淺談汽車線束的開發和設計

李哲寧

Q

摘 要：本文介紹了汽車線束所包含的要素，對汽車線束的開發和設計做了一個粗略的說明。著重討論了一下汽車線束設計時的要求和要點。

關鍵詞：汽車線束；線束開發；三維設計；設計要求

1 引言

當今汽車的智能化程度越來越高，功能越來越多，再加上人們對汽車的安全性、舒適性和經濟性的要求越來越高，汽車上的電器配置、電器件和導線也同時越來越多，連接各個電器件的線束也變得越來越重，越來越粗。正是由于線束在汽車工業中的顯著地位，汽車線束開發就顯得極為重要。同時汽車線束的開發涉及的面極為廣闊，如電氣原理、零部件的設計及選取，線束的保護以及自動電信號分配等等。而如何使汽車線束的開發在整車開發中能夠更加的符合整車的開發周期以及要求，就是本文要說明的。汽車線束在整車布置如下圖1所示。

2 汽車線束的基本介紹

為了使汽車繁多的線束整體美觀而不凌亂，接線安裝方便，以及保護絕緣層不易損壞，汽車上將不同規格、不同用途的導線包扎成束，簡稱汽車線束。汽車線束是對汽車進行電信號控制的載體，是汽車電路的網絡主體，沒有線束也就不存在汽車電路。汽車線束的數據實例見圖2。其功能包括：

（1）以合理安全的形式給用電設備如電機、喇叭、燈泡分配電能；

（2）傳遞和反饋信號。

3 汽車線束三維設計

隨著汽車的日益發展，汽車變得越來越智能化。汽車電子設備的不斷增加，而素有“汽車神經”的線束也越來越復雜，以前的線束設計已經不能滿足當前汽車開發的需求與周期，當前汽車線束設計過程中的同步開發已經成為主流，這就對線束的三維設計提出了更高的要求。

由于線束三維設計的重要性，就要求設計人員在開發初期就能有好的準則。本文就以某主機廠某項目對線束開發設計的要求和項目中具體遇到的問題，從線束開發過程中設計、分析和解決問題，給人以直觀的感受。

3.1 汽車線束的設計的步驟

3.1.1 整車線束設計的準備：

（1）根據《電器設計任務書》要求的電器配置和技術要求繪制原理圖；

（2）根據各電器功率確保保險容量及線徑大小，對每個電氣子系統進行載荷分配，確定總保險容量，計算導線線徑；

（3）布局圖（Plan View）的生成和整體線束的分割；

（4）接插件的選取；

（5）整車環境的建立。

3.1.2 汽車線束建模的步驟：

建模是一個繁瑣的工作，有時往往會不斷地修改。但是在設計過程中遵循著一定的設計步驟，也會對線束設計有一個好的思路，一般步驟如下：

（1）將線束劃分出不同的功能區，如前艙線束、車身線束、儀表臺線束、后保線束，如圖3所示，不同的車型和廠家會有些許差異，與總裝要求、配置高低有關系；

（2）熟悉整車結構分布，了解用電設備、模塊、周邊管路、車身結構等布置，收集已有的周邊數據；

（3）建立模型。在布線系統中放置元件，根據整車環境，盡力布線路徑。生成三維可視化的線束數模；

（4）對數模和周邊環境進行先期的數字化檢查，包括對設計要求的滿足，干涉的檢查，對配件的檢查；

（5）最終由三維數模生成圖紙，注釋包括尺寸、回路信息、保護件位置、包扎方式等一系列信息。為進一步的設計、制造和分析提供最完整的資料。三維數據和兩維圖紙相互檢查，優化設計。

3.3 汽車各區域對線束設計的要求

整車可劃分為如圖4所示的幾個區域，也是線束工程師選用線束保護方式和選用零部件的依據，不同區域會有不同的的保護方式以及防水等級。

3.3.1 運動區域

運動區域主要包括安全帶、風扇、皮帶輪、手套箱門、電動座椅、雨刮運動臂、離合踏板及其傳動裝置以及發動機本體的相對震動等。對于這些位置，線束設計需要遵循如下幾點。

（1）線束不能處于運動部件的行程中；

（2）要充分考慮線束在長度允許的范圍內的擺動；

線束的走向是復雜多樣的，線束在直線走向上有很好的定性，但是在轉彎的空間走向上，線束會在兩個固定點間允許的長度范圍內擺動，這就需要分析線束所能到達的區域，保證線束的安全。如圖5。

（3）對于運動的線束段，要充分考慮到線束的行程，防止線束在運動過程中被拉斷。

比如ABS線，懸架和車身互有相對運動，所以在設計時，要確保足夠的線長不會被拉緊拉斷。

3.3.2 潮濕區域

車輛潮濕的區域一般集中在前艙，門板，底盤以及后保險杠等位置。對于濕區，插件必須選擇防水插件。由于線束固定的需要，有些必須開孔的區域，雨水會從孔流向干區，必須選用防水卡丁。如果有水沿著線束走向干區的風險，可以采取一定的措施加以防范，如圖6。線束在濕區有意做成一個滴水環的結構，這樣水只會流向濕區，保證干區的防水安全。

