汽车电线束轻量化设计方法研究

陈耀

珠海广通汽车有限公司 广东省珠海 519041

摘要：随着时代的发展,人们为了出行方便大多数人会选择购买汽车,所以汽车生产数量与购买人数逐年上升。但是汽车的尾气容易带来环境污染,其生产制造过程容易导致资源消耗。因此汽车轻量化生产概念产生,可降低汽车排放,节省资源。随着汽车智能化、网联化、电气化的不断提高，线束也越来越复杂，质量不断增加，汽车电线束的轻量化设计也越来越得到重视。本文将结合以往的工作经验及行业现状，探究汽车电线束轻量化的设计方法，仅供参考。

关键词：汽车；电线束；轻量化；设计方法

引言

电线束类似汽车的血管，承载着电能和信号传输，是汽车各种与电气相关功能得以实现的媒介。电线束作为汽车关键部件之一，质量的优劣直接影响整车的安全性、舒适性、动力性、操控性。汽车电线束质量主要取决于设计开发、生产制造过程质量。随着汽车电气功能的增加，线束作为连接各电气系统的桥梁也越来越复杂，线束分支也变得越重越粗。本文将从线束轻量化设计方法展开介绍、分析。

1汽车轻量化的主要思路：

（1）通过合理布局，更好地实现线束布置的优化，具体包括：线束走向布置、电源点和接地点的布置等，以减少应用回路中的导线长度，极佳地减轻线束的重量。（2）从接线原理入手，于根源处发掘改进点。通过确定汽车线束的基础，保证其的简洁便捷。（3）通过改良线束安装的环境，保障一定的安全性，更好地实现线束包裹材料的减重，体现轻量化的需求。

2轻量化汽车线束的现状

目前汽车的电子化特征逐渐显现，汽车中更多地安装了较多的电子设备，同时对汽车线束提出相应的要求：安全性能好、不存在任何的风险、可靠性高、方便快捷、有一定的材料节余、空间利用率高和布置美观等。汽车内部空间有限，还往里面添加如此之多的功能设施，导致汽车内部空间日益变小，线束的安装和排版变得愈发地困难，不利于体现汽车电器系统的安全性和可靠性。于是就如何布置汽车线束并相应设计技术要领成为目前亟待解决的重要问题。汽车所要用到的电线跟平时居家用到的电路不太一致，多用到的是低压电线。一般情况下，家里用到的电线采用的是铜质单芯结构，兼具一定的硬度。然而汽车用到的电线采用的是铜质多芯的结构，很多软线细到就像是人的头发一样，几十根软线联合在一起，并放置于塑料绝缘管（PVP）中，又因为该材质具有良好的柔软度，不容易出现线束断裂的情况。为了防止矿物质油破坏电线外绝缘皮，会在上一层加一层纤维棉布和起到绝缘效果的漆膜。在一般情况下，通过利用接插件和线耳，实现线束间或线束与电气设备间的连接。接插件的主要构成要件包括护套和端子，在此之上还有插头和插座。护套通过注入或挤压PPE、PVC 或 PE 等材料制作而成，对应的孔位来实现对应电线的接头；端子通过铁或铜以特殊的制法制成，本身带有小固定部件，通过将端子嵌入护套之中，以便实现自主的锁定，提升安全性能。塑料材质的护套会在两边添入能够锁定的装置，相应防止装置在使用过程中存在意外滑落的情况。在安装线束的最后阶段要固定住线头，以此防止应用过程中出现线头互触或掉落的安全问题。为了实现这样的效果，一般用的是专门固定线束的器具，保证导线走线的稳固性，避免导线出现更大的损害。

3线束轻量化设计方法分析

3.1线束拓扑结构设计

不同的主机厂，线束设计的理念及车间装配工艺不同，使得线束的拓扑结构也不尽相同，但基本上可以分为整体式、功能分段式、区域分段式等形式，大都采用H型和E型相结合的布置形式，避免线束回转重复，导致线束成本和质量的增加。德系车通常使用整体式线束布置，而日系、美系及国内大多数自主品牌多是按照功能和区域来进行分段。从线束成本及轻量化角度，整体式线束布置比较有优势，会整合前部线束、仪表板线束、车身线束、顶棚线束等，节约了线对线的对接及相关支架，减少质量风险，但车间装配难度大，售后维修不方便，维护成本高，而分区域分段式线束布置，线束装配及维修都较为便利。在此基础上，也可以对部分线束进行整合，如将顶棚线束、化妆镜照明线束、车身线束整合为一种，同时在前期开发过程中尽量减少因装配原因所增加的过渡线束（如4门过渡线束、副仪表板过渡线束等），都可以有效减轻线束的成本及质量。线束布置路径及走向是否合理，也会直接影响线束的成本及质量。

