關于汽車線束接點的防護及優(yōu)化

嚴愛萍

安波福電氣系統(tǒng)有限公司 上海 201800

一、引言

汽車在經歷了一百多年的發(fā)展后，由最初僅滿足基本的運輸功能，到現(xiàn)在結合安全性（安全氣囊、雷達、攝像頭等）、操控便利性（動力轉向、電動門窗等）、舒適性（電動按摩座椅）和娛樂性（音響、觸摸屏）等多種功能為一體的綜合車型，隨著網聯(lián)化、智能化的需要，車身電氣系統(tǒng)日益復雜，相應地汽車線束也變得日益復雜，消費者對車身輕量化、便利操控以及車輛價格的要求卻日益增高。所以，在進行汽車線束設計的時候，除了需要考慮滿足復雜的電氣功能外，還要考慮線束質量、線束成本。在滿足客戶錯綜復雜需求的同時，優(yōu)化線束的布置路徑、減少整車導線長度十分必要。另外，車輛的平臺化設計越來越普遍，如何在平臺化的前提下設計線束接點，選擇接點位置及如何防護等，都是設計初期需要考慮的問題。

二、線束接點的含義及作用

1 含義

線束接點，是將兩根或多根導線中的芯線通過某種方式連接起來，形成電路通路，芯線的連接點就叫線束接點。如圖1所示，去除導線1、導線2、導線3端部的塑皮后，通過某種方式將他們的芯線連接起來的連接點。

圖1 接點

2 作用

接點的作用是保證接點上所有導線之間電或者信號互通。通過線束接點，達到共用電源或者信號的目的，同時達到優(yōu)化電路網絡系統(tǒng)、減少線束物料使用的目的。

如圖2所示，紅色路線改成藍色路徑，通過一超二的方式，左霧燈可以通過接點取電。這樣的設計，可以簡化電路網絡系統(tǒng)，同時減少部分導線用量以及一對連接端子的用量。

圖2 接點的設計

接點的使用減少物料使用量，為汽車輕量化做出了貢獻，同時降低了成本。

三、接點的連接方式

汽車線束接點的連接大致可以分為如下幾種方式。

1 焊錫

焊錫是通過焊料和助焊劑，連接多根導線的方式。

焊料的作用是在低于導線熔點的溫度下熔化焊料來連接導線。焊料在焊料和被連接的導線之間提供金屬溶劑的作用。焊料中的這種金屬“溶液”形成中間合金，提供了金屬和電氣的連續(xù)性，并形成低電阻連接。

助焊劑的作用是去除大多數金屬表面上存在的非金屬氧化物薄膜，焊料對“干凈”的金屬起作用。如果沒有助焊劑，焊料就無法與金屬發(fā)生反應并形成金屬和電氣連續(xù)性所需的合金。

2 一般壓接（卡環(huán)壓接）

2.1 含義

通過專用的壓接工具對連接導線的芯線區(qū)域進行物理壓接，達到電氣連接的方式。壓接時，一般會使用如圖3所示的金屬卡環(huán)作為導線的中間連接卡，所以也叫卡環(huán)壓接。由于壓接卡環(huán)能保證導線間較好的連接，所以不需要使用焊料。這種壓接方式可以提供長久的機械和電氣連接，不會出現(xiàn)焊錫因為溫度變化而產生應力的情況。另外，卡環(huán)壓接相比焊錫，操作方便，效率高；缺點是需要額外的卡環(huán)、相應會增加材料成本及車身質量。

圖3 卡環(huán)壓接

2.2 機械性能

當前，行政事業(yè)單位的會計內部控制制度缺乏全面性，覆蓋面不夠，加之在實際操作環(huán)節(jié)中有些行政事業(yè)單位會計職責不清，出現(xiàn)一人多職現(xiàn)象，不相容崗位未相互分離，起不到牽制作用；同時也使得具有能力的會計工作人員無暇顧及和專注于本職工作，不能充分施展其才華，導致單位內部管理水平得不到提高。一些行政事業(yè)單位沒有必要的制度保障，使得國家規(guī)定的相關會計規(guī)范在實際操作中存在著一定的隨意性。有些行政事業(yè)單有完善的內審制度，但是內審制度卻是訂在墻上的一紙空文，并沒有將內部控制工作付諸實踐。這樣的內部控制工作浮于形式，影響了制度的執(zhí)行力。

正常的機械性能即拉脫力檢測，滿足如下要求如表1所示。

表1 [1]

2.3 電性能

針對汽車線束壓接性能的標準，汽車行業(yè)內以美國汽車工程師協(xié)會發(fā)布的USCAR最為權威，目前各個國內主機廠也有各自的標準。依據USCAR-21的要求，壓接區(qū)域電阻在初態(tài)和經過溫濕循環(huán)等環(huán)境測試后的末態(tài)，電阻值不大于0.55mΩ，電阻的變化值不大于0.33mΩ。

