汽車(chē)線束數(shù)模與實(shí)物一致性問(wèn)題的探討

陳華夢(mèng)

（上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 310000）

汽車(chē)線束數(shù)模與實(shí)物一致性問(wèn)題的探討

陳華夢(mèng)

（上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 310000）

如今，汽車(chē)上的電器配置、功能越來(lái)越多，汽車(chē)線束也越來(lái)越復(fù)雜，如何提高汽車(chē)線束的綜合性能已成為關(guān)注的焦點(diǎn)。在汽車(chē)線束的整體設(shè)計(jì)中，三維布局是前提。本文將重點(diǎn)闡述線束在仿真布線中，數(shù)模與實(shí)物一致性問(wèn)題的探討研究。

汽車(chē)線束；線束布置；線束設(shè)計(jì)

CLC NO.:U463.6 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2015)05-07-04

前言

目前，汽車(chē)線束制造企業(yè)與汽車(chē)制造企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行汽車(chē)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(chē)線束在空間的走向和尺寸：以使線束在整車(chē)中布置得更合理，尺寸準(zhǔn)確，縮短開(kāi)發(fā)周期，通常采用3D軟件仿真模擬布線。[1]

1、汽車(chē)線束設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一般流程

1）由主機(jī)廠電氣工程師提供整車(chē)電氣系統(tǒng)的功能，電氣負(fù)荷及相關(guān)特殊要求，繪制電氣原理圖。

2）根據(jù)電氣原理圖對(duì)每個(gè)電氣子系統(tǒng)及回路進(jìn)行電源分配，確定總保險(xiǎn)的容量，計(jì)算出導(dǎo)線線徑，不同形式的導(dǎo)線具有不同的允許電流和線路電壓降。

3）通過(guò)三維布線軟件，與整車(chē)同步開(kāi)發(fā)，根據(jù)整車(chē)電器件的分布情況，確定線束的布線形式及在汽車(chē)上的走向，接插件及線束防護(hù)材料、等級(jí)，選擇合適的導(dǎo)線、端子和連接件，固定包扎等。

4）對(duì)線束進(jìn)行可靠性驗(yàn)證和檢驗(yàn)，繪制二維線束工程圖。

5）圖形繪制完成，經(jīng)確認(rèn)沒(méi)有錯(cuò)誤以后，發(fā)圖生產(chǎn)，流程圖如圖1所示。

2、線束數(shù)模與實(shí)物一致性問(wèn)題

與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，我們現(xiàn)在可以通過(guò)利用三維布線軟件，與整車(chē)同步開(kāi)發(fā)，在三維整車(chē)環(huán)境中，模擬進(jìn)行布線，在電線束制作前精確的設(shè)計(jì)出線束走向，出線方式，固定包扎等，防止線束干涉，端子松脫，避免磨擦、熱源及惡劣環(huán)境下引起的電路失效、短路等問(wèn)題。通過(guò)線束的合理布置，提高系統(tǒng)可靠性，降低故障率，減少整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期延。但是，在三維軟件中也有不足，在線束的設(shè)計(jì)中，很多情況下軟件模擬是滿足要求的，但實(shí)際生產(chǎn)制作過(guò)程中，實(shí)物往往不可能達(dá)到數(shù)模的理想狀態(tài)，這就需要設(shè)計(jì)者有豐富的經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)際出發(fā)，了解線束生產(chǎn)工藝，考慮線束裝配要求，設(shè)計(jì)出符合生產(chǎn)實(shí)際的線束數(shù)模，保證其性能。圖2、3、4、5為線束與實(shí)物不一致，導(dǎo)致實(shí)車(chē)無(wú)法安裝到位或干涉。

