商用車發(fā)動機過渡線束的匹配和設(shè)計

張 倩，王盈旭，錢廷億

（中國重汽集團技術(shù)發(fā)展中心汽車電子設(shè)計部，山東 濟南250101）

1 引言

近年來，商用車作為汽車家族的主要成員，以前所未有的發(fā)展勢頭，成為客運、貨運用車的主力軍，在現(xiàn)代交通運輸中發(fā)揮著不可替代的作用。商用車發(fā)動機作為商用車正常行駛的動力生命線，其作用至關(guān)重要。根據(jù)國內(nèi)各大商用車廠對動力性、燃油經(jīng)濟性的需求，匹配不同品牌的發(fā)動機，如何讓整車性能達到最優(yōu)，成為各商用車廠家首要面對的問題。

整車性能最優(yōu)，電控系統(tǒng)的匹配是關(guān)鍵。將發(fā)動機控制器信號與整車各執(zhí)行器連接，需要通過復(fù)雜的外接線路來完成，我們通常將連接發(fā)動機與整車的外接線路稱為發(fā)動機過渡線束。不同于發(fā)動機本體線束具備一定的通用性，過渡線束是根據(jù)各商用車廠的電氣配置不同而設(shè)計產(chǎn)生，往往同一款發(fā)動機匹配到不同的商用車上，過渡線束會不同。由于過渡線束屬于外接線路，在發(fā)動機本體設(shè)計時，并未預(yù)留過多的裝配空間，而且分支多，功能相對復(fù)雜，因此，如何合理可靠地在發(fā)動機本體上布置過渡線束，達到外觀美觀、性能優(yōu)良的效果，給線束工程師提出了新的問題。

2 傳統(tǒng)布線的缺陷

傳統(tǒng)發(fā)動機布線，線束工程師首先按照實際發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和空間，形成初步的走線方案，再用卷尺量取每個分支的尺寸，按照1:1的方式在CAD上繪制二維線束圖紙；廠家制作好樣線，拿到發(fā)動機上面進行實際試裝，對于長度或者布局不合適的部位，在二維圖紙上進行調(diào)整。根據(jù)調(diào)整結(jié)果，再制作樣線，進行第二輪試裝。以此類推，直到優(yōu)化到合理狀態(tài)為止。因此，傳統(tǒng)布線方式存在如下缺陷。

1）對實物依賴性強，必須在有實際發(fā)動機存在的條件下才能進行，如果發(fā)動機實物未到位，或者發(fā)動機本體裝配不完整，將直接導(dǎo)致設(shè)計時間延長，或者設(shè)計結(jié)果不合適。

2）多輪試裝，直接導(dǎo)致線束開發(fā)時間長，效率低，無法滿足快節(jié)奏的訂單生產(chǎn)節(jié)拍。

3）試裝過程中，會產(chǎn)生很多線束的中間狀態(tài)，不方便管理，而且容易產(chǎn)生大量的庫存，造成資源和成本上的浪費。

存在以上缺陷，使得線束工程師不得不摸索新的設(shè)計方法，來滿足不斷增長的訂單種類的需要。

3 三維布線的優(yōu)勢

因此，三維布線應(yīng)運而生。由于三維布線是直接在發(fā)動機三維數(shù)模上，應(yīng)用三維布線軟件來完成，完全脫離了線束設(shè)計對發(fā)動機實物的依賴性，而且設(shè)計過程可以直接準(zhǔn)確定位線束分支點、折彎處的位置；對線路走向是否與實體干涉、線束的最小彎曲半徑、最小直線長度等工藝性進行檢查?？梢哉f，三維布線設(shè)計突破了線束設(shè)計瓶頸，徹底改變了傳統(tǒng)布線所存在的被動局面，大大提高了設(shè)計精度和效率。

具體來說，三維布線具備以下優(yōu)勢。

1）兼容性。傳統(tǒng)布線方式線路和插接件走向分開設(shè)計，往往線路理順之后，因為插接件插接方向不同，造成線束長度更改；三維布線，可以將插接件三維數(shù)模直接裝配在發(fā)動機模型上，兩者同時進行，大大簡化了設(shè)計過程。

2）開放性。三維布線依靠三維設(shè)計軟件，符合國標(biāo)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對不同的設(shè)計者均可使用，產(chǎn)品設(shè)計和修改都是開放的。

3）靈活性。三維布線完成后，如果傳感器、執(zhí)行器位置發(fā)生更改，可隨時更改某個分支走向和長度，而不影響整體布局。

4）先進性。三維布線不依賴于發(fā)動機實物，所有設(shè)計在三維軟件上進行，設(shè)計過程對線束走向、固定、分支點精確定位，長度基本可以控制在5mm誤差范圍內(nèi)。

