關于EPB輪速小線設計與研究

黃錫江，李坤霖，呂 成

（柳州市雙飛汽車電器配件制造有限公司，廣西 柳州 545000）

1 EPB工作原理

電子駐車制動系統由行星減速機構，電機的左、右后制動鉗，電控單元，線束組成。該系統電控單元與整車控制器局域網 （CAN）通信，對左、右后卡鉗上的電機進行控制。駕駛員發出制動請求，按下EPB按鈕開關，按鈕操作信號反饋到電控單元，由電控單元控制電機和行星減速齒輪機構工作，對左、右后輪實施制動。電控單元對后輪的制動和釋放的電流，都經過EPB輪速小線傳遞實現。

新能源汽車往往同時具備電子駐車制動EPB、防抱死系統ABS、電子穩定程序ESP，受限于汽車車身與底盤空間，且后輪處扭力梁運動分析較為復雜，要求EPB線束在此環境下避免與周邊環境干涉、線束不易受拉扯而導致斷線。因此，EPB輪速小線設計開發難度大，制造工藝復雜，難以模擬在實車工況下進行實驗。

2 EPB線束的基本結構

EPB輪速小線結構有非集成式與集成式之分。

非集成式是指接輪速傳感器線束與接EPB電機的線束分別形成單獨的線束總成；單獨固定在懸架的支架上與輪速傳感器及EPB電機對接，另一頭單獨與地板線束對接，如圖1所示。這種布局形式的線纜占用比較大的空間，材料用量大，線束成本較高，在復雜且不規矩頻繁運動的懸架環境中，非集成式的走線也增加了線束松脫、干涉等風險。其優點是方便故障排查及售后返修更換線束。

圖1 非集成式EPB輪速小線基本結構

集成式EPB輪速線束其中兩個回路是連接輪速傳感器的信號“+”和信號“-”，另外兩個回路是EPB電機電源“+”和電源“-”。集成式EPB輪速小線通過集成的方式將兩種單獨的零件集成在一起，節約了生產成本，減少車身和底盤占用的空間，縮短總裝車間裝配的時間。集成化的設計降低了輪速傳感器線束和EPB線束之間的相互干涉風險，進一步降低售后問題發生的頻率，降低售后成本。集成式EPB小線具有眾多的優勢，但集成式EPB輪速小線也存在技術瓶頸。空間環境復雜，制造工藝繁雜，驗證方法不明確等，是集成式EPB輪速小線未能普及的根本原因。

EPB輪速小線的基本結構包括：輪速傳感器接插件、駐車電機接插件、過孔橡膠件、固定卡扣、保護套管、導線、金屬支架、四芯接插件 （與地板線束接插件對接）這幾部分，如圖2所示。

圖2 集成式EPB輪速小線

EPB輪速小線布置在扭力梁上，運動狀態多變，對抗振動、抗石沙飛濺、防水都有很高的要求，因此所選用的材料很關鍵。

根據駐車制動電機的電流需要，一般可以選用規格為2×0.5（輪速信號）+2×2.5（駐車電機）的導線，材料推薦見表1。導線線材需采用2根輪速線先單獨注塑再和EPB卡鉗電源線和搭鐵線一起注塑，耐溫等級達到-45～105℃，彎折性要求高，抗震動性好。

表1 材料性能分析說明

在與扭力梁和車身有干涉風險的位置增加隔環 （保護套），減少磨線風險，EPB電機接插件和輪速接插件尾部線束防止端子尾部因受力而脫出，可增加尾蓋結構消除受力。

4芯接插件如放在艙外對接需要選用防水插件，防水膠套一般有兩種選擇：一是選用傳統軟質橡膠件，優點是易于擴孔，防水性能好，運輸過程不會脫落，缺點是裝配麻煩費時。另一種是選用硬質過孔套管與密封墊一體式結構，這種結構裝配簡單，節約時間，加快生產節拍，缺點是運輸過程密封圈有脫落和漏裝風險。

EPB電機護套、輪速傳感器護套需進行防水處理，增加注塑結構，需注意注塑的溫度，防止注塑高溫導致防水栓失效。通過注塑與鈑金T型三通閥將輪速線和EPB卡鉗線束分開，配合底盤支架滿足布置需求。三通閥需增加限位結構，保證裝配方向防止轉動。運動段的2個鈑金支架固定點，可增加使用傳統注塑塊，也可使用橡膠件形式。橡膠件可以改善由于運動造成注塑塊位置受力導致線束斷裂的問題。整根線束要求增加防扭線標識，保證生產車間裝配一致性，防止扭線受力。T型三通閥 （圖3）采用TPU材料注塑成型，使輪速線與EPB電機線合而為一，鈑金支架卡接在T型三通閥上，采用凸臺拔模的結構防轉以及方便裝配。材料性能分析說明見表2。

