汽車線束3D仿真布線設(shè)計(jì)與技巧

安 賀，張震華，王龍波，苑 靜，姚孝濤

（河南天海電器有限公司線束研發(fā)中心，河南 鶴壁 458030）

目前，汽車線束制造企業(yè)與汽車制造企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行汽車線束的研發(fā)、設(shè)計(jì)已經(jīng)成為主流。在前期線束設(shè)計(jì)中為了方便、簡(jiǎn)單、快捷地得到汽車線束在空間的走向和尺寸；以使線束在整車中布置得更合理，尺寸準(zhǔn)確，縮短開發(fā)周期，通常采用3D軟件仿真模擬布線。目前，常用的3D線束布線軟件有CATIA、PROE、UG等，由于不同的汽車主機(jī)廠家工程技術(shù)對(duì)線束開發(fā)所采用的線束3D布線軟件各不相同，故線束制造企業(yè)的工程師熟練掌握與應(yīng)用主機(jī)廠所采用的線束3D布線軟件已成為必須具備的技能。當(dāng)前，CATIA在線束3D模擬仿真中比較簡(jiǎn)單實(shí)用，而UG和PROE在實(shí)際操作中過于復(fù)雜和繁瑣，故CATIA在汽車行業(yè)實(shí)際應(yīng)用范圍較廣，如:一汽、奇瑞、江淮、青年蓮花等汽車主機(jī)廠均采用CATIA軟件。

1 汽車線束的3D布局設(shè)計(jì)

采用線束設(shè)計(jì)軟件CATIA進(jìn)行線束的3D布局設(shè)計(jì)。

由于線束的走向和布局方式主要受控于電器負(fù)載的安裝位置、車體空間等因素影響，因此常根據(jù)電器負(fù)載的安裝位置確定線束的走向布局設(shè)計(jì)。目前，國(guó)際通用的線束布局方式有3種，即E型線束布局設(shè)計(jì)、H型線束布局設(shè)計(jì)、T型線束布局設(shè)計(jì)。

1）E型布局設(shè)計(jì) 圖1為E型布局。形狀類似字母E，整車線束從前向后以一條線束通道貫穿，適用于中小型車輛，例如:速騰、伊蘭特、榮威550等。優(yōu)點(diǎn)及局限性:布局簡(jiǎn)單，減少?gòu)陌l(fā)動(dòng)機(jī)艙到駕駛艙的過孔；整車電氣功能增多時(shí)，單一的前后線束連接通道導(dǎo)致線束較粗，不便于線束的裝配，同時(shí)也不利于線束的生產(chǎn)制作。

2）H型布局設(shè)計(jì) 圖2為H型布局。形狀類似字母H，車身地板線束沿儀表中控臺(tái)，一部分通過左右兩側(cè)的車身鈑金孔向車頭方向，另一部分沿地板向后給照明等系統(tǒng)供電。例如:華泰汽車、長(zhǎng)安悅翔、蓮花L5等。優(yōu)點(diǎn)及局限性:整車線束從前到后有2個(gè)通道，因此線束布局比較靈活，線束相對(duì)較細(xì)，汽車線束的生產(chǎn)制作更加方便。該方案常用于電器功能較多的高端車型。

3）T型布局設(shè)計(jì) 形狀類似字母T，儀表線束與地板線束合為一體，貫穿儀表臺(tái)左右的同時(shí)從正駕駛和副駕駛之間在車身地板上向車尾布置，這種線束布局不太常見。采用T型布局的主線束，回路、導(dǎo)線根數(shù)較多，線束質(zhì)量大，不利于線束的生產(chǎn)制作。例如:金龍海獅就屬于T型線束布局。

2 汽車線束的3D仿真布線設(shè)計(jì)基本步驟

1）首先根據(jù)電器功能類型、汽車線束的回路數(shù)量、導(dǎo)線類型等因素，模擬仿真不同區(qū)域的線束直徑。應(yīng)考慮線束過孔的密封與保護(hù)，確定線束的固定孔位與保護(hù)方式。

2）采用一根線束連接所有的電器件是最合理的，但在實(shí)際線束裝配和維修時(shí)是根本不可能做到的，所以要對(duì)汽車線束根據(jù)不同的電器功能區(qū)域進(jìn)行合理分塊。在滿足方便線束裝車裝配、汽車線束制造、安全性最高的前提下，應(yīng)盡量采用線束系統(tǒng)化的布線形式設(shè)計(jì)，盡量減少汽車線束間的回路對(duì)插連接，因?yàn)榫€束間對(duì)插連接的區(qū)域容易出現(xiàn)電路連接不良。合理的汽車線束功能分塊既有利于汽車線束的裝配和維修，也便于降低汽車線束生產(chǎn)制造成本。

通常情況下，一套整車線束包括發(fā)動(dòng)機(jī)線束、電源線束、前艙線束、儀表線束、地板線束、頂棚線束、門線束等。

3）綜合考慮熔斷絲盒及繼電器盒的安裝位置、固定方式。

4）線束及其相關(guān)插件與車身電氣功能件之間的干涉、安裝過程中可能產(chǎn)生的干涉、安裝順序或安裝后對(duì)其它件的安裝導(dǎo)致的不合理、安裝作業(yè)工具的空間、安裝及維修的方便合理性等都需要校核。

