結(jié)合Catia軟件淺談低壓線束布置

湯自強(qiáng)，衛(wèi) 強(qiáng)，呂自國，王海光，梁靖汶

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

線束是汽車電路中連接各電器設(shè)備的接線部件，由絕緣護(hù)套、接線端子、導(dǎo)線及絕緣包扎材料等組成［1］。汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，是整車電器零部件的血管和神經(jīng)系統(tǒng)，沒有線束也就不存在汽車電路。隨著整車電子電氣系統(tǒng)增加，車輛智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化及5G技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致線束的質(zhì)量、體積急劇增加，進(jìn)一步增加了線束的布置難度?？v觀近年來汽車召回事件，有很多是因線束布置不當(dāng)引起，所以線束布置的優(yōu)劣，直接決定了線束品質(zhì)的好壞。在線束布置時考慮好各種潛在風(fēng)險和隱患，將大大提升線束的可靠性。本文以Catia軟件為載體，探討Catia布線的技巧，以提高線束的可裝配性、可靠性、可制造性等。

1 CATIA中EHI模塊下的線束設(shè)計

打開Catia，首先需要進(jìn)入到EHA（Electrical Harness Assembly）模塊下，并點(diǎn)擊Geometrical Bundle將一個Product賦予電器屬性；然后點(diǎn)擊Multi-Branchable Document，之后會進(jìn)入EHI（Electrical Harness Installation）模塊，同時會出現(xiàn)圖1對話框。

1.1 線束直徑及截面積設(shè)計

圖1為線束直徑的選項。直徑在設(shè)計過程中是非常重要的一個參數(shù)，設(shè)計太小會導(dǎo)致在實(shí)際裝車的狀態(tài)下線束與周邊環(huán)境干涉；設(shè)計過大會導(dǎo)致在設(shè)計過程中出現(xiàn)干涉、空間利用率低等情況，所以在設(shè)計中應(yīng)該盡量精準(zhǔn)估算出線徑的大小。同時，為保證設(shè)計品質(zhì)，應(yīng)該將惡劣環(huán)境、重要部分的線束段線徑，進(jìn)行30%冗余設(shè)計，以此來保證線束的可靠性。此外，下方的“Section”選項為截面積，“Diameter”和“Section”這兩個選項為相互關(guān)聯(lián)選項；其中一個確定之后，就可以根據(jù)S=πR2自動生成另外一個數(shù)據(jù)，將圖1的直徑100mm帶入圓面積公式可得出其截面積約為0.008m2。

圖1 線束直徑的選項

1.2 線束彎曲半徑設(shè)計

圖2 中的“Bend Radius for Check”，為線束的彎曲半徑；彎曲半徑的大小，決定了線束在彎曲成型時受到的阻力大小。在多股束段情況下，將直徑小于16mm（沒有大于8mm2的導(dǎo)線）線束段的彎曲半徑比例設(shè)置為1，即彎曲半徑=線束直徑；直徑大于16mm小于25mm（或有大平方導(dǎo)線）時，彎曲半徑比例一般設(shè)置為1.5；直徑大于25mm時，彎曲半徑比例設(shè)置為2；不可將彎曲半徑比率設(shè)置小于1；小于1的情況，會使線束受拉力以及應(yīng)力等，影響線束的壽命。直徑大于16mm的情況，大多數(shù)是線束主干、電源線、大平方搭鐵等，在設(shè)計中需多加注意。下方的“Computer Bend Radius” 是和下方的“Build Mode”相關(guān)的，是不可選擇設(shè)計的。

1.3 線束松弛度以及長度設(shè)計

圖2中有下拉表格，“Slack”為松弛度，其與線束長度的關(guān)系為L=L直（1+X%）；其中L直為從2個固定點(diǎn)之間出線面和入線面之間的直線長度，X為線束的松弛度。也就是說，當(dāng)X=0時，線束為緊繃狀態(tài)；為了線束可靠性以及可裝配性，通常將松弛度設(shè)置為1。L為下拉表格中的“Length”。這里需要提到一點(diǎn)，某些線束廠在3D轉(zhuǎn)換成2D圖紙時，會將3D上的長度圓整之后轉(zhuǎn)化成2D圖紙，這樣雖然在工藝制造方面提供了極大便利，但是在設(shè)計上難免會有些偏差。所以，在設(shè)計前期，需要將固定點(diǎn)之間的長度同樣圓整，線束之間的長度也就自然會圓整。