圖3 三通閥結構

表2 材料性能分析說明

在設計EPB線束時，為降低成本采用普通線束設計方式。由于EPB線束使用環境惡劣，汽車運動次數頻繁，容易發生問題，影響安全駕駛。材料的選用是影響EPB線束壽命的重要因素之一。

3 EPB線束3D數據布置

EPB線束的3D走向，需要依據底盤輪轂軸承、扭力梁、駐車電機、傳感器布置位置及車身開孔位置進行設計。一般EPB線束在后輪輪罩處通過過孔的方式與艙內線束連接而形成回路。橡膠件固定之后，車身上會有一個固定螺栓用以固定線束，線束通過此固定點，延伸至下車身，如圖4所示。

圖4 固定螺栓

在下車身處，線束需通過支架固定至車身上，另一端同樣采取支架固定的方式固定至扭力梁上，此段運動量很大，必須采取支架固定的方式，如圖5所示。運動段設計是EPB線束設計的重點，線束沿著扭力梁，通過支架固定方式延伸至制動電機及輪速傳感器處，完成連接。

在線束固定段采用一體化的塑料護套設計，避免鐵件與芯線直接摩擦，避免塑料護套與芯線的摩擦。在塑料護套分支處設計定位結構，直接使用扭力梁上固定鐵件，使線束安全穩定地固定在目標位置，使EPB線束在車輪附近精確地控制走線方向和長度，有效降低因干涉或意外摩擦造成線束損壞的情況發生。

固定支架上增加緩沖環，如圖6所示，提高線束耐久的特性。線束固定后隨著車輛運行，固定支架至運動段線束邊沿處于極大拉扯狀態。為保證線束品質，此處需增加緩沖環，用以分擔線束承受的應力集中，降低線束在持續抖動的環境下出現斷線的情況。

設計要點：線束運動段走向設計及設計預留。通過前期校核數據方案，最終目的為確保線束與周邊環境 （管路、彈簧）間隙在25mm以上，在車輛運行過程中，線束預留長度不會產生干涉、線斷的風險。如圖7所示。

圖5 支架固定的方式

圖6 緩沖環示意圖

圖7 設計要點

4 EPB輪速線束圖紙設計

圖紙包含導線、PUR管、連接器、支架、橡膠件等信息。技術要求主要表示對線束的標準、檢驗規范、線束零件狀態等的說明。如圖8～圖10所示。

圖8 集成式EPB輪速小線圖紙

圖9 非集成式前輪速小線圖紙

圖10 非集成式后輪速小線圖紙

5 EPB輪速線束耐久實驗

5.1 檢測方法

5.1.1 集成式EPB輪速小線檢測方法

按照實車EPB線束走向搭建耐久實驗臺架。上板模擬車身，為固定端；下板模擬副車架／擺臂／減震器／安裝底板等，為運動端。

1）將待測試的EPB線束連同后制動卡鉗總成按實車安裝方式安裝到臺架上。

2）驗證EPB線束跳動耐久，下板與動力源連接，使下板能上下運動，用來模擬運動端在使用過程中上、下跳動。下板運動的上下極限與對應車型后副車架運動端保持一致。

3）試驗過程不帶電工作。

4）運動頻率1～5Hz，常溫下200萬次 （下板從下極限運動到上極限，再回到下極限記一次循環）。

5）檢測線束的導通率，并剝開線束，觀察每股線束的斷裂百分比。

5.1.2 非集成式輪速小線檢測方法

按照實車輪速線束走向搭建耐久實驗臺架。上板模擬車身，為固定端；下板模擬副車架／擺臂／減震器／安裝底板等，為運動端。

1）將待測試的輪速線束連同后制動鉗總成按照實車安裝方式安裝到臺架上。

2）驗證輪速線束跳動耐久，下板與動力源連接，使下板能上下運動，用來模擬運動端在使用過程中上、下跳動。下板運動的上下極限與對應車型后副車架等運動端保持一致。

3）試驗過程不帶電工作。

4）耐久試驗次數按如下，前輪速按照左、右轉向加正直方向，后輪速按照正直方向做。左、右轉向：溫度-30℃，100000次循環；溫度80℃，100000次循環；正直方向：常溫800000次循環；溫度-40℃，200000次循環；溫度75℃，1000000次循環。

5）實驗中，電線束不應受到其他方面帶來的機械損壞，檢測線束的導通率，并剝開線束，觀察每股線束的斷裂百分比。

5.2 臺架布置

非集成式輪速線臺架結構如圖11所示，模擬某一車型實車運行軌跡，工裝可以同時完成2根線束測試 （前輪速小線或后輪速小線），上下、左右極限位置具體按照實際車型振幅進行設定。

圖11 非集成式輪速小線臺架示意圖

線束運動段固定點的三坐標見表3，水平方向按照Y軸方向從靜止狀態至左極限 （-95）至右極限 （-35）至左極限循環，振幅為60，垂直方向按照Z軸方向從靜止狀態至上極限（-35）至下極限 （-185）至上極限循環，振幅為160。因線束固定支架對線束有方向的約束性，線束運動段的固定點應按照實際角度進行搭建工裝。

