汽車(chē)線束輕量化的發(fā)展趨勢(shì)研究

蔡沛志

上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司青島分公司

汽車(chē)線束輕量化的發(fā)展趨勢(shì)研究

蔡沛志

上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司青島分公司

當(dāng)前環(huán)境污染是關(guān)系民生的重大問(wèn)題，對(duì)此國(guó)家在汽車(chē)行業(yè)提出了節(jié)能減排的措施及油耗要求。節(jié)能減排是汽車(chē)行業(yè)的重要工作，而輕量化是各汽車(chē)生產(chǎn)廠家的重要課題，輕量化措施主要包括輕量化的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)，線束輕量化是從線束的總量組成上分析，導(dǎo)線的重量占最大的比例，其次是接插件、線束保護(hù)等?；诖耍恼戮推?chē)線束輕量化的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，希望可以提供一個(gè)有效的借鑒。

汽車(chē)線束；輕量化；發(fā)展趨勢(shì)

1.輕量化的定義

汽車(chē)技術(shù)的輕量化，其實(shí)就是指在確保汽車(chē)安全性能、強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，使汽車(chē)的整備質(zhì)量最大化的降低，進(jìn)一步增加汽車(chē)的動(dòng)力性，通過(guò)燃料消耗減少來(lái)促進(jìn)排氣污染的降低。一般在汽車(chē)整車(chē)重量降低10%的情況下汽車(chē)燃油效率能夠增加7%，在汽車(chē)整備質(zhì)量每減少100kg的基礎(chǔ)上，油耗也可以減少0.7%。另一方面，車(chē)輛每減少100kg，二氧化碳的排放量也可以減少5g/km。鑒于此，可以看出汽車(chē)的輕量化可以在節(jié)約能源的同時(shí)，也可以降低廢氣的排放量。與此同時(shí)，汽車(chē)輕量化之后，其整體加速性也會(huì)相應(yīng)得到提升，其操控的靈活性也會(huì)隨之增加，在噪聲、振動(dòng)、穩(wěn)定性方面得到相應(yīng)的改善。

2.線束的重量組成結(jié)構(gòu)

2.1 導(dǎo)線

傳統(tǒng)汽車(chē)的導(dǎo)線都是銅合金導(dǎo)線，線徑的使用由0.35～25mm，每輛汽車(chē)的導(dǎo)線使用如果首尾相連約2KM。以一輛B級(jí)轎車(chē)的重量來(lái)估算，導(dǎo)線的重量約25～30KG，汽車(chē)每行駛100KM，車(chē)輛將消耗近0.1kg的汽油。

導(dǎo)線做為線束重要的組成者，研究如果選用更輕，更可靠的替代產(chǎn)品成為線束輕量化領(lǐng)域的熱門(mén)話題。近幾年來(lái)，鋁導(dǎo)線、特細(xì)導(dǎo)線、合金導(dǎo)線以及混合芯體導(dǎo)線層出不窮，越來(lái)越被線束廠家和主機(jī)廠所重視。

2.2 電源線的輕量化方案

電源線因其承載電流大，線徑粗，端子和導(dǎo)線的拉拔力強(qiáng)，所以利用鋁導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線的方案被越來(lái)越被線束生產(chǎn)廠家所接受。因?yàn)殇X導(dǎo)線其導(dǎo)線特性和銅比較相近，重量比銅更輕。

2.3 信號(hào)線的輕量化方案

雖然銅和鋁的導(dǎo)線性能上比較相近，但是其拉伸強(qiáng)度鋁的性能遠(yuǎn)不如銅。小線徑的輕量化方案，生產(chǎn)廠家采取的方案百花齊放。

(1) 0.75mm鋁導(dǎo)線的應(yīng)用

有部分廠家沒(méi)有放棄鋁導(dǎo)線的使用，繼續(xù)研究其合金的拉伸強(qiáng)度是否可以彌補(bǔ)其純鋁導(dǎo)線的不足。例如以某導(dǎo)線生產(chǎn)廠家的鋁導(dǎo)線開(kāi)發(fā)為例。為滿足0.75mm的鋁導(dǎo)線可代替0.5mm的銅導(dǎo)線為目標(biāo)，設(shè)定鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率目標(biāo)滿足58%IACS，拉伸強(qiáng)度目標(biāo)滿足110MPa。雖然純鋁的導(dǎo)電率能達(dá)到62%IACS，但是其拉伸強(qiáng)度只有70MPa。那么就需要在鋁導(dǎo)線內(nèi)增加第二種金屬，最優(yōu)的是Fe，但是分析Fe的比例后發(fā)現(xiàn)滿足導(dǎo)電率的要求后加工性能下降。所以繼續(xù)增加第三種元素，第三種元素既要滿足加工性能對(duì)Fe缺陷的補(bǔ)償即MS要小，又要拉伸強(qiáng)度的固溶量要高，所以Mg恰恰合適。