圖2 線束的彎曲半徑

“External Curve”這個命令是以現(xiàn)有外部曲線為中心線繪制的一條線束，和創(chuàng)成式里面的掃掠命令大同小異。

1.4 線束路徑設(shè)計

圖3“Route Definition”是定義線束段的路徑。在圖2點(diǎn)擊“Route Definition”就會出現(xiàn)圖3對話框。此時只需要依次點(diǎn)擊定義好電器屬性的固定點(diǎn)或者接插件，就會自動生成線束段。需要注意的是，在某些狀態(tài)下，分支點(diǎn)出線是沒有方向的 （或者說是T字型包扎）。有方向的線束段和沒有方向的線束段在設(shè)計中，長度會有差別。因此，需要將實(shí)際線束段和設(shè)計線束進(jìn)行比較分析，或者進(jìn)行工藝上的一些要求。“Tangentmanagement”是該點(diǎn)的方向設(shè)置，可以利用羅盤、現(xiàn)有曲線等進(jìn)行設(shè)置，方向需要根據(jù)線束可能出現(xiàn)的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計。下方的“Offset Management at Creation”是虛擬點(diǎn)的添加設(shè)置，在設(shè)計過程中會碰到一些無法避開的環(huán)境，有時會增加一個虛擬點(diǎn)來避開環(huán)境；這樣雖然在數(shù)據(jù)模擬中是沒有問題的，但是實(shí)際裝車狀態(tài)并非和數(shù)據(jù)模擬的一致，仍然會造成干涉，這個虛擬點(diǎn)不建議增加。

圖3 定義線束段的路徑

1.5 線束的形狀以及分支點(diǎn)增加與取消

圖4 中，“Bundle Segment Definition”是分支點(diǎn)的增加與取消以及線束的形狀設(shè)計。線束會存在多種形狀，比如主干，會用圓柱體繪制；編織線，會用長方體繪制等，根據(jù)實(shí)際情況具體分析。

圖4 分支點(diǎn)的增加與取消以及線束的形狀設(shè)計

2 線束布置的原則

2.1 線束的可靠性

線束大多數(shù)情況下是不可見的，無法直觀判斷其損壞程度。同時相比于鈑金、內(nèi)飾，線束是柔性件，產(chǎn)品具有一定的不可控性，因此線束的可靠性相當(dāng)重要。線束布置通常通過增加固定點(diǎn)、護(hù)線殼以及提高包覆物耐磨等級等方法來保證線束的可靠性。

1）線束靜態(tài)的狀態(tài)下，盡量避開鈑金銳邊、支架銳邊以及焊渣等對線束壽命有影響的環(huán)境件。

2）線束在越過、穿過鈑金孔時，應(yīng)當(dāng)增加橡膠件、異形卡扣等方式來避免金屬件對線束的損傷。

3）線束在安全件附近時，通過改變分支走向、增加固定點(diǎn)等方式保證間隙在25mm以上。

4）線束在跨區(qū)域布置時，跨區(qū)域線束段不應(yīng)出分支；若無法避免，主干應(yīng)當(dāng)留出振動量以避免振源將線束扯斷。同時應(yīng)當(dāng)與振動包絡(luò)保持10mm以上的間隙；若無振動包絡(luò)的情況下，應(yīng)當(dāng)保證與本體25mm以上的間隙。

