小模塊，各開關(guān)間通過LIN線通信，通過主電動(dòng)窗開關(guān)升降其他車窗開關(guān)時(shí)，工作電路為電源→副電動(dòng)窗開關(guān)→副電動(dòng)窗電機(jī)→副電動(dòng)窗開關(guān)→搭鐵，減小了主電動(dòng)窗的負(fù)荷。當(dāng)同時(shí)操作多個(gè)電動(dòng)窗時(shí)，將通過LIN優(yōu)先順序依次上升，不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)以上電動(dòng)窗同時(shí)工作的情況。這樣電動(dòng)窗開關(guān)的成本雖略有上升，但卻節(jié)省了從主電動(dòng)窗開關(guān)到副電動(dòng)窗開關(guān)的電源線和搭鐵線，單車可降低成本約5元，可靠性得到了很大提升。

圖14為某車型后刮水電機(jī)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)圖。優(yōu)化前后刮水電機(jī)有3條單線到BCM，分別為電源線、復(fù)位線、復(fù)位電源線。在復(fù)位工作時(shí)，電源經(jīng)由BCM→后刮水電機(jī)復(fù)位線→BCM→后刮水電機(jī)電源線。優(yōu)化后通過BCM判斷復(fù)位線狀態(tài)，在復(fù)位工作時(shí)，電源經(jīng)BCM→后刮水電機(jī)電源線，減少了BCM到后刮水器的復(fù)位電源線，而BCM僅改變了控制邏輯，不涉及硬件成本變化，但線束節(jié)約了電線及端子，單車可降低成本約3元。

4 汽車線束裝配優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖15為發(fā)動(dòng)機(jī)艙電器盒優(yōu)化設(shè)計(jì)圖。該電器盒的2個(gè)固定支架通過螺栓螺母的方式固定在車身鈑金上。優(yōu)化前，先將方螺母焊接在車身上，總裝時(shí)，再通過螺栓，將電器盒固定在車身鈑金上。裝配時(shí)，因電器盒重力的原因，有朝下掉的趨勢(shì)，需要一只手托著電器盒，另一只手操作工具裝配螺栓，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因單手操作裝配工具，會(huì)出現(xiàn)裝配螺栓從裝配工具上掉下來(lái)的情況，效率較低。優(yōu)化后，將車身上的其中一顆焊接方螺母變更為凸焊螺栓，先將凸焊螺栓焊接在車身上，總裝時(shí)，電器盒掛在凸焊螺栓上，可以雙手操作裝配螺母，這樣螺母從裝配工具上掉下來(lái)的概率大大降低。同時(shí)，裝配時(shí)不用一只手托著電器盒，工作強(qiáng)度降低。

5 汽車線束布置優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖16為某車型的倒車?yán)走_(dá)接線優(yōu)化設(shè)計(jì)圖。倒車?yán)走_(dá)ECU布置在儀表管梁上，和儀表線束對(duì)接，經(jīng)地板線束、后保線束和倒車?yán)走_(dá)連接。優(yōu)化后倒車?yán)走_(dá)ECU布置在側(cè)圍左后輪轂包處，經(jīng)地板線束、后保線束和倒車?yán)走_(dá)連接，這樣倒車?yán)走_(dá)ECU距離倒車?yán)走_(dá)更近，可提高信號(hào)靈敏度，提高可靠性，將對(duì)接端子由8對(duì)節(jié)省為6對(duì)，同時(shí)減少電線長(zhǎng)度，單車可降低成本約3元。

［1］陳琴，沈曉青，韋南勇，等.線束插接件及端子的選型和統(tǒng)一化［J］.汽車電器， 2013 （4）： 7-10.