汽車EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束設計

李潤國，宋立彬，張 毅，鮑群力

（杭州吉利汽車研究開發(fā)有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

汽車線束根據(jù)防水性能分為干區(qū)和濕區(qū)線束，根據(jù)線束固定部件是否運動也分為動態(tài)和靜態(tài)線束，EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束固定在汽車車橋上，處于濕區(qū)且汽車行駛過程中跳動量較大。為了使EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束設計、評審和品質(zhì)管控更加規(guī)范、高效，本文從EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束的特點、常見結構、布置設計、材料選用、設計依據(jù)、關鍵尺寸及評價項目和性能要求等方面對過運動部位線束進行系統(tǒng)的闡述，為汽車運動部位線束提供設計指導。

2 功能概述及常見結構分析

2.1 功能概述

EPB卡鉗線束負責傳輸卡鉗電機和輪速信號，例如：當需要駐車制動時，操作EPB開關，操作信號反饋給電控單元，由電控單元控制電機和減速齒輪機構工作，通過EPB卡鉗線束信號傳輸對制動卡鉗實施制動[1]。

2.2 常見結構

EPB卡鉗線束材料，詳見表1。

表1 材料明細

3 線束布置及布置形式

3.1 線束布置設計依據(jù)

EPB卡鉗線束及輪速傳感器線束一般布置在車橋總成上，因為車橋跳動量及周圍環(huán)境惡劣，此處線束布置一直是保安防災關注重點，結合以往的設計經(jīng)驗及實車驗證，對于此處線束布置分析如下。

3.1.1 動態(tài)區(qū)間布置要求

1）動態(tài)區(qū)間固定點不得采用捆綁式扎帶類定位件來固定。

2）動態(tài)區(qū)間兩端要采用注塑膠套固定，同時滿足40Hz頻率彎曲運動時固定點不得脫離鈑金。

3）動態(tài)區(qū)間后橋上的固定點位置，盡可能靠前布置，減少跳動幅度。

4）動態(tài)區(qū)間兩端注塑膠套必須帶有網(wǎng)尾結構，分散應力。網(wǎng)尾結構見圖1。

圖1 網(wǎng)尾結構

5）運動段運動包絡，可通過設計帶有導向型的固定膠套進行控制，膠套導向作用見圖2。

圖2 膠套導向作用

6）運動區(qū)間動點和靜點活動方式設計優(yōu)先考慮平行活動布局設計，其次為C型活動布局設計。

7）運動段軌跡，盡量控制在一個平面進行運動，避免出現(xiàn)螺旋形運動軌跡。

8）兩動態(tài)點線束長度不得大于300mm，滿足車輪上跳極限、下跳極限、左轉(zhuǎn)向極限、右轉(zhuǎn)向極限，運動仿真檢查時線束不能有相對剪切運動及干涉。

9）運動區(qū)間，應視實際情況預留長度，長度根據(jù)實際振動幅度、運動件的最大運動行程確定，保證預留長度能夠不使振動在線束上傳遞、不使線束承受拉力，推薦彎曲半徑≥5D（D是線束外徑），3D數(shù)據(jù)制作完成后，需進行運動仿真分析校核線束布置是否合理。

10）與運動零部件包絡的間隙應≥25mm，與排氣歧管之間的距離應＞50mm。

11）不與燃油管路、制動管路交叉或接觸，尤其是在線束連接部位和油路連接部位。

12）輪速傳感器線束的布置應該保證在車輪轉(zhuǎn)動的整個行程內(nèi)線束與車輪之間都有足夠的間隙。

3.1.2 相對靜止區(qū)域布置要求

1）輪速端線束分支設計卡扣，推薦長度不大于100mm，不允許超過150mm。

2）輪速傳感器要便于電動螺絲刀裝配或拆卸。

3）布置時要考慮連接器及對配件的密封性，用注塑結構來保證密封效果；若無法注塑，選用具備防水等級的密封圈。

4）根據(jù)安裝要求，卡鉗端裝配空間能夠滿足≥2倍的連接器長度的空間。

5）接插件布置在容易看到的位置，且布置在手和工具易操作的位置，便于檢測、維修，需按照實際裝配情況考慮線束預留長度。

6）在布置固定點時盡可能考慮線束自身質(zhì)量造成的下垂，線束與周邊零件間隙≥15mm。

7）線束避免與周圍部位干涉，線束和周圍零部件間隙要保證，使用硬管或支架，以保證線束不變形，在部分位置為了保證線束的方向性，如膠套應有防旋轉(zhuǎn)措施或扎帶應使用腰型結構。

8）卡鉗線束總成和熱源保持足夠的距離≥20mm，或采用耐溫150℃的閉口波紋管，或用鋁箔保護的方式。

9）卡扣間距≤200mm，在鈍角拐點位置可固定一個固定點，在直角拐點可布置兩個固定點，其中在第1個拐點處增加一個過渡扎帶，避免線束成銳角拐點；銳角拐點盡可能在布置時避免。

10）Inline的布置位置要遠離車輪的飛濺區(qū)域，布置在干區(qū)。

3.2 布置形式對比分析

3.2.1 輪胎及車橋包絡

汽車車輪上下左右都存在運動，線束數(shù)據(jù)設計過程中需要先掌握所設計線束工作環(huán)境及周邊零件的運動軌跡，例如車橋及車輪的包絡，見圖3。

圖3 車橋運動軌跡

3.2.2 布置案例

線束根據(jù)周圍環(huán)境無法保證一致，但盡量減少運動段線束的跳動量是增加卡鉗線束可靠性的重要手段，下面是介紹兩種常用的布置案例方案。

1）沿車橋進行布置，減少線束的跳動幅度，如圖4所示。

圖4 沿車橋布置型式

2）運動區(qū)間動點和靜點線束方向成“一”字型布置設計，如圖5所示。

圖5 采用“一”字型布置型式

4 導線的設計依據(jù)及推薦

卡鉗線束及輪速線束因為布置位置，車輛行使過程中一直在擺動，屬于特殊線束類型，對于電線性能要求較高，建議選用柔韌性比較好的導線同時考慮如下內(nèi)容。

1）乘用車低壓電線工作溫度范圍：-40~125℃。

2）0.5mm2截面電線規(guī)格：絞距25±3mm，S絞向，見圖6。

圖6 雙絞線

3）所選電線需滿足100萬次（室溫：60萬次，頻率2.5Hz；-20℃，25萬次，頻率1Hz；-40℃，15萬次，頻率1Hz）。

4）符合GB/T 25085—2010標準的C等級要求。推薦型號：FLR31Y 2×0.5mm2（銅絲規(guī)格0.11Max/64）和FLR31Y 2.5mm2（銅絲規(guī)格0.11Max/308，股數(shù)7股）。

5 PUR管設計依據(jù)及推薦

PUR管用來保護電線，卡鉗線束及輪速線束是否符合可靠性要求，PUR管