汽車線束失效方式及可靠性研究

袁光濤

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司）

線束是汽車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在整車運(yùn)行中負(fù)責(zé)傳遞電壓、信號(hào)及大量的數(shù)據(jù)[1]。特別是在互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的背景下，不僅要求線束載體起到通斷作用，而且對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速率及響應(yīng)能力也提出了更高的要求，同時(shí)由于線束的物理布置空間有限，給其售后返修帶來了更大挑戰(zhàn)[2]。隨著汽車上電路數(shù)量與用電量的顯著增加，如何在有限的汽車空間中更有效合理地布置大量整車線束已成為汽車制造業(yè)面臨的問題。文章對(duì)汽車生產(chǎn)中的線束失效問題進(jìn)行歸納、總結(jié)和整理，并提出改善方案，為汽車線束的設(shè)計(jì)及布置起到一定的指導(dǎo)作用。

1 汽車線束布置及失效方式

1.1 汽車線束布置方式

隨著車輛安全、智能及舒適性的發(fā)展，傳感器、攝像頭及ECU占據(jù)了一定的空間，從而造成線束的布置空間越發(fā)狹小，同時(shí)功能的增加意味著導(dǎo)線數(shù)量及體積不斷增大。整車可裝拆性和運(yùn)輸便利性等也對(duì)線束提出了更高的要求。圖1示出某車型線束分布圖，為便于運(yùn)輸和裝配，其將整車線束切割成10個(gè)部分。

圖1 某車型主要線束分布圖

1.2 汽車線束失效方式

線束是整車中較為薄弱的零件，不論是在制造、裝配中，還是后續(xù)的使用中，極易破損或失效。文章從線束的制造、運(yùn)輸及整車的裝配和后續(xù)使用等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)線束的失效方式進(jìn)行整理，并對(duì)典型問題進(jìn)行剖析。

1.2.1 線束制造失效

汽車線束主要由導(dǎo)線、端子、接插件、包裹物、卡釘和線槽支架等構(gòu)成，不規(guī)則零部件的構(gòu)成注定了線束制造是一種自動(dòng)化程度較低、勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。眾多的人工操作影響了線束的標(biāo)準(zhǔn)化，因此線束制造過程中的失效是一種隨機(jī)、不可控的失效方式。

表1示出汽車線束在制造過程中最常見的失效方式。需在制造的各個(gè)環(huán)節(jié)保證線束的制造質(zhì)量：對(duì)機(jī)械設(shè)備設(shè)定合理的規(guī)格參數(shù)，建立標(biāo)準(zhǔn)化人工操作及比對(duì)面板，最后對(duì)線束進(jìn)行抽查和全方位檢測(cè)，從而保證線束的制造質(zhì)量。

表1 汽車線束制造過程中失效匯總表

1.2.2 汽車裝配失效

線束在實(shí)車上的布置依據(jù)整車裝配工藝會(huì)被打散成多個(gè)部分，從而提高了可裝配性和可維修性，但同時(shí)線束接口及定位件的增多意味著失效的概率增加。文章結(jié)合整車在裝配環(huán)節(jié)出現(xiàn)的失效案例進(jìn)行分類匯總，以提高線束的裝配可靠性。圖2示出汽車總裝車間主要工段分布。

圖2 汽車總裝車間主要工段分布圖

從圖2可以看出，線束的裝配從總裝內(nèi)飾工位幾乎持續(xù)到終裝工位，跨度非常大，同時(shí)接觸區(qū)域較多。結(jié)合其失效方式及表現(xiàn)形式，大致分為固定性失效（40%）、功能性失效（20%）、外觀性失效（20%）及其他失效方式（20%）。

1）固定性失效為線束本身的定位件在固定孔位或扎帶處脫落，此類失效不影響功能和整車使用。

2）功能性失效是一種比較嚴(yán)重的失效方式，會(huì)引起整車某個(gè)功能的缺失，嚴(yán)重的將影響到汽車行駛及駕駛者的安全。

3）外觀性失效是一種影響客戶感知的失效形式。線束多布置在客戶不易感知的區(qū)域，但由于線束供應(yīng)商工藝或空間等因素，附著在其上的零件裝配會(huì)受影響，從而帶來匹配或美觀問題。此類問題在前期設(shè)計(jì)時(shí)要考慮線束或接插件運(yùn)動(dòng)包絡(luò)區(qū)域是否與周圍零部件有干涉風(fēng)險(xiǎn)，從而選擇合適的位置布置固定點(diǎn)，保證在滿足功能的情況下提高美觀性。

表2示出汽車線束裝配過程中失效方式及控制方式匯總。

表2 汽車線束裝配過程中失效匯總表

1.2.3 耐久性失效

耐久性失效是一種隨著汽車使用，在中間環(huán)節(jié)形成的失效方式，是伴隨汽車生命周期隨機(jī)產(chǎn)生的，具有不可預(yù)測(cè)性，一旦失效會(huì)引起客戶對(duì)品牌的極大抱怨。此類失效多在運(yùn)動(dòng)件包絡(luò)區(qū)域內(nèi)發(fā)生，在線束達(dá)到一定的磨損程度后產(chǎn)生，因此在初期不易察覺。表3示出汽車線束耐久性失效匯總表。

表3 汽車線束耐久性失效匯總表

圖3示出2種典型的汽車線束耐久性失效方式，圖3a示出發(fā)動(dòng)機(jī)線束與空調(diào)補(bǔ)液管之間因振動(dòng)接觸造成的磨損；圖3b示出汽車輪速傳感器在運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)悶頭受力后脫落。綜上，需嚴(yán)格控制線束在運(yùn)動(dòng)包絡(luò)區(qū)域的布置，同時(shí)針對(duì)線束的磨損，需遵循嚴(yán)格的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 汽車線束耐久性失效方式典型案例

2 線束設(shè)計(jì)可靠性提高措施

線束設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷提高和優(yōu)化的過程，同時(shí)應(yīng)考慮其全生命周期。文章結(jié)合PDCA的控制方案提出線束開發(fā)設(shè)計(jì)閉環(huán)控制方案，如圖4所示。在整車設(shè)計(jì)初期，就對(duì)線束的布置、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)進(jìn)行充分考慮和識(shí)別，同時(shí)結(jié)合線束零部件的DV/PV試驗(yàn)，不斷增強(qiáng)設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)；最后在實(shí)車裝配階段及售后階段進(jìn)行持續(xù)關(guān)注，并同時(shí)把發(fā)生的問題進(jìn)行歸類總結(jié)，輸入到下一個(gè)車型的前期開發(fā)中，從而避免問題的重復(fù)發(fā)生，提高虛擬設(shè)計(jì)和實(shí)車表現(xiàn)的一致性。

圖4 汽車線束閉環(huán)設(shè)計(jì)控制圖

3 結(jié)論

線路在整車系統(tǒng)中屬于比較容易出現(xiàn)問題的一類零件，只有在前期設(shè)計(jì)和項(xiàng)目階段做好充分的管路評(píng)估，才能高效地控制線路問題。文章結(jié)合某車型線束本身制備和整車裝配工藝，總結(jié)了線束各種失效方式及控制方式，同時(shí)提出線束PDCA的控制方法，結(jié)合后期失效模式，在線束布置初期進(jìn)行集成模擬及動(dòng)態(tài)包絡(luò)的虛擬分析，提高了線束開發(fā)的質(zhì)量，為線束在前期設(shè)計(jì)階段提供了很好的借鑒。