汽車EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束設計

李潤國，宋立彬，張 毅，鮑群力

（杭州吉利汽車研究開發有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

汽車線束根據防水性能分為干區和濕區線束，根據線束固定部件是否運動也分為動態和靜態線束，EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束固定在汽車車橋上，處于濕區且汽車行駛過程中跳動量較大。為了使EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束設計、評審和品質管控更加規范、高效，本文從EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束的特點、常見結構、布置設計、材料選用、設計依據、關鍵尺寸及評價項目和性能要求等方面對過運動部位線束進行系統的闡述，為汽車運動部位線束提供設計指導。

2 功能概述及常見結構分析

2.1 功能概述

EPB卡鉗線束負責傳輸卡鉗電機和輪速信號，例如：當需要駐車制動時，操作EPB開關，操作信號反饋給電控單元，由電控單元控制電機和減速齒輪機構工作，通過EPB卡鉗線束信號傳輸對制動卡鉗實施制動[1]。

2.2 常見結構

EPB卡鉗線束材料，詳見表1。

表1 材料明細

3 線束布置及布置形式

3.1 線束布置設計依據

EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束一般布置在車橋總成上，因為車橋跳動量及周圍環境惡劣，此處線束布置一直是保安防災關注重點，結合以往的設計經驗及實車驗證，對于此處線束布置分析如下。

3.1.1 動態區間布置要求

1）動態區間固定點不得采用捆綁式扎帶類定位件來固定。

2）動態區間兩端要采用注塑膠套固定，同時滿足40Hz頻率彎曲運動時固定點不得脫離鈑金。

3）動態區間后橋上的固定點位置，盡可能靠前布置，減少跳動幅度。

4）動態區間兩端注塑膠套必須帶有網尾結構，分散應力。網尾結構見圖1。

圖1 網尾結構

5）運動段運動包絡，可通過設計帶有導向型的固定膠套進行控制，膠套導向作用見圖2。

圖2 膠套導向作用

6）運動區間動點和靜點活動方式設計優先考慮平行活動布局設計，其次為C型活動布局設計。

7）運動段軌跡，盡量控制在一個平面進行運動，避免出現螺旋形運動軌跡。

8）兩動態點線束長度不得大于300mm，滿足車輪上跳極限、下跳極限、左轉向極限、右轉向極限，運動仿真檢查時線束不能有相對剪切運動及干涉。

9）運動區間，應視實際情況預留長度，長度根據實際振動幅度、運動件的最大運動行程確定，保證預留長度能夠不使振動在線束上傳遞、不使線束承受拉力，推薦彎曲半徑≥5D（D是線束外徑），3D數據制作完成后，需進行運動仿真分析校核線束布置是否合理。

10）與運動零部件包絡的間隙應≥25mm，與排氣歧管之間的距離應＞50mm。

11）不與燃油管路、制動管路交叉或接觸，尤其是在線束連接部位和油路連接部位。

12）輪速傳感器線束的布置應該保證在車輪轉動的整個行程內線束與車輪之間都有足夠的間隙。

3.1.2 相對靜止區域布置要求

1）輪速端線束分支設計卡扣，推薦長度不大于100mm，不允許超過150mm。

2）輪速傳感器要便于電動螺絲刀裝配或拆卸。

3）布置時要考慮連接器及對配件的密封性，用注塑結構來保證密封效果；若無法注塑，選用具備防水等級的密封圈。

4）根據安裝要求，卡鉗端裝配空間能夠滿足≥2倍的連接器長度的空間。

5）接插件布置在容易看到的位置，且布置在手和工具易操作的位置，便于檢測、維修，需按照實際裝配情況考慮線束預留長度。

6）在布置固定點時盡可能考慮線束自身質量造成的下垂，線束與周邊零件間隙≥15mm。

7）線束避免與周圍部位干涉，線束和周圍零部件間隙要保證，使用硬管或支架，以保證線束不變形，在部分位置為了保證線束的方向性，如膠套應有防旋轉措施或扎帶應使用腰型結構。

8）卡鉗線束總成和熱源保持足夠的距離≥20mm，或采用耐溫150℃的閉口波紋管，或用鋁箔保護的方式。

9）卡扣間距≤200mm，在鈍角拐點位置可固定一個固定點，在直角拐點可布置兩個固定點，其中在第1個拐點處增加一個過渡扎帶，避免線束成銳角拐點；銳角拐點盡可能在布置時避免。