(2)銅合金的特細(xì)導(dǎo)線

信號(hào)線的導(dǎo)線利用率一直很低，0.5mm/0.35mm的銅導(dǎo)線可以承受10A左右的電流(環(huán)境溫度24℃)，但是信號(hào)線內(nèi)真正流通的電流往往只有幾毫安，這樣資源的浪費(fèi)成為很多線束生產(chǎn)廠家關(guān)注的焦點(diǎn)。0.13mm2、0.08mm2、0.05mm2導(dǎo)線已經(jīng)問(wèn)世，在多家企業(yè)應(yīng)用。

如何降低線徑，使低線徑的導(dǎo)線既能滿足信號(hào)傳輸?shù)囊?，也能滿足壓接的拉伸強(qiáng)度，端子插入的柱力等是特細(xì)銅導(dǎo)線普遍使用和更廣泛推廣的關(guān)鍵問(wèn)題。為了滿足機(jī)械性能的要求，在銅導(dǎo)線中增加合金同樣是決此問(wèn)題的方法。CuSn、CuAg、CuMg和銅包鋼是這幾年來(lái)各線束生產(chǎn)廠家青睞的產(chǎn)品。

(3)混合材質(zhì)的特細(xì)導(dǎo)線

在成本節(jié)約和能源控制方面日系企業(yè)一直都是實(shí)至名歸的第一位。最早在SUMITOMO研發(fā)的一款0.13mm2導(dǎo)線為最細(xì)的導(dǎo)線，其采取的是用混合材質(zhì)的方式，采用中心為一種銅材質(zhì)，外圍為另外一種材質(zhì)，并且中心和外圍的銅絲線徑也不相同。雖然這種導(dǎo)線也滿足的傳輸?shù)碾娦阅芤?，但是缺點(diǎn)也很明顯：制作工藝繁瑣，生產(chǎn)成本高，不能超聲波焊接，端子的壓接屬于非常規(guī)性壓接，需要特殊設(shè)備。

3.汽車(chē)輕量化實(shí)現(xiàn)的主要途徑及趨勢(shì)

3.1 新型材料的使用

一般情況下，汽車(chē)底盤(pán)、車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)這三個(gè)方面的重量，可以占到一輛汽車(chē)總重量65%左右。再加之汽車(chē)車(chē)身內(nèi)外覆蓋件的重量是排至重量的首位。這就需要把汽車(chē)自身重量對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗的影響程度進(jìn)行降低的同時(shí)，也相應(yīng)的使汽車(chē)總重量的雙重效應(yīng)有效的降低。鑒于此，首要工作就是需要在制造材料上尋找突破口。實(shí)際的操作步驟就是:第一步采用強(qiáng)度高、密度小的輕質(zhì)型材料,包括了陶瓷材料、塑料聚合物材料、鋁鎂合金等;第二步采用工藝性能好、同彈性模量、截面厚度較薄、同密度的高強(qiáng)度鋼；第三步采用具有新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)的用材,包括了激光焊接板材、金屬基復(fù)合材料板連續(xù)擠壓變截面型材在內(nèi)的用材。

3.2 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著汽車(chē)輕量化技術(shù)不斷的發(fā)展,輕量化對(duì)策主要集中在輕量化的結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)過(guò)程中。輕質(zhì)材料(復(fù)合材料、鎂、塑料、鋁、高強(qiáng)度鋼)在汽車(chē)上的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與相應(yīng)的制造、裝配、連接、防腐等工藝的研究活動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用有機(jī)的融合在一起。眾所周知，在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)的應(yīng)用與汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造等各個(gè)環(huán)節(jié)息息相關(guān)，在實(shí)際的汽車(chē)發(fā)展過(guò)程中起著重要的作用。

3.3 其他輕量化材料

繼金屬和塑料之后又興起了第三大類(lèi)材料那就是精細(xì)陶瓷。雖然僅有20年左右的發(fā)展史，但是它具有良好的化學(xué)性能(耐氧化、耐熱沖擊等)和力學(xué)性能(耐腐蝕、硬度高、耐磨損等)。把精細(xì)陶瓷材料應(yīng)用到汽車(chē)零件中，不僅輕量化了汽車(chē)，而且因?yàn)樗哂心湍p、耐熱、耐腐蝕，在汽車(chē)熱交換器和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等應(yīng)用時(shí)，它大大降低了油耗，同時(shí)也大大提高了使用功率，也間接的起到了輕量化設(shè)計(jì)的效果。

結(jié)束語(yǔ)

伴隨輕量化技術(shù)的發(fā)展逐漸趨于成熟，其生產(chǎn)成型技術(shù)、配件的連接也不斷提高。因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)的研究，從而更好的促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。

[1]從汽車(chē)環(huán)保和輕量化展望復(fù)合材料發(fā)展趨勢(shì)[J].聚氨酯，2010，07: 50-51.