基于輕量化的汽車線束設(shè)計探析

張瑩 周在芳 張倩 張瑩

摘要：汽車線束，作為傳輸汽車電氣信號的運載工具，其所扮演的角色，以人體為參照物，就相當于人體中的血管，因此汽車線束的作用自不必說。但是目前由于汽車功能的逐漸增加，汽車內(nèi)部增添了更多的內(nèi)容，重量也受到大幅地增長，為了給汽車“減重”，于是汽車線束輕量化應運而生，本文通過對汽車線束輕量化設(shè)計的探析，進一步提出相應的設(shè)計方法，實現(xiàn)汽車線束減重的效果，保障行車的安全可靠性，為汽車事業(yè)的發(fā)展貢獻出自己的一份力量。

關(guān)鍵詞：輕量化;汽車線束;線束布置

1 引言

隨著汽車技術(shù)的不斷深化，汽車的電子化特征日益凸顯，線束作為信號和電力的傳輸通道，其的結(jié)構(gòu)和設(shè)計變得愈加繁復。如今汽車輕量化技術(shù)大道齊行，作為主要成分的汽車線束無疑面臨著輕量化的嚴峻情況。為了保證汽車的功能性和可靠性，進一步實現(xiàn)線束輕量化的需求，有必要進行深刻的探討。

眾所周知，完整的汽車線束包括如導線、包裹材料、橡膠帽、接插件和扎帶等線束附件，而線束輕量化指的就是有效降低這些附件的重量，主要思路如下：

（1）通過合理布局，更好地實現(xiàn)線束布置的優(yōu)化，具體包括：線束走向布置、電源點和接地點的布置等，以減少應用回路中的導線長度，極佳地減輕線束的重量。

（2）從接線原理人手，于根源處發(fā)掘生機。通過確定汽車線束的基礎(chǔ)，保證其的簡潔便捷。

（3）通過改良線束安裝的環(huán)境，保障一定的安全性，更好地實現(xiàn)線束包裹材料的減重，體現(xiàn)輕量化的需求。

2 汽車線束的重量組成結(jié)構(gòu)

（1） 一般地汽車導線都用的是具有較高絕緣性和耐熱性的氯乙烯、聚乙烯包覆導線。但隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)無法適應汽車市場發(fā)展的需要，因此很有必要重新選取汽車線束的導線。針對傳統(tǒng)導線存在的各種缺陷，相應改造出全新的導線，目前市面上頗受追捧的導線多是鋁導線、合金導線和混合芯體導線等，極大程度上減輕傳統(tǒng)導線對汽車車體的重量。

（2）因為汽車線束有著全然不同的功能，所以不同功能的導線也會有多重多樣的性能。汽車之所以能夠辨別車外事物發(fā)生的變化，是跟其自身擁有很多功能的導線有關(guān)，這些導線有自己獨特的功能，通過協(xié)調(diào)整合，實現(xiàn)汽車各零件的高效運轉(zhuǎn)，更好地踐行汽車的各項功能。電力線的橫截面有2mm2、3mm2. 5mm2三類，這同樣說明了不同功能的導線也有著截然不同的橫截面積。所以要具體問題具體分析。

（3）汽車線束屬于汽車電路的主體部分，為了更好地保障汽車運行的安全性和可靠性，小型汽車的運行需要依靠這些重要的汽車線束。這些汽車線束呈現(xiàn)出交錯縱橫的狀態(tài)，首尾相連下來總長度都有近兩千米，更不必說其所包含的體重。以一般汽車的銅合金導線重量為例，汽車總導線重量幾乎有25-30千克。按照這樣的體量，很有必要對汽車線束的重量加以減少。

3 輕量化汽車線束的現(xiàn)狀

3.1 現(xiàn)狀

目前汽車的電子化特征逐漸顯現(xiàn)，汽車中更多地安裝了較多的電子設(shè)備，同時對汽車線束提出相應的要求：安全性能好、不存在任何的風險、可靠性高、方便快捷、有一定的材料節(jié)余、空間利用率高和布置美觀等。汽車內(nèi)部空間就那么大，還往里面添加如此之多的功能設(shè)施，導致汽車內(nèi)部空間日益變小，線束的安裝和排版變得愈發(fā)地困難，不利于體現(xiàn)汽車電器系統(tǒng)的安全性和可靠性。于是就如何布置汽車線束并相應設(shè)計技術(shù)要領(lǐng)成為目前亟待解決的重要問題。