10）Inline的布置位置要遠離車輪的飛濺區域，布置在干區。

3.2 布置形式對比分析

3.2.1 輪胎及車橋包絡

汽車車輪上下左右都存在運動，線束數據設計過程中需要先掌握所設計線束工作環境及周邊零件的運動軌跡，例如車橋及車輪的包絡，見圖3。

圖3 車橋運動軌跡

3.2.2 布置案例

線束根據周圍環境無法保證一致，但盡量減少運動段線束的跳動量是增加卡鉗線束可靠性的重要手段，下面是介紹兩種常用的布置案例方案。

1）沿車橋進行布置，減少線束的跳動幅度，如圖4所示。

圖4 沿車橋布置型式

2）運動區間動點和靜點線束方向成“一”字型布置設計，如圖5所示。

圖5 采用“一”字型布置型式

4 導線的設計依據及推薦

卡鉗線束及輪速線束因為布置位置，車輛行使過程中一直在擺動，屬于特殊線束類型，對于電線性能要求較高，建議選用柔韌性比較好的導線同時考慮如下內容。

1）乘用車低壓電線工作溫度范圍：-40~125℃。

2）0.5mm2截面電線規格：絞距25±3mm，S絞向，見圖6。

圖6 雙絞線

3）所選電線需滿足100萬次（室溫：60萬次，頻率2.5Hz；-20℃，25萬次，頻率1Hz；-40℃，15萬次，頻率1Hz）。

4）符合GB/T 25085—2010標準的C等級要求。推薦型號：FLR31Y 2×0.5mm2（銅絲規格0.11Max/64）和FLR31Y 2.5mm2（銅絲規格0.11Max/308，股數7股）。

5 PUR管設計依據及推薦

PUR管用來保護電線，卡鉗線束及輪速線束是否符合可靠性要求，PUR管起到至關重要的作用，所以對于材料和結構規格推薦下面內容。

1）材質選用與注塑時膠套材料相融合性良好的材質，最好兩者是相同材質，要求性能見表1。

2）要求PUR管要能夠耐磨、耐彎曲、耐碎石沖擊、耐化學試劑、耐大氣腐蝕、耐水解、抗老化、抗燃油、抗潤滑脂或潤滑油。

3）PUR管規格尺寸選擇見表2，原則上導線填充率80%左右最佳。

4）PUR管需伸入膠套長度10mm以上。

5）工作溫度范圍：-40~125℃。

6）材料均要考慮滿足主機廠ELV要求。

7）所選PUR套管需符合表2中所有性能且線束滿足（室溫：60萬次、頻率2.5Hz；-20℃、25萬次、頻率1Hz；-30℃、15萬次、頻率1Hz），且彎曲后套管無裂紋現象；

8）聚氨酯（PUR）套管材料參數，詳見表2。

表2 PUR套管材料參數

9）推薦使用硬度85A：7×1.35、6×1.3、3.5×1.3這3種規格；PUR套管規格尺寸及性能參數，詳見表3。

表3 PUR套管規格尺寸及性能參數

6 固定膠套材料設計依據及推薦

固定膠套承受卡鉗線束及輪速線束運動過程中產生的拉力，所以在設計過程中抗拉力是其重要的考慮因素，經過試驗注塑膠套可以承受大于200N以上的拉力，同時固定膠套和PUR管選用同等材質，注塑效果更佳。關于固定膠套設計推薦如下。

1）固定鈑金注塑膠套需選用材料：聚氨酯（PUR）75A。

2）具備耐磨、耐彎曲、耐碎石沖擊、耐化學試劑、耐大氣腐蝕、耐水解、抗老化、抗燃油、抗潤滑脂或潤滑油。

3）工作溫度范圍：-40~125℃。

4）若是用來穿過鈑金孔類需要硬度略低的聚氨酯（PUR）≤65A。

5）若是不需要在鈑金上固定只用來對線束方向轉彎過渡，需選用：聚氨酯（PUR）85A及以上，具體依據使用條件決定。

6）所選聚氨酯（PUR）需符合表2中所有性能且線束滿足（室溫：60萬次，頻率2.5Hz；-20℃，25萬次，頻率1Hz；-30℃，15萬次，頻率1Hz），且注塑膠套卡槽不得磨透。

7）材料均要考慮滿足主機廠ELV要求。

8）線束與膠套運動接觸端需設計有網尾結構。

9）聚氨酯（PUR）注塑材料參數，詳見表4。

表4 聚氨酯（PUR）注塑材料參數

7 鈑金支架設計依據及形式

7.1 支架關鍵尺寸分析

固定膠套安裝在鈑金支架上，兩者設計匹配才能更好的固定線束，才能有效保證卡鉗線束及輪速線束的可靠性，經過多次實車驗證總結其關鍵配合尺寸如下。

1）膠套的直徑和鈑金固定孔，0.2mm＞單邊過盈量≥-0.20mm；膠套的槽寬和鈑金厚度0.2＞單邊過盈量≥-0.2mm；膠套的直徑大于鈑金支架止口尺寸3~4mm。

2）膠套和鈑金的插入力/拔出力定義在30~90N之間；設計時要考慮膠套裝配接觸面，同時膠套固定直徑卡槽深度≥1.5mm。

3）鈑金止口倒角≥R3，防止護套插入時劃傷。

4）膠套防旋轉結構與支架過渡配合。

7.2 支架設計形式分析

支架的設計形式對于生產工藝及成本有很大的影響，設計過程中需要根據周圍環境選用合適的支架結構，下面是兩種應用較多的支架結構，卡入式成本低，裝配困難；鉚壓式成本高，裝配簡單。

1）卡入式膠套和鈑金支架對應尺寸，如圖7所示。

圖7 卡入式

2）鈑金鉚壓式（最佳固定方式），該方式鈑金厚度≥1.0mm，如圖8所示。

圖8 鉚壓式

8 性能要求及測試

考慮卡鉗線束的特殊性，基于應用和成本、周期考慮，推薦卡鉗線束重點關注表5測試內容。

表5 測試項目