5）線束彎曲角度應(yīng)當(dāng)保持鈍角，同時轉(zhuǎn)彎處各有一個固定點(diǎn)以保證線束固定的可靠性。

6）固定點(diǎn)之間的距離應(yīng)保持在200mm以內(nèi)；在直線部位、沒有干涉的情況下，可以保持在300mm以內(nèi)。

7）線束為避免承受其他壓力，盡量沿邊、槽布置。

8）線束應(yīng)遠(yuǎn)離高溫區(qū)域，比如排氣管、模塊主機(jī)以及前照燈散熱片等。

9）在濕區(qū)，線束接插件應(yīng)當(dāng)屬于防水接插件；線束接插件不能口朝上，避免進(jìn)水。

10）干濕區(qū)交界的地方，干區(qū)線束要比濕區(qū)線束位置高，這樣可以防止?jié)駞^(qū)的水流進(jìn)干區(qū)。

11）除了直接的水預(yù)防，還應(yīng)當(dāng)避免虹吸現(xiàn)象的出現(xiàn)。虹吸現(xiàn)象是利用壓強(qiáng)差，將高處的水，順著管狀之類物件流入低處。因此，濕區(qū)搭鐵應(yīng)當(dāng)用雙臂熱收縮管進(jìn)行保護(hù)，同時搭鐵應(yīng)當(dāng)比接插件的位置低。

2.2 線束的可裝配性

在布置線束時，除了不能和周邊件干涉外，最重要的就是可裝配性。在裝配線束過程中一定要考慮到總成的可裝配性。比如儀表線束、頂棚線束等，盡可能不給整車裝配過程中增加額外的工序及成本。此外，還需要考慮到部件的可裝配性，也就是不能將部件布置在不可見、人手無法達(dá)到的位置。應(yīng)該將部件布置在人手易于裝配的位置，這樣不會造成工人裝配疲勞。

1）某些電器件的裝配順序是在環(huán)境之后，例如門飾板開關(guān)、儀表以及中控屏等。中控屏是在儀表板裝上之后再進(jìn)行安裝的，沒有操作空間。對于此類，我們會將線束拉出來，在儀表板外面裝配電器件，裝配完成之后再將電器件和線束一起裝配到儀表板內(nèi)。此時需要注意兩點(diǎn)：一個是線束的分支長度，我們會將接插件模擬在實(shí)際安裝空間位置，再模擬線束長度。另一個是線束裝配到內(nèi)飾板以后，線束是否會和周邊干涉，線束是否有被磨損的風(fēng)險。

2）除了上述情況需要增加線束余量，還有一種是卡扣、接插件的裝配路徑與線束路徑不同，通常會在其束段上增加5mm安裝余量。

3）線束不能在其他零部件的安裝軌跡上，否則會影響其他零部件的安裝、拆卸或?qū)€束造成損傷。

2.3 線束的可制造性

在布置線束時，應(yīng)當(dāng)隨時和工藝工程師溝通，若是設(shè)計的產(chǎn)品在工藝上無法實(shí)現(xiàn)，等到生成圖紙之后再去溝通的話，所需要的時間成本、經(jīng)濟(jì)成本是比較高的。

1）線束固定點(diǎn)之間至少有50mm以上的長度，這是保證工裝板上的工裝可以安裝。

2）線束分支點(diǎn)距離卡扣至少在30mm以上。以3M膠帶為例，其膠帶寬度一般為18mm，若是分支點(diǎn)到固定點(diǎn)之間的距離小于30mm，則無法保證線束包扎的可靠性。

3 結(jié)束語

只會使用Catia軟件，還不能說自己會線束布置，只有將仿真軟件使用和實(shí)際相結(jié)合，同時熟知布置原則，才能被稱為線束布置工程師，才能設(shè)計出符合要求的線束產(chǎn)品。天海集團(tuán)作為國內(nèi)龍頭企業(yè)的專業(yè)線束設(shè)計制造供應(yīng)商，在汽車線束方面與通用、福特、FCA、上汽、一汽、長安、奇瑞、北汽等國內(nèi)外主機(jī)廠密切合作，積累了豐富的經(jīng)驗，歡迎業(yè)界同仁一起探討線束布置，為提高線束品質(zhì)貢獻(xiàn)一份自己的力量。