汽車所要用到的電線跟平時居家用到的電路不太一致，多用到的是低壓電線。一般情況下，家里用到的電線采用的是銅質(zhì)單芯結(jié)構(gòu)，兼具一定的硬度。然而汽車用到的電線采用的是銅質(zhì)多芯的結(jié)構(gòu)，很多軟線細到就像是人的頭發(fā)一樣，幾十根軟線聯(lián)合在一起，并放置于塑料絕緣管（PVP）中，又因為該材質(zhì)具有良好的柔軟度，不容易出現(xiàn)線束斷裂的情況。為了防止礦物質(zhì)油破壞電線外絕緣皮，會在上一層加一層纖維棉布和起到絕緣效果的漆膜。

在一般情況下，通過利用接插件和線耳，實現(xiàn)線束間或線束與電氣設(shè)備間的連接。接插件的主要構(gòu)成要件包括護套和端子，在此之上還有插頭和插座。護套通過注入或擠壓PPE、PVC或PE等材料制作而成，有的時候還會多出一個孔位，以便實現(xiàn)電線的接頭;端子通過鐵或銅以特殊的制法制成，在此基礎(chǔ)上會帶有刺，通過將端子嵌入護套之中，以便實現(xiàn)自主的鎖定，提升安全性能。塑料材質(zhì)的護套會在兩邊添入能夠鎖定的裝置，相應防止裝置在使用過程中存在意外滑落的情況。在安裝線束的最后階段要固定住線頭，以此防止應用過程中出現(xiàn)線頭互觸或掉落的安全問題。為了實現(xiàn)這樣的效果，一般用的是專門固定線束的器具，保證導線走線的穩(wěn)固性，避免導線出現(xiàn)更大的損害。

要想批量生產(chǎn)出線束，需要提前準備好相應的線束圖。線束圖跟電路原理圖之間存在明顯的差別。電路原理圖主要表現(xiàn)的是不同電氣部分有效連接的部分，但沒有很好地顯示各電氣彼此之間存在的關(guān)系，進而忽視不同電氣元件的尺寸差異和安裝過程中的距離問題。線束圖則極佳地處理到該方面的問題，以確定各電氣元件間的有效連接。

3.2實際應用

近年來，人們逐漸把目光投向汽車輕量化等領(lǐng)域的內(nèi)容，其中最主要的部分包括了線束。在整個車輛的重量上，線束所占的重量達到整體的5%。正因為有著汽車內(nèi)導線的助力，汽車才能夠更好地行駛在道路上，這充分頭體現(xiàn)出導線的重要作用和價值，屬于一個汽車的組成生命和內(nèi)生靈魂。因而在生產(chǎn)汽車的過程中，需要極佳地保障導線的安全性能。如果選擇劣質(zhì)的汽車導線，會造成極大的安全隱患，所涉及的后果簡直難以想象。汽車的運行需要保證駕駛過程中乘坐人員的安全，因此有必要進行導線的合格檢驗，為用戶的生命安全保駕護航。

通過實現(xiàn)線束的輕量化設(shè)計，更好地保障汽車的安全性能。線束保護的形式多種多樣，包括了護板、支架和橡膠件等。具體應用如下： （1）通過減少金屬支架的結(jié)構(gòu)，用高強度的塑料護板取代金屬支架，如根據(jù)溫度，相應選擇發(fā)動機艙布設(shè)溫度支架和保險絲盒支架; （2）通過利用特殊卡丁和固定替代護板取代塑料護板; （3）通過應用耐磨性高的纖維和纖維管取代波紋管，減少波紋管的應用，更好地減少成本，降低噪音的影響;（4）在較低密封需求的位置，用發(fā)泡取代橡膠管，降低橡膠管的使用率，而在布設(shè)線束的過程中，相應減少內(nèi)部的連接。諸如此類的應用能夠很好地減輕接插件的重量，其中包括用以固定的附屬重量和汽車本身的結(jié)構(gòu)重量。

4 汽車線束的具體設(shè)計方法

4.1 線束布置設(shè)計輕量化

線束所具備的作用包括連接電源、接地和用電器間的信號通訊。眾所周知，兩點之間，線段最短。但礙于對線束布置的美觀性和可靠性的考量，且為了防止周邊環(huán)境的限制，不可能讓線束中的回路導線用直線的方式進行連接。因此對于線束布置的設(shè)計就是讓絕大多數(shù)的線束回路少走彎路，更好地減縮回路的長度，降低導線的用量。