3、問(wèn)題歸類與整理

一般來(lái)說(shuō)，就目前項(xiàng)目碰到的問(wèn)題，可以歸為如下四類數(shù)模與實(shí)物不一致問(wèn)題。

3.1 線束實(shí)際直徑與數(shù)模不一致

◆在線束設(shè)計(jì)前期，由于線束原理等信息還不夠完善，線束數(shù)模只能根據(jù)現(xiàn)有信息結(jié)合以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)做預(yù)估。這就很容易導(dǎo)致線束數(shù)模直徑比實(shí)際的線束直徑大或者小。在線束分支點(diǎn)、壓接點(diǎn)等特殊位置，如分支點(diǎn)纏繞膠帶，壓接點(diǎn)使用熱縮套管都會(huì)加大線徑，而在3D布線時(shí)，軟件無(wú)法真實(shí)的反映實(shí)物的情況，這就需要線束工程師做出預(yù)判，合理布局，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

◆線束直徑是基于現(xiàn)有模塊的布置位置以及相應(yīng)的系統(tǒng)原理預(yù)估出來(lái)的，但如果模塊位置調(diào)整，系統(tǒng)原理調(diào)整，也會(huì)導(dǎo)致線束實(shí)際直徑與數(shù)模不一致。線束設(shè)計(jì)者應(yīng)提前考慮其模塊變化，年度改款增減功能對(duì)線束回路數(shù)的影響，通過(guò)CHS等軟件精確算出線徑大小，并留有3%-5%的冗余量。

◆線束在生產(chǎn)過(guò)程中的窩線現(xiàn)象，這種也很容易導(dǎo)致局部線束直徑過(guò)大。在繪制圖紙時(shí)，在某些關(guān)鍵區(qū)域，應(yīng)該在圖紙上標(biāo)明制作要求及工藝規(guī)范，質(zhì)檢部門(mén)重點(diǎn)檢驗(yàn)。

◆線束保護(hù)更新，由于普通的PVC膠帶，絨布膠帶以及波紋管對(duì)線束的影響不相同，所以更換包扎或保護(hù)也可能導(dǎo)致線束實(shí)際直徑與數(shù)模不一致。在軟件布線中，往往對(duì)其材料特性，大小厚度無(wú)法精確的反應(yīng)在線束空間布置中，導(dǎo)致實(shí)物線徑與數(shù)模不一致，裝車(chē)時(shí)線束有碰撞干涉。線束工程師應(yīng)對(duì)覆蓋物及波紋管常用規(guī)格了如指掌，與數(shù)模進(jìn)行比對(duì)，精確算出實(shí)物直徑。

3.2 線束實(shí)際尺寸與數(shù)模不一致

◆如果線束的尺寸與圖紙不一致，也可以導(dǎo)致線束實(shí)際尺寸與數(shù)模不一致。這種情況有可能是線束沒(méi)有按照?qǐng)D紙生產(chǎn)，也有可能是圖紙錯(cuò)誤，圖紙本身與數(shù)模不一致。這就需要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙執(zhí)行，對(duì)生產(chǎn)圖紙進(jìn)行至少2次校對(duì)。

◆兩固定點(diǎn)之間的尺寸過(guò)長(zhǎng)或者過(guò)短。我們知道，在線束的實(shí)際生產(chǎn)中，為了滿足線束生產(chǎn)的便利性，已經(jīng)工裝板的誤差特點(diǎn)，線束圖紙上的尺寸一般都取整（5的倍數(shù)），然而線束數(shù)模中，兩卡扣之間的尺寸很多都不是整數(shù)，所以這會(huì)導(dǎo)致卡扣之間的尺寸誤差累計(jì)，最終導(dǎo)致局部線束過(guò)長(zhǎng)或者過(guò)短。通常汽車(chē)上根據(jù)用電器在車(chē)身上的實(shí)際布置位置來(lái)確定電線束的各部分的長(zhǎng)度，為了滿足實(shí)際工裝板的特點(diǎn)（尺寸取整），所以在布線模擬的時(shí)候，工程師應(yīng)對(duì)數(shù)模尺寸取整處理（5的倍數(shù)），并達(dá)到不干涉，線束不垂蕩、不繃緊狀態(tài)，滿足實(shí)物與數(shù)模一致性要求。不然尺寸線束如果過(guò)長(zhǎng)，浪費(fèi)了空間和材料，也容易導(dǎo)致在車(chē)輛行駛過(guò)程中因與其它部件的接觸而產(chǎn)生摩擦，加速了線束的磨損，進(jìn)而引起短路等問(wèn)題；如果線束過(guò)短，會(huì)增加其支配的難度，甚至無(wú)法裝配或連接不可靠等現(xiàn)象。因此，線束的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度一定要比實(shí)際長(zhǎng)度富余，一般適宜冗余量為3%-5%。[2]