3.3.3 高溫熱源區域

包括排氣系統，廢氣再循環系統。線束在距離熱源125mm內，要采用絕熱層，熱反射膠帶，高溫波紋管等。

3.3.4 線束外露區域

主要指地盤區域，這個區域是外部環境最惡劣的地方，要根據不同的安全需求做好保護措施。

3.3.5 易產生噪音區域

噪音主要產生在乘客艙（門板、儀表板、頂棚）和行李箱，特別在儀表板內，有安裝尺寸的存在，線束會與儀表裝飾板產生一定的硬接觸。此時線束可以使用一些降噪的包裹物如絨布膠帶、泡棉膠帶等。這樣能有效避免噪音的產生。

3.4 汽車線束設計要求及評審

3.4.1 線束的固定方式

線束的走向是靠線束固定來實現的，安全可靠的固定方式，是線束設計中的重要原則，線束固定方式可分為卡釘固定、支架固定。同時線束固定也會遇到受條件或設計限制的環境。如圖7。線束通過卡丁固定在PDB上，但是這樣的設計即不利于安裝也不利于售后。這就要求工程師能夠隨機應變，可以和對手件工程師一起優化設計如圖8，通過優化PDB入線端的固定結構，通過扎帶的方式來保證線束的走向。

3.4.2 線束與周邊零件的距、間隙與長度

線束是一個柔性零件，必須與周邊零件有一定的安全距離。

（1）線束距離靜態零件要保持6mm以上的間隙；

（2）線束距離運動零件保持25mm以上的間隙，或者線束在三維中模擬的包絡面不和運動件干涉；

（3）線束距離焊點保持15mm以上的間隙；

（4）線束及其組件要預留出緊固工具的安全空間，距離螺母中心保持50mm以上的距離；

（5）線束距離毛刺、焊接邊、銳邊等，保持25mm以上的距離。如果達不到，需要考慮線束的保護措施；

（6）線束距離密封條8mm以上的間隙；

（7）加速踏板、剎車、離合踏板的行程范圍內，要保持19mm以上的距離；

（8）線束接插件所在的分支長度要考慮安裝，一般在設計時需要在分支自然狀態的線長增加25mm，避免線束分支對插件本身的拉拽，方便插件的接插，避免影響插件的連接可靠度；

（9）兩個固定點間的距離一般不要超過200mm。如果超出，必須要分析線束的安全性；

10）插件到最近的固定點長度要適中，盡量保持在100mm-150mm間，便于插件的對接和拆拔；

（11）IP/Console線束特殊位置需要預留安裝尺寸，一般比自然長度加長50mm-100mm。可以通過3D軟件模擬線束與設備端的安裝位置獲得合適的線長。

3.4.3 線束的裝配方法與裝配順序

線束的安裝主要包括卡丁的固定，插件的對接，支架的固定，端子的固定，橡膠件的穿孔等。所有線束在安裝時，必須方便可靠。

（1）在固定區域有很多孔時，要考慮線束安裝點的特殊性設計。例如六邊形孔區別周邊的零件安裝點，避免線束的錯誤安裝。如圖9。

（2）在固定區域有很多線束分支時，為了區分而不會將線束固定在錯誤的位置，可以采用在同一位置用不同的卡丁，開不同形狀的孔位。如下圖10，線束固定位置上下分布，通過在支架上開圓孔和腰型孔，區別不同的固定的卡丁。這樣，線束在安裝時一目了然。

（3）要考慮售后服務的可行性。有些線束設計時看似完全符合設計規范和安裝要求，但是存在售后問題。如圖11，這是一個電池正極的一個分支，從線束走向以及設計規范來說，線束安全可靠。但是正極端子由于在平時維修和診斷時，經常被拆除。這樣以來，在售后時就需要考慮拆除和更換相鄰的卡丁。為了解決售后問題，設計時取消卡丁，在支架上增加固定結構，這樣線束就可以在保證走向的同時自由進出，方便靈活 ，同時滿足固定和售后需要。

（4）要考慮OEM的生產流程和工藝，以及工位和裝備規范等；

3.4.4 其他注意點

（1）線束轉彎半徑應該至少是線束直徑的2倍；

（2）除前艙外，盡量避免線束外露；

（3）一個分支點的分支盡量少于4個，否則會造成分支的混亂和糾纏，并要識別各個分支的位置，造成工裝時效的延長。同時，過多的分支對線束的圖板布置也是一種挑戰。

（4）線束設計要考慮展平后的工藝，有時線束的設計與2D圖板是沖突的。制造工藝無法實現的三維設計，需要優化三維設計。

（5）車身地板線束的布置，要考慮線束不要被腳部踩到，從而對線束產生損傷。

4 結束語

現代汽車的高速發展，使得汽車線束開發所包含的內容越來越多，線束的開發必須安全可靠，安裝方便合理，售后簡單可行。而汽車線束的開發設計已經成為整車安全可靠的一個重要源頭，合理的開發流程和科學的設計規范已經成為汽車電器分布的重中之重。本文粗淺的說明了汽車線束開發的過程和要素，以供大家參考和借鑒。