3 超聲波焊接

3.1 含義

超聲波焊接是指用專業(yè)的超聲波焊接機將幾種導線焊接到一起的方式。焊接機的工作原理是利用振動產生的能量傳遞到需要壓接的導線上，使金屬間相互摩擦產生熱量，從而形成分子間的融合。由于振動頻率處于超聲波的頻率范疇(20-40KHz)，所以叫超聲波焊接。超聲波焊接的優(yōu)點：由于焊接產生的熱量低于材料的熔點，不會產生熱應力；不需要額外的材料，如錫，卡環(huán)等等。

圖4 超聲波焊接接頭

3.2 組合范圍及機械性能

接點機械性能標準參考如表2所示，針對DIN/ISO導線最小的拉力驗證標準。

表2 [2]

3.3 電性能

針對超聲波焊接的性能要求，USCAR-38的標準里對于性能測試方法及可接受標準做了詳盡的描述。壓接區(qū)域的電阻值，在初態(tài)和經過溫濕循環(huán)等環(huán)境測試后，電阻值不大于0.55mΩ，電阻的變化值不大于0.33mΩ，與一般壓接要求相同。另外，整車在前期的設計驗證階段，對接點的溫升和絕緣方面也會提出相應要求，各個主機廠的要求不盡相同，和USCAR-38也略有差異，具體根據各自的標準要求來評估。

4 接點連接器

除了以上3種接點設計以外，還有一種連接方式，是用專門的接點連接器來達到電路連通。將需要連接的導線壓接端子后插到接點塑件中，塑件在對配BUSBAR后就達到電路連接的目的。這種連接方式優(yōu)點突出，穩(wěn)定，不受連接導線數量限制，不需過多考慮匹配極限問題，插拔方便，維修方便。缺點是需要增加插件、BUSBAR、端子等多種物料，在成本控制如此嚴格的今天，需要慎重考慮整體成本后再確定，中高端車型會傾向選擇這種連接方式，如圖5所示。

圖5 接點連接器

四、接點的連接方式選擇

目前汽車線束上接點的連接方式以超聲波焊接和卡環(huán)壓接為主。

在線束制造過程中，焊錫從生產角度來看，操作不便，效率低，被逐步淘汰。

一般壓接，優(yōu)點是機械性能、電性能穩(wěn)定，批量生產便捷。缺點是需要額外增加物料，相應增加成本及車身重量，與設計需求相違背。

超聲波壓接，使用超聲波壓接機，機械性能和電性能同樣滿足需求，無需使用額外物料。壓接設備壓接范圍較廣，能壓接1-30mm2的導線組合，滿足多樣化的需求。只是對于芯線過小的情況，比如屏蔽線的光線，無法使用超聲波壓接。所以針對有光線的接點需求，以一般壓接為主。

連接器的方式，從設計及操作層面考慮，方便好用，缺點是需要增加物料，增加端子與導線的壓接步驟，即增加工時。線束重量也會上升，相應成本上升，在成本控制如此嚴格的今天，較少選擇。

所以，線束制造主要選擇超聲波焊接和卡環(huán)壓接這兩種方式，他們各有優(yōu)勢，互為補充。

五、接點的位置及防護

1 接點的位置

1）首先，從汽車運行角度考慮，接點的位置盡量避免危險區(qū)域，如振動區(qū)域（發(fā)動機附近），運動區(qū)域（門折彎處）。這些區(qū)域在短期或者長期工況后，接點的連接易失效，影響電性能，導致連接不良，甚至功能失效。另外，接點建議放在主干上，分支細起不到穩(wěn)定作用。

如圖6、圖7所示，是某款車型的線束3D透視圖。黃色框為慎選區(qū)：發(fā)動機、4門和尾門穿孔區(qū)域為運動區(qū)域，紅色框為禁選區(qū)，避免定義這些區(qū)域為接點位置。

圖6 某款車型3D圖

圖7 該車型發(fā)動機艙線束圖

2）其次，從設計優(yōu)化角度考慮，保證回路長度最少。3D圖繪制完成后，轉化成2D圖紙，接點的位置是隨機的，所以針對轉出的2D原圖，需要檢查接點位置的合理性。

如圖8所示，是一款車型的儀表線束開發(fā)階段，由3D轉出的2D初版圖紙。

圖8 3D轉化圖

挑出各個接點，找到接點及涉及所有回路的終端位置，圖中藍色圈為接點上回路終端位置，紅色圈為接點位置。調整到各個終端的中間位置，確保接點上各個回路路徑重疊最少。

如圖9所示，是針對圖8的接點優(yōu)化后的圖紙。綠色圈為接點的新位置。

圖9 2D優(yōu)化后

3）再次，從工廠操作角度考慮，壓接點的位置離分支點的距離不宜太近，否則工廠操作不便，接點受力，有質量風險。接點和接點之間盡量保持一個接點纏繞寬度（參考值：50mm）以上的距離，避免接點疊加，線束變粗。