5）經(jīng)濟型。三維布線免去了傳統(tǒng)布線多次試裝造成的成本和資源浪費，大大提高了設(shè)計效率。

4 三維布線流程

三維布線涉及空間和位置的設(shè)計，主要的設(shè)計流程如下。

1）設(shè)計準(zhǔn)備階段。在三維軟件中，添加發(fā)動機三維模型，確認(rèn)發(fā)動機整機三維數(shù)模與實際訂單生產(chǎn)狀態(tài)一致；明確線束需要插接的各個傳感器、執(zhí)行器的位置，具體到每個連接器的插接位置、方向；明確發(fā)動機上運動件、高溫件、燃油管路、氣管的位置，設(shè)計時要避開；明確線束連接駕駛室走線的路徑。

2）添加連接器。在發(fā)動機模型需要插接的控制器、傳感器位置上，裝配相應(yīng)的線束插接件。

3）三維布線階段。應(yīng)用三維軟件中線束裝配模塊，將每個線束插接件用線路連接，按照線束走向要求布線。

4）增加固定方式。根據(jù)線束走向路徑，增加相應(yīng)的固定方式，保證線束固定更加可靠。

5）設(shè)計校核階段。校核三維布線圖，對干涉部位進行優(yōu)化，形成最終線束模型。

5 實例闡述

以重汽現(xiàn)階段匹配濰柴WP10.5H國V共軌發(fā)動機為例，三維布線軟件采用達索公司CATIAV5R19，詳細(xì)闡述過渡線束的設(shè)計過程。

5.1 設(shè)計準(zhǔn)備

進入CATIAV5R19界面，在裝配設(shè)計模塊中，打開WP10.5H發(fā)動機三維數(shù)模，為保證后續(xù)發(fā)動機數(shù)模打開順暢，保存數(shù)模為.CATProduct格式。圖1為調(diào)用發(fā)動機數(shù)模，打開后的發(fā)動機數(shù)模如圖2所示。

圖1 調(diào)用發(fā)動機數(shù)模

圖2 WP10.5H發(fā)動機數(shù)模

將發(fā)動機數(shù)模與實際供貨狀態(tài)發(fā)動機對比，確保狀態(tài)一致。標(biāo)出數(shù)模上需要線束插接的傳感器、執(zhí)行器位置，如圖3~圖5所示。

為避開發(fā)動機上運動件、高溫件、燃油管路、氣管，同時避開發(fā)動機自帶線束，初步擬定線路走向如圖6、圖7所示。

5.2 裝配插接件

在“裝配設(shè)計模塊”下，調(diào)用各插接件數(shù)模，裝配在發(fā)動機相應(yīng)的位置上，如圖8~圖10所示。

5.3 三維布線

根據(jù)各插接件的位置和前期擬定的線束走向，在“開始”-“設(shè)備與系統(tǒng)”-“電氣線束規(guī)則”-“ElectricalHarnessAssembly”模塊，進行線束走向的設(shè)計，如圖11、圖12所示。

圖3 插接件位置1

圖4 插接件位置2

圖5 插接件位置3

圖6 線束走向1

圖7 線束走向2

圖8 插接件裝配1

圖9 插接件裝配2

圖10 插接件裝配3

5.4 設(shè)計固定方式

一般線束固定方式包括扎帶、P型夾、金屬支架，本文主要介紹金屬支架的設(shè)計。

根據(jù)三維布線后的線束走向，確定支架的設(shè)計位置，所選取的位置必須保證至少2個支架固定點，單點固定是無法保證支架可靠性的。根據(jù)發(fā)動機空間設(shè)計支架的形狀。另外，為方便固定，支架上需要增加扎帶固定孔或者固定位，保證扎帶捆扎后，不會隨著發(fā)動機振動而松脫。

根據(jù)以上設(shè)計要求，分別選取發(fā)動機缸蓋罩、風(fēng)扇護風(fēng)圈支架，設(shè)計完成了3個固定支架，如圖13所示。

將支架裝配到發(fā)動機上，并根據(jù)布線要求，對布線結(jié)果進行修改和優(yōu)化，得到發(fā)動機三維布線最終數(shù)模，如圖14所示。

6 結(jié)束語

綜上，做好發(fā)動機電控匹配，尤其是線路方面的匹配，對目前商用車實現(xiàn)最佳性能尤為重要。引入三維布線的方法，讓整個設(shè)計流程清晰，裝配方便快捷，既節(jié)約了生產(chǎn)節(jié)拍，又方便了售后市場的更換，將線束設(shè)計推向了立體化、精確化的臺階。

圖11 三維布線效果1

圖12 三維布線效果2

圖13 固定支架

圖14 最終數(shù)模