鋁棒導(dǎo)線在汽車線束領(lǐng)域的應(yīng)用

顏 婧，周畔宇，方 成，王 宇，歐文軍

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430208）

線束是傳遞電信號(hào)和能量的媒介［1］。它是汽車的“神經(jīng)系統(tǒng)”，連接各個(gè)控制器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)整車電器功能［2］。導(dǎo)線是線束的重要組成部分，占線束成本的30%。目前導(dǎo)線常用到的導(dǎo)體材質(zhì)有純銅、銅合金、鋁等，其中銅鋁導(dǎo)電率比為1:0.629，銅鋁價(jià)格比為1:0.4，銅鋁密度比為1:0.3，因此鋁導(dǎo)線具有性能、價(jià)格、質(zhì)量上的優(yōu)勢(shì)，是銅芯導(dǎo)線較為理想的替代材料［3］。鋁棒導(dǎo)線作為單芯導(dǎo)線不僅具有鋁導(dǎo)線價(jià)格低、密度低的優(yōu)良特性，還改善了鋁導(dǎo)線導(dǎo)電率低的問題，正在逐漸被各大主機(jī)廠認(rèn)可和應(yīng)用。本文主要介紹鋁棒導(dǎo)線在整車線束上的應(yīng)用。

1 鋁棒導(dǎo)線的特點(diǎn)

鋁棒導(dǎo)線與常規(guī)導(dǎo)線相比，有很大的差異和特點(diǎn)。如圖1所示，我們可以看到鋁棒導(dǎo)線與傳統(tǒng)導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)對(duì)比。首先，鋁棒導(dǎo)線的橫截面為長(zhǎng)方形，整體為扁平導(dǎo)線。而扁平導(dǎo)線具有節(jié)省空間的特點(diǎn)。如：可以安裝在地毯下方或者頂棚上方。其次，鋁棒導(dǎo)線并不像傳統(tǒng)導(dǎo)線一樣，由多根銅絲/鋁絲絞合在一起，故鋁棒導(dǎo)線沒有易彎曲的特性。鋁棒導(dǎo)線是同時(shí)具有剛性和一定柔性的導(dǎo)線，它在生產(chǎn)成型的時(shí)候就通過彎折工藝，有效控制了鋁棒導(dǎo)線的成型結(jié)構(gòu)。工差小，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。鋁棒導(dǎo)線的剛性優(yōu)良特點(diǎn)和成型工藝使得鋁棒導(dǎo)線在整車裝配的時(shí)候更易安裝，只需一個(gè)人就可以輕松完成裝配。一定的柔性增加了鋁棒導(dǎo)線的安裝冗余，避免了安裝不上的困擾。最后，鋁棒導(dǎo)線的整根鋁棒的結(jié)構(gòu)提高了鋁棒導(dǎo)線的導(dǎo)電性能，使得鋁棒導(dǎo)線等效于相同線徑的銅線的導(dǎo)電性能，故它大大減輕整車導(dǎo)線的質(zhì)量，有利于整車輕量化發(fā)展。

圖1 鋁棒導(dǎo)線和傳統(tǒng)導(dǎo)線對(duì)比圖

2 鋁棒導(dǎo)線的應(yīng)用

表1 鋁棒導(dǎo)線溫度等級(jí)分類

鋁棒導(dǎo)線的規(guī)格范圍為25～160mm2，通?？梢猿休d的持續(xù)電流最大范圍為80～180A。如表1所示，目前鋁棒導(dǎo)線按耐溫等級(jí)分為：A～F類，最高可耐溫度分別為：85℃，100℃，125℃，150℃，175℃，200℃。我們常用的鋁棒導(dǎo)線有：100℃鋁棒導(dǎo)線絕緣層材料為PVC；125℃鋁棒導(dǎo)線絕緣層材料為PA12；150℃鋁棒導(dǎo)線絕緣層材料為TPE；200℃鋁棒導(dǎo)線絕緣層材料為硅橡膠。基于以上特點(diǎn)，鋁棒導(dǎo)線正逐漸開始應(yīng)用于微混和純電動(dòng)車輛上，如圖2所示。例如：通用、奔馳、寶馬、路虎、保時(shí)捷等知名OEM已經(jīng)開始使用鋁棒線束的設(shè)計(jì)。

2.1 鋁棒導(dǎo)線的生產(chǎn)工藝

鋁棒導(dǎo)線生產(chǎn)工藝流程如圖3所示。由于鋁棒導(dǎo)線具有一定的剛性和柔性，在彎折之前需要對(duì)鋁棒導(dǎo)線進(jìn)行校直。此步驟是保證后續(xù)XYZ軸彎折精度的前提。校直后的鋁棒導(dǎo)線先用彎折機(jī)進(jìn)行XY軸的彎折。彎折后，根據(jù)定義對(duì)鋁棒導(dǎo)線進(jìn)行頭部和中間部位的剝皮，再將熱縮管預(yù)裝上。將導(dǎo)線通過超聲波焊接的方式焊接到鋁棒導(dǎo)線上，并在鋁棒導(dǎo)線外包裹覆蓋物。之后，我們用彎折機(jī)對(duì)鋁棒導(dǎo)線Z軸進(jìn)行彎折。得到XYZ軸上都是滿足定義的鋁棒導(dǎo)線之后，進(jìn)行組裝，例如裝配卡扣、支架等零件。最后，將完成組裝的鋁棒導(dǎo)線進(jìn)行電性能測(cè)試，保證電性能。由于鋁棒導(dǎo)線的特殊特性，它的生產(chǎn)工藝和傳統(tǒng)導(dǎo)線的生產(chǎn)工藝有所不同，主要體現(xiàn)在鋁線的校直和X/Y/Z軸的彎折上。鋁棒導(dǎo)線彎折示意圖如圖4所示。