圖6為三維設(shè)計(jì)軟件模擬的布線，圖7為實(shí)物。在軟件模擬時(shí)，線束電器屬性定義點(diǎn)在接插件的中間，線束長(zhǎng)度在軟件模擬是可行的，但是實(shí)物是接插件各個(gè)孔位都有端子，最遠(yuǎn)的端子孔到尺寸分支點(diǎn)的長(zhǎng)度要遠(yuǎn)大于數(shù)模中間出線點(diǎn)到分支的距離，導(dǎo)致圖7紫色導(dǎo)線過(guò)于緊繃，導(dǎo)致連接不可靠。

◆線束連接器端沒(méi)有考慮線束的安裝尺寸，僅考慮線束的最終狀態(tài)。比如娛樂(lè)主機(jī)等零件需要線束接好以后再安裝，這種情況下，如果僅考慮線束的最終狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致線束尺寸過(guò)短，無(wú)法安裝。此時(shí)，在三維布線設(shè)計(jì)中，則需要考慮實(shí)際安裝，線束應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)保證其安裝方便，安全可靠，而不是三維空間中顯示的理想狀態(tài)，這就需要設(shè)計(jì)者有一定現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。

◆線束尺寸的測(cè)量參考，如果參考點(diǎn)不一樣，也會(huì)導(dǎo)致尺寸不一致。比如接地點(diǎn)需要測(cè)量到接地環(huán)的中心。比如橡膠件需要測(cè)量到鈑金區(qū)域，有的則以橡膠件兩端為尺寸參考點(diǎn)。所以在圖紙上，尺寸的參考點(diǎn)因明確規(guī)定，并設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，然后線束組件可以按照這個(gè)定義電器屬性。比如接地要測(cè)量到什么地方，橡膠件的尺寸參考點(diǎn)在什么地方等。

3.3 線束實(shí)際出線方向與數(shù)模不一致

◆由于線束數(shù)模是三維空間，而線束圖紙，線束制造工裝板都是二維的，這就不可避免造成線束數(shù)模上的分支方向與實(shí)際出線方向不一致。在數(shù)模設(shè)計(jì)時(shí)考慮二維，線束數(shù)模出線只能從平面上出現(xiàn)，在三維布線時(shí)，應(yīng)滿足實(shí)際工裝，模擬出實(shí)際的走向，這樣就可避免實(shí)物與數(shù)模不符而導(dǎo)致無(wú)法裝配問(wèn)題。

◆在整車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中，工人為了安裝便利，旋轉(zhuǎn)了卡扣方向，這就會(huì)導(dǎo)致以此卡扣為參照的分支方向變化，導(dǎo)致實(shí)際出線方案與數(shù)模不一致。

◆線束數(shù)模設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)候會(huì)將分支點(diǎn)線束沿垂直主干分出去，但實(shí)際看板受寬度限制，不能做成垂直分線，如果線束分支比較粗，線束很難扭轉(zhuǎn)，會(huì)導(dǎo)致分支方向與實(shí)際出線方向不一致。比如汽車(chē)中柱板向上分支的線束，垂直于汽車(chē)地板出線，而工裝板卻無(wú)法做成三維，這就肯定會(huì)導(dǎo)致出線不一致，需要三維在模擬的時(shí)候就要考慮到實(shí)際，模擬實(shí)際工裝板的出線方式，滿足實(shí)物要求，避免因出線方向的不一致導(dǎo)致尺寸的偏差無(wú)法安裝的情況。線束特殊位置的出線，需要在圖紙上示意，要求質(zhì)量部門(mén)盡可能的控制。