集成式EPB輪速線如圖12所示，模擬某一車型實車運行軌跡。工裝如圖13擺臂由步進電機驅動，擺動角度與速度可以通過專門的控制器調節，速度滿足頻率1Hz，高度上的距離滿足在原點正負62mm擺動；由獨立控制箱控制，控制箱與工裝之間通過航空插頭連接；工裝結構材料主要為鋁合金陽極氧化，外殼為冷板折彎烤漆。

其中，上限位、下限位對應汽車在行駛過程中線束固定端所能達到的最高點和最低點；固定端安裝座為線束支架在車身上 （靜止端）的固定點；活動端安裝座為線束支架在扭力梁處 （運動端）的固定點；活動擺臂模擬扭力梁運動軌跡，軸心位置為步進電機擺動軸所處位置。

工裝擺臂長度按照數模長度固定安裝，以車輛靜止時，線束運動支架活動端所處的位置設為原點，工裝安裝支架與實車安裝角度一致。

以數據狀態為準，原點以上的擺幅量 （Z向位移）為62mm，下擺幅量為54mm。目前，實驗工裝布置按上下擺幅62mm進行實驗，這比實車環境條件更為苛刻，更加有利于對線束的品質驗證。

表3 輪速小線運動段固定點三坐標

圖12 集成式EPB輪速線

圖13 線束實驗臺架示意圖

6 EPB線束運動段應力分析

對以上提到實例中的技術方案進行清楚、完整地描述，以上述的設計案例作為此次分析對象。通過對各坐標統計分析，繪制線束運動平面分布圖，可以更清晰地分析EPB線束運動軌跡及各部位應力分布情況，如圖14所示。Y方向上線束運動量很小，可以忽略不計，只需確認XZ向坐標即可。

根據線束三維布置數據，以扭力梁旋轉軸軸心作為轉動軸點 （Q點），擺臂長度以數據上測量結果為準 （擺臂長度243.8mm），線束運動的3個狀態分別對應上極限 （A點）、駐車狀態 （O點）與下極限 （B點），以及車身固定點 （P點）。從數據上分析，線束運動擺幅在+62mm、-54mm之間。車體固定點至下極限高度差為147.8mm，固定點至運動點直線段距離為152.1mm，線束運動段數模設計長度為205mm。設計上增加了緩沖環，在一定程度上會增加線束固定端的硬度，因此，運動段尺寸按185mm進行分析計算。圖14為EPB線束在3種狀態下的運行軌跡簡圖。

圖14 線束運動平面分布圖

從圖14中分析可知，當擺動臂處于最下端時電纜拉扯最為嚴重，且持續出現應力折彎，容易造成內部芯線損壞。固定支架1、2處線束受到Y軸與Z軸兩個方向上的應力，2個固定支架受到的應力分布圖如圖15所示。

圖15 2個固定支架受到的應力分布圖

由圖15中的信息可知，在線束運動段長度不變的情況下，當擺幅越大，線束受到的應力越大。由此分析，可適量在原數據情況下增加擺幅長度，便于驗證線束的疲勞壽命。上文提到，數據上線束固定端上下偏移分別為上62mm、下54mm，在此基礎上適量增加下擺幅量，達到擺幅±62mm，按此標準進行實驗。

在此狀態下，線束實驗運行次數達到100萬次時，發現線束無瞬斷、無斷線的情況，導通正常。為了進一步檢測線束性能指標，將擺幅調整至±70mm，在此條件下，繼續檢測線束性能，判斷線束是否還能達到無瞬斷、無斷線的指標。

圖16為振幅±70mm情況下，線束對應的上下極限位置。在此狀態下連續運行時，線束中發生瞬斷、芯線斷裂的情況，導致此根線束無法正常導通。

圖16 ±70mm擺幅下的線束狀態

基于以上實驗結果，按擺幅±70mm的實驗要求，此EPB線束已達到運動極限。對于線束運動尺寸的要求已大于實際設計值，若實車條件如此，線束運動段尺寸必然需要更多的預留。由此可得出結論，擺幅決定運動段線束的尺寸設計。根據不同車型，上下擺動不同，擺動越大，線束需預留的運動尺寸越長。不僅如此，對于支架的設計，以及固定點位置的選定，周圍環境因素導致的干涉風險，都會影響線束尺寸的設計預留。

7 總結

通過以上對EPB線束設計案例的剖析，介紹了EPB線束的基本工作原理、基本結構、設計流程，通過3D數模布置選取合理走向布局，保證周邊環境間隙，搭建符合實車環境條件的實驗工裝，最大限度模擬實車狀態，從3D數據設計到OTS階段驗證，不斷優化方案，直到得到最優的產品。通過這些系統的方法，了解EPB線束設計始末，理解EPB線束的設計理念以及設計難點，對后續EPB線束的設計提供參考。