4.1.1走向布置方面

如圖1所示，A是電源，通過連接到用電器B和用電器C，成為主要用電器，這三種方法都可以踐行充分的連接。但是第一種的同路沅沅比笛二種和第三種短。

實際應用到日常生活中，如圖2所示，是某重型卡車的底盤線束集成，通過修改線束走向的布置設(shè)計，較大幅度地實現(xiàn)輕量化，呈現(xiàn)極佳的減重效果。

4.1.2電源點和接地點的布置方面

線束是電流傳輸?shù)闹饕d體，關(guān)于線束的回路主要分成電源線、底線和信號線三類。通過合理布置電源點和接地點，有效降低線束中地線和電源線的長度，以實現(xiàn)線束重量的降低。

如圖3所示，是一個常見的某重型卡車電源點和接地點的布置示意圖，具體內(nèi)容包括：總電源、電器盒1、電器盒2及各接地點和電器1、/2、3。電器盒1和2都能夠用來取電，當供電并接地設(shè)計用電器1時，電器盒2當做供電點，接地點1進行相應的電源分配，縮短電器1中的電源線和地線，更好地實現(xiàn)線束輕量化。

4.2 接線原理設(shè)計輕量化

接線原理是汽車線束設(shè)計的主要依據(jù)。通過對接線原理的應用，極佳地提升整體電氣系統(tǒng)的安全可靠性，更好地實現(xiàn)線束減重和輕便的目標。如圖4、圖5所示，借由接線原理的理念，獲取某小燈系統(tǒng)接線原理設(shè)計輕量化的成果。

本文以汽車燈光系統(tǒng)中的小燈系統(tǒng)作為汽車線束輕量化設(shè)計的案例，顯示出該系統(tǒng)應用到較多的用電器，包括車輛各位置的示廓燈、示高燈、儀表臺各面板和開關(guān)等的背光，跟霧燈等開關(guān)有密切的關(guān)系。汽車小燈功能輸出的電源下掛的回路多于30個，根據(jù)保險絲的容量和導線截面在流的匹配關(guān)系，發(fā)現(xiàn)圖4中的電源下掛回路的橫截面積不低于1. 5mm2，圖5中的電源下掛回路的橫截面積不低于0.5 mm2，即可實現(xiàn)汽車線束的安全設(shè)計，而且導致汽車線束中的30余個回路的重量降低，同時減少相應的成本。

在接線原理的具體落實過程中，通過應用CAN總線傳輸更多的信號，實現(xiàn)控制器就近采集信號的需求，相應減少傳感器的使用數(shù)量和信號的回路數(shù)量，以期做到信號回路長度的縮短，實現(xiàn)接線原理設(shè)計的輕量化。

4.3線束包裹材料選擇輕量化

汽車線束經(jīng)常使用的包裹材料主要包括：PCV膠帶、PVC套管、波紋管、絨布膠帶、耐磨布和耐磨革等。包裹材料的主要方法又包括：全包裹、密包、花包和間隔包等。通過這些包裹材料外形約束相應的汽車線束，相應增加汽車線束的隔熱性、耐磨性和降噪性。比如：在發(fā)動機線束的應用中，會采用花包的方式，用PVC膠帶包裹，再外層添加一層波紋管。

線束包裹材料是汽車線束集成的重要成分，并且還是汽車線束重量的重要成分。比如發(fā)動機線束，其所應用到的包裹材料占到了汽車線束整體重量的五分之一。通過積極有效地改良汽車線束布置位置的周圍環(huán)境，盡可能地選取一些簡潔輕便的線束包裹方法，實現(xiàn)汽車線束包裹材料選擇的輕量化，更好地減輕汽車線束的重量。

5 結(jié)論

本文通過對汽車線束輕量化設(shè)計的探析，得出具體的設(shè)計方法，包括：線束布置、接線原理和線束包裹材料選擇的設(shè)計輕量化。這樣一來可以很好地為汽車線束減重，實現(xiàn)更多汽車載物的需求。同時也不能僅僅滿足于現(xiàn)狀，對于線束輕量化的設(shè)計考量還有很多，比如：選用輕量化接插件或輕質(zhì)材料、提高電氣系統(tǒng)電氣等級等。通過應用各種積極有效的舉措，減少導線、插件和包裹材料的使用或改良材質(zhì)，更好地保障汽車線束的安全可靠性，促進我國汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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作者簡介——

張瑩：（1984.08-），女，漢族，山東省濟南市人，研究生學歷，工程師。研究方向：重型汽車電器。