◆數(shù)模主干與實(shí)際主干不一致，比如數(shù)模中以一根細(xì)線束為主干分出一個(gè)粗的分支，但生產(chǎn)中以粗線為主干，分出來(lái)一個(gè)細(xì)線。由此會(huì)導(dǎo)致分支點(diǎn)與數(shù)模不一致。

◆由于線束卡扣是參考線束分支生產(chǎn)的，線束卡扣視圖錯(cuò)誤或者標(biāo)示不清楚，反過(guò)來(lái)安裝時(shí)卡扣會(huì)影響分支方向錯(cuò)誤。公司內(nèi)部應(yīng)明確卡扣視圖標(biāo)準(zhǔn)，卡扣視圖方向，方便現(xiàn)場(chǎng)工程師指導(dǎo)工人安裝。如圖8，9，10。

3.4 線束實(shí)際走向與數(shù)模不一致

◆線束在折彎的地方，會(huì)有線束實(shí)際走向與數(shù)模不一致的風(fēng)險(xiǎn)。有時(shí)候折彎貼著鈑金，有時(shí)候會(huì)有點(diǎn)翹起。

◆兩卡扣之間如果尺寸偏長(zhǎng)，線束走向會(huì)有點(diǎn)翹起或者凹進(jìn)去，并且翹起來(lái)或者凹進(jìn)去的區(qū)域會(huì)具有不確定性。用軟件確定線束走向，模擬包絡(luò)線，防止震動(dòng)導(dǎo)致垂蕩干涉。

◆線束留有安裝余量的地方，模塊安裝完成后，由于線束比較長(zhǎng)，并且沒(méi)有固定點(diǎn)，線束的實(shí)際走向與數(shù)模不一致。在沒(méi)有固定點(diǎn)的情況下，增加線束支架及線槽。

◆用圓孔卡扣固定，由于圓孔卡扣可以旋轉(zhuǎn)，特別是在有安裝余量的地方，卡扣很容易繞孔中心旋轉(zhuǎn)。在不考慮成本的情況下，應(yīng)使用防旋轉(zhuǎn)卡扣。

◆線束inline連接器的地方如果兩端都不固定，很容易導(dǎo)致inline連接器位置隨意，導(dǎo)致線束實(shí)際走向與數(shù)模不一致。

4、結(jié)束語(yǔ)

線束仿真布線時(shí)，線束狀態(tài)，尺寸、長(zhǎng)度往往因?yàn)檐浖木窒扌?，生產(chǎn)工藝無(wú)法滿足要求，導(dǎo)致數(shù)模與實(shí)物不一致。目前，線束生產(chǎn)主要為手工勞動(dòng)，不同的工人的制線手法是不同的，導(dǎo)致同一批次的東西，存在著差異。對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，應(yīng)具備豐富的實(shí)際裝車(chē)經(jīng)驗(yàn)，明白線束生產(chǎn)工藝，在軟件模擬布線時(shí)，深思熟慮，必要時(shí)給予一定的尺寸誤差，盡量達(dá)到數(shù)模與實(shí)物一致性，降低返工率，提高線束可靠性。

[1] 安賀,張震華,王龍波,苑靜,姚孝濤.汽車(chē)線束 3D仿真布線設(shè)計(jì)與技巧[J].汽車(chē)電器,2013(2):19-21.

[2] 白雪.提高汽車(chē)線束設(shè)計(jì)可靠性的再探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012.9.

Discussion On Automotive Wiring Harness Model and Physical Consistency Problem

Chen Huameng
(School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 310000)

Today, more and more electrical configuration and function are on the car. Automotive wiring harness is also getting more and more complex. How to improve the comprehensive performance of automotive wiring harness has become the focus of attention. In the overall design of automotive wiring harness, the three-dimensional layout is a prerequisite. This article focuses on the wiring harness in the simulation, discussion on automotive wiring harness model and physical consistency problem.

automotive wiring harness; harness layout; harness design

U463.6

B

1671-7988(2015)05-07-04

陳華夢(mèng)，就讀于上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院。