圖2 鋁棒導(dǎo)線汽車應(yīng)用示意圖

圖3 鋁棒導(dǎo)線生產(chǎn)工藝流程圖

圖4 鋁棒導(dǎo)線彎折示意圖

2.2 鋁棒導(dǎo)線焊接方式介紹

為了保證鋁棒導(dǎo)線在整車復(fù)雜的環(huán)境下，能進(jìn)行有效的能力傳遞，避免出現(xiàn)壓力降，我們需要提供高品質(zhì)的焊接點(diǎn)。目前，鋁棒導(dǎo)線常見焊接方式有摩擦焊接、超聲波焊接和電阻焊接，如圖5所示。

圖5 鋁棒導(dǎo)線焊接方式

1）摩擦焊常用來焊接連接不銹鋼的螺柱、螺母等緊固件與鋁棒導(dǎo)線的連接，主要應(yīng)用于搭鐵功能。此外，銅或者黃銅與鋁棒導(dǎo)線的焊接也可以適用摩擦焊。

2）超聲波焊可以將普通銅線或鋁線與鋁棒導(dǎo)線有效焊接在一起。還可以將銅/鋁端子垂直鋁棒導(dǎo)線90°焊接。

3）電阻焊可以將鋁線與鋁端子有效地焊接在一起。

2.3 鋁棒導(dǎo)線常見問題及改善方案

鋁棒導(dǎo)線在應(yīng)用過程中會(huì)出現(xiàn)的常見問題和改善對(duì)策可以總結(jié)歸納如下。

1）鋁棒導(dǎo)線與白車身尺寸匹配度差，裝配時(shí)與車身不貼合，導(dǎo)致裝配困難。這類問題的改善，要求鋁棒導(dǎo)線從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)都需要精準(zhǔn)的控制。在設(shè)計(jì)時(shí)，鋁棒導(dǎo)線的彎折和走向就要嚴(yán)格根據(jù)車身定義進(jìn)行設(shè)置。鋁棒導(dǎo)線在車身上的固定卡扣也建議選用有冗余范圍的卡扣，以避免裝配困難。鋁棒導(dǎo)線在切線和彎折的時(shí)候需要有機(jī)器嚴(yán)格控制鋁棒導(dǎo)線的尺寸和彎折角度。

2）鋁棒導(dǎo)線穿艙防水問題。如何完成鋁棒導(dǎo)線從座艙到發(fā)動(dòng)機(jī)艙的過渡且保證良好的防水性能是鋁棒導(dǎo)線設(shè)計(jì)的一大重點(diǎn)難點(diǎn)。為了保證鋁棒導(dǎo)線穿艙的易裝配性，可以采用在鋁棒導(dǎo)線上焊接傳統(tǒng)導(dǎo)線來穿艙的方式解決此問題。傳統(tǒng)導(dǎo)線的柔性一方面增加了鋁棒導(dǎo)線的靈活性便于安裝，一方面降低了對(duì)鋁棒導(dǎo)線尺寸和精度的要求，更方便設(shè)計(jì)和應(yīng)用。而穿艙的結(jié)構(gòu)可以采用傳統(tǒng)的橡膠護(hù)套穿艙，簡(jiǎn)單易設(shè)計(jì)，也可以采用在端子對(duì)接的穿艙設(shè)計(jì)。無論哪種設(shè)計(jì)，都需要保證穿艙結(jié)構(gòu)與車身的良好配合，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的防水性能。

3）鋁棒導(dǎo)線焊接傳統(tǒng)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)走向布置不合理的情況。由于鋁棒導(dǎo)線的扁平結(jié)構(gòu)，它有節(jié)省布置空間的特性，故一般鋁棒導(dǎo)線的布置都在車輛的地毯下方或內(nèi)飾內(nèi)部。而在鋁棒導(dǎo)線上焊接傳統(tǒng)導(dǎo)線就破壞了鋁棒導(dǎo)線這一特性。焊接的傳統(tǒng)導(dǎo)線不僅是圓形導(dǎo)線，而且公差大，尺寸不宜控制，后期裝配在內(nèi)飾內(nèi)部的時(shí)候常出現(xiàn)干涉或者裝配空間不足的問題。所以，焊接傳統(tǒng)導(dǎo)線的方式是把雙刃劍。我們?cè)趹?yīng)用時(shí)應(yīng)該盡量控制焊接傳統(tǒng)導(dǎo)線的數(shù)量，并結(jié)合整車環(huán)境，盡量嚴(yán)格控制焊接位置和傳統(tǒng)導(dǎo)線尺寸及公差。

3 結(jié)論

隨著微混和純電動(dòng)車的發(fā)展，鋁棒導(dǎo)線多方面的優(yōu)良特性逐步被人們所熟知，鋁棒導(dǎo)線在各OEM的應(yīng)用越來越廣泛。鋁棒導(dǎo)線的特殊性是鋁棒導(dǎo)線設(shè)計(jì)應(yīng)用中的重點(diǎn)難點(diǎn)。本文對(duì)鋁棒導(dǎo)線的特性和特殊的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)歸納了鋁棒導(dǎo)線在設(shè)計(jì)和使用中的常見問題及改善方案，對(duì)鋁棒導(dǎo)線在整車上的設(shè)計(jì)和使用有一定的指導(dǎo)意義。