5）線束設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮蓄電池、發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)等線束的具體設(shè)計(jì)方案，還應(yīng)包含天線、水管、拉索等關(guān)聯(lián)件的設(shè)計(jì)。

6）考慮整車線束的搭鐵點(diǎn)、搭鐵類型、搭鐵方式的設(shè)計(jì)。

7）整個(gè)設(shè)計(jì)過程必須始終灌輸設(shè)計(jì)最優(yōu)、不斷優(yōu)化的概念，要求布置圖走向最合理，對(duì)插接件的位置搭配合理。

8）對(duì)設(shè)計(jì)過程發(fā)現(xiàn)的潛在失效的原因，需進(jìn)行分析、記錄及修改，并制定預(yù)防對(duì)策。

9）還應(yīng)滿足相關(guān)的法律法規(guī)，對(duì)可能觸犯相關(guān)條款的線束設(shè)計(jì)予以避讓，對(duì)可能觸犯相關(guān)條款的線束設(shè)計(jì)的失效模式予以預(yù)防。

3 汽車線束仿真布線要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

1）應(yīng)避免在高溫區(qū)域 （如廢氣排氣管）和運(yùn)動(dòng)部件 （如皮帶、風(fēng)扇、齒輪、凸輪等）上固定線束，考慮安全因素，應(yīng)做到以下2點(diǎn):①與高溫區(qū)域保持足夠的距離 （要在150 mm以上）；②線束的布置應(yīng)距離運(yùn)動(dòng)部件50mm以上，如圖3所示。

2）對(duì)于汽車運(yùn)動(dòng)部件及插接件出線位置，須根據(jù)汽車部件振動(dòng)幅度、運(yùn)動(dòng)件的最大運(yùn)動(dòng)行程，留有足夠線長(zhǎng)，避免讓線束承受拉／張力。線束若長(zhǎng)時(shí)間承受振動(dòng)或拉力，則可能導(dǎo)致線束內(nèi)部接點(diǎn)／插接件端子間出現(xiàn)接觸不良。運(yùn)動(dòng)部件的布線示意對(duì)比如圖4所示。

3）線束要避免從尖銳物、金屬架邊緣、焊接縫、車身上的固定孔處走線。避免因組裝操作、振動(dòng)摩擦使線束包扎覆蓋物破損，導(dǎo)致線束導(dǎo)線破裂而造成線束內(nèi)部短路。尖銳物、金屬架邊緣和焊接縫布線示意對(duì)比如圖5所示，螺釘、螺栓和固定孔處布線示意對(duì)比如圖6所示。

4）結(jié)合線束在整車上的實(shí)際安裝位置，考慮到線束的低垂、移位、質(zhì)量、固定方式和固定位置的方便性，線束必須設(shè)計(jì)有足夠、合理的固定點(diǎn)和固定方式。線束的固定方式示意對(duì)比如圖7所示。

為了保證線束安裝的可靠性，線束需要具有一定的保持力。為達(dá)到這種保持力，在沒有支點(diǎn)的直線距離上，線束的各安裝固定點(diǎn)之間的尺寸一般間隔150～300mm。在設(shè)計(jì)線束固定點(diǎn)時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①在鈍角拐點(diǎn)位置可布置1個(gè)固定點(diǎn)，在直角拐點(diǎn)需布置2個(gè)固定點(diǎn)，銳角拐點(diǎn)在線束中應(yīng)避免出現(xiàn)；②按照線束的截面尺寸選擇固定卡扣，并在線束上標(biāo)明卡扣的固定點(diǎn)和安裝方向，且卡扣應(yīng)滿足承受線束質(zhì)量的需要；③對(duì)于線束之間的對(duì)插連接、電器件連接的插接件位置，應(yīng)在插接件前不大于120mm的合適位置，考慮設(shè)置固定點(diǎn)；④在支點(diǎn)位置的干線上設(shè)置固定點(diǎn)，固定點(diǎn)距離支點(diǎn)應(yīng)不大于100mm；⑤在固定卡扣的安裝方向上，必須有足夠的空間以方便卡扣的安裝、拆卸。

5）在濕區(qū)有可能濺水的區(qū)域，如發(fā)動(dòng)機(jī)艙，為避免插接件進(jìn)水，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)讓插接件水平放置固定，如圖8所示。

6）線束布線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使插接件具有一定的保持力，如圖9所示。

7）汽車線束的固定方式:①根據(jù)具體情況安裝固定件，使線束固定點(diǎn)布置合理，固定可靠；②避免用膠帶固定線束；③線束必須固定在車身上。

8）線束布線時(shí)，應(yīng)注意環(huán)境對(duì)線束的影響:①做好線束保護(hù)，不被水、油污、無機(jī)鹽、冷卻液等侵蝕；②對(duì)有可能在汽車高速行駛時(shí)、車底濺石可能擊中的部位，布線時(shí)對(duì)線束須額外添加保護(hù)或避開；③布線時(shí)，應(yīng)避免電磁環(huán)境對(duì)線束干擾，并采用相應(yīng)的隔離、屏蔽措施。