如圖10所示，是某款發(fā)動機線束的裝配過程圖片，工廠反饋接點位置不合理，導致裝配困難。

圖10 線束裝配圖

依據上面圖片找出2D圖紙，發(fā)現(xiàn)接點距離左側分支節(jié)點有20mm的長度。由于發(fā)動機線束位于濕區(qū)，接點配置了熱縮管，熱縮管的長度為65mm，接點位于熱縮管中心位置。可以得出接點到熱縮管最左端長度為：65mm÷2=32.5mm。因為32.5mm＞20mm，所以熱縮管會超過分支點12.5，導致接點左側2個回路（1號和2號分支回路）要多繞行一段尺寸，那么這2個回路長度和分支需求尺寸少12.5mmX2=25mm，導線長度不夠，無法裝配到塑件里。

圖11 線束2D圖

綜上，接點位置選擇還需要考慮保護接點覆蓋物的寬度，確保接點覆蓋物不橫跨分支點。

該種情況，接點位置距離分支點的長度，建議按照如下公式計算：

其中，L-熱縮管或接點膠帶的纏繞寬度，l-接點位置距分支點尺寸，r-鄰近分支半徑。

測量左側分支半徑為5mm，得出L≥47.5mm，取整數50mm。往右移到50mm的尺寸，解決裝配困難問題。

圖12 優(yōu)化后的2D圖

2 接點的防護

接點在汽車線束中的防護，主要考慮防振、防水。

防振在設計階段通過3D提供的振動區(qū)域來作為指導選擇。防水，通過接點外加覆蓋物進行相應防護。由于線束分布車內車外，根據車身布置進行干濕區(qū)的區(qū)分。

如圖13所示，是某款車型電氣拓撲結構圖，根據對車輛的定義進行干濕區(qū)劃分。發(fā)動機艙為濕區(qū)，乘客艙為干區(qū)，尾門和四個門為濕區(qū)，根據車身穿孔的grommets進行干濕區(qū)劃分。

圖13 汽車干濕區(qū)劃分

乘客艙內屬于干區(qū)，一般防護即可。正常使用專用的接點膠帶纏繞，避免銅芯線裸露，如圖14所示。

圖14 接點膠帶防護

發(fā)動機艙、尾門、四個門屬于濕區(qū)，建議使用防護性能高的熱縮管。

熱縮管大致分為帶膠的和不帶膠兩種，其中帶膠熱縮管又分為管&膠都阻燃、管阻燃&膠不阻燃兩種類型。建議結合接點所在車身環(huán)境、溫度要求進行選擇。圖15是帶膠熱縮管的圖片。

圖15 接點熱縮管防護

六.接點的優(yōu)化設計推進

進行整車線束設計的時候，首先考慮滿足客戶需求，在此基礎上需要將線束布置的簡潔性、制造的便利性考慮到，能達到既滿足客戶要求，又無過度設計、設計缺陷的情況。關于接點的優(yōu)化設計，建議從如下幾個方面推動：

原理：從客戶功能邏輯圖，結合車身電器的需求，優(yōu)化設計接點，源頭的設計優(yōu)化是最有效的。

3D：根據車身環(huán)境，設置危險區(qū)域與安全區(qū)域，作為 2D選點的指導。

2D：根據線束布置圖及3D給出的環(huán)境數據，確定合理的接點位置。

ME：制造過程中，發(fā)現(xiàn)不合理或者裝配困難的點，反饋給2D，核實更改。

接點的優(yōu)化設計階段，建議在如下幾個階段進行：

1）初始設計階段：該階段是原理優(yōu)化最關鍵的階段，也是接點優(yōu)化波及部門最少、成本最低的階段。建議優(yōu)化內容的80%以上在此階段完成。

2）工裝準備階段：這個階段設計已經定型，布局也基本穩(wěn)定，建議2D工程師針對線束上所有接點進行一次檢查，優(yōu)化評估。建議10%-15%的優(yōu)化在工裝準備階段完成。

3）量產階段：量產階段，整體布局改動較小，2D工程師根據圖紙的變動量每半年進行一次整體檢查，確認各個接點位置是否合理（主動措施）；工廠制造部門也可以從制造的角度反饋待優(yōu)化點（被動措施）。建議剩余的5%-10%的優(yōu)化工作在此階段逐步優(yōu)化。

圖16 接點優(yōu)化責任分工流程圖

線束接點相比塑件端子導線等在整車線束中的存在感較低，因此容易忽略它的優(yōu)化，尤其是位置優(yōu)化。然而，在如今客戶控制設計，線束供應商能自主控制設計的部分越來越小的情況下，成本控制越來越嚴的情況下，接點優(yōu)化工作是容易的，低風險的，同時給制造帶來便利。因此，建議設計開發(fā)部門將此份優(yōu)化指導放到項目階段性的檢查工作清單中，形成流程文件，進行階段性檢查。由精益生產往前推進到精益開發(fā)、精益設計。

圖17 精益路線

七.結束語

汽車線束網絡系統(tǒng)就好比城市的交通線路網絡，而線束接點就好比城市的交通樞紐：線束通過各個樞紐向周圍設備傳遞電或者信號。因此，保證接點良好的電性能和機械性能，就是保證各個樞紐的暢通，是線束優(yōu)化設計中的重要內容之一。本文通過對汽車線束接點的簡單介紹，列舉了汽車行業(yè)發(fā)展多年來，線束上各種接點連接方式以及接點的防護和優(yōu)化建議等。