3.2电器件布置及原理控制方案

（1）为减短线束走向长度，通常将导线数量较多、线径较粗的回路所连接的电器件布置在同侧临近的位置，如蓄电池配电盒、机舱配电盒、仪表板配电盒、EPS等。（2）优化供电、搭铁分配，如机舱配电盒先分配到仪表板配电盒，再给周边零件供电；合理进行供电回路的合并及熔断丝容量的设定，避免低负载供电回路挂在相对大的熔断丝下所造成线束线径的冗余设计；结合各电器零件的电气功能、负载特性、安全等级，根据电器控制原理，进行整合优化、合并组合，减少熔断丝和继电器的数量；搭铁点就近搭铁，合理规划布置位置及整合方案。（3）配电盒模块化设计采用拼接式配电盒（插线式），根据配置需求增减继电器及熔断丝插座。可实现降重、降成本，并提升配电盒的通用性。（4）同系统控制器、传感器、执行器尽量布置在同一段线束内，减少不同线束分段的对接回路数量。如空调控制器尽量和其温度传感器、模式风门电机、鼓风机等布置在同一段线束上。（5）通过对各电气功能进行整合设计，可有效减少电器件的数量，从而减少线束连接回路，减轻线束质量。如车载信息娱乐系统（IVI系统）集成了音响、仪表（主机集中完成图像处理，组合仪表仅作为显示单元）、全景影像控制器、驾驶员状态监测系统、车载远程通信终端等功能，极大地减少了由于原来各系统分散布置所导致线束回路的增加。车身控制器（BCM）集成相关控制继电器（如供电挡位继电器、雨刮继电器、喷水继电器、喇叭继电器等），可节省线束控制回路，降本减重。（6）开关功能虚拟化，将部分实体开关集成在娱乐系统的大屏中，减少实物按键，同样可减少线束连接回路，降本减重。（7）通过以太网、CAN总线、LIN线等技术可实现更多信号的传输，有效降低控制信号回路的数量，但需要注意为保证整车网络的电阻匹配，防止信号反射，在终端设置终端电阻，将终端电阻设计在作为标准配置的节点中，并且要将该终端节点放置在整车线束最远端，同时对于总线的支线长度需满足标准要求。故需合理规划线束走线，避免绕线。

3.3线束材料优化

和铜导线相比，铝导线由于质量和成本方面的优势，正在越来越多地应用到汽车线束的轻量化设计中。对于电源动力线，由于铝导线的线径较铜导线大，不容易装配，可使用铝排导线来解决车辆电源动力线的布置问题。铝排是由单根铝棒加上绝缘材料成型而成的多层复合结构连接排，在出厂时可根据整车布置的需要做相关弯曲造型。对于相同载流量的铜导线及铝导线，铝排结构的线束可有效减少线束的粗度，优化线束空间布局，并可大大降低线束的质量。

3.4线束保护的轻量化

（1）减少金属支架的架构，采用高强度的塑料护板替代金属支架：例如保险丝盒支架和发动机舱布置支架（根据环境温度选择）。（2）减少塑料护板的选择，利用车身结构、特殊卡丁和固定件替代护板。（3）减少波纹管的使用，采用耐磨纤维和布基的纤维管代替波纹管。既可以降低成本，也可以减少噪音。（4）减少橡胶件的使用，在密封要求不高的位置选用发泡，替代橡胶件。（5）线束的布置上尽量减少内连接，不仅可以降低接插件的重量，也可以减少接插件固定所需的附属件重量以及车身结构重量。

结束语

总之,汽车轻量化有利于汽车行业可持续发展、保护生态环境。电线束作为重要的汽车零部件，也必将向轻量化的方向发展，为整车的节能减耗、降本增效提供积极应对方案。

参考文献

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［3］韩光杰，付宏程，潘盼，等.汽车铝导线的应用研究［J］.汽车电器，2019（5）：58-61.

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