9）易受電磁環(huán)境干擾的線束區(qū)域、部件，通常采用的防護(hù)措施:①儀表板處線束必須有防電磁干擾措施，確保組合儀表、音響系統(tǒng)等信號(hào)的信噪比，使之能夠正常工作；②發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊信號(hào)線、儀表信號(hào)線、ABS信號(hào)線、氣囊信號(hào)線必須有防電磁干擾措施 （如采用雙絞線、屏蔽線等），確保各個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作；③避開零部件電磁干擾源，如將一些信號(hào)線盡可能布置到遠(yuǎn)離干擾源的位置，如:電喇叭、電機(jī)等用電器；④傳感器信號(hào)電源線應(yīng)避開大電流零部件的電源線，其間隔應(yīng)大于300 mm；⑤應(yīng)合理布置用電器，縮短信號(hào)線的長(zhǎng)度；⑥對(duì)一些關(guān)鍵系統(tǒng)、重要系統(tǒng)的搭鐵線應(yīng)集中區(qū)域布置，避免受到其它搭鐵線的干擾，如:安全氣囊系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)和音響系統(tǒng)等均為系統(tǒng)內(nèi)實(shí)行雙線制，整個(gè)系統(tǒng)采用一個(gè)搭鐵點(diǎn)；⑦在易受到干擾位置的用電器外殼上，增加屏蔽搭鐵。

4 汽車線束3D仿真布線時(shí)搭鐵的設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)

1）在線束模擬仿真布線時(shí)，搭鐵點(diǎn)數(shù)量、搭鐵位置的選擇是很重要的，否則會(huì)造成信號(hào)干擾，影響某些電器的功能實(shí)現(xiàn)。在就近搭鐵原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)車型不同應(yīng)設(shè)計(jì)成多個(gè)搭鐵點(diǎn)。搭鐵點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①弱信號(hào)傳感器應(yīng)單獨(dú)且就近搭鐵，保證信號(hào)正常傳輸；②發(fā)動(dòng)機(jī)、安全氣囊、ABS等ECU應(yīng)單獨(dú)搭鐵，防止被干擾；③蓄電池負(fù)極搭鐵和發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器搭鐵要綜合考慮搭鐵端子，搭鐵點(diǎn)數(shù)量，搭鐵位置，防護(hù)措施等因素；④搭鐵點(diǎn)布置在底盤或車身結(jié)構(gòu)件上，即構(gòu)件大、導(dǎo)電截面大、壓降小，不會(huì)出現(xiàn)較大的、明顯的搭鐵點(diǎn)壓差，影響用電器的正常工作；⑤搭鐵點(diǎn)不要布置在雨水聚集區(qū)域或汽車外，避免搭鐵點(diǎn)被腐蝕后接觸不良；⑥不要在搭鐵點(diǎn)位置涂漆或電泳，避免搭鐵不良。

2）常見的搭鐵形式:一種在車身鈑金上焊接螺柱，使用表面噴塑加厚臺(tái)的M6、M8、M10等螺母緊固；另一種在車身鈑金上焊接螺母，使用螺栓組合件連接搭鐵。

3）車身線束一般搭鐵點(diǎn)位置的3D模擬仿真布線設(shè)計(jì):①機(jī)艙內(nèi)部前端的燈光和指示部分等搭鐵在左／右前組合燈后部機(jī)艙上部縱梁內(nèi)側(cè)面，在蓄電池側(cè)，和其搭鐵在同一個(gè)構(gòu)件上，直接回到蓄電池負(fù)極，在另一側(cè)的可假想通過水箱上／下橫梁構(gòu)成回路，回到蓄電池負(fù)極；②電子風(fēng)扇搭鐵在其插件連接一側(cè)的機(jī)艙下部、縱梁前部的側(cè)面；③ABS系統(tǒng)搭鐵在控制器安裝一側(cè)的機(jī)艙下部、縱梁前部的側(cè)面；④蓄電池搭鐵在靠近蓄電池最近且較大的鈑金構(gòu)件上；⑤由于車門和車殼的連接為鉸鏈連接，為避免接觸電阻增加、壓降增大，應(yīng)避免在車門上布置搭鐵線的搭鐵點(diǎn)。

5 總結(jié)

在汽車線束3D仿真布線設(shè)計(jì)、線束設(shè)計(jì)過程中，還要綜合考慮其它更多因素，利用軟件3D線束布線設(shè)計(jì)是汽車線束設(shè)計(jì)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。合理的線束布局設(shè)計(jì)和線束布線設(shè)計(jì)，將大大降低汽車線束在后續(xù)開發(fā)過程的設(shè)計(jì)變更次數(shù)，能大大縮短汽車線束的研發(fā)周期，確保了線束產(chǎn)品狀態(tài)的穩(wěn)定性。

［1］李軍.整車電氣系統(tǒng)的布置集成［J］.汽車電器，2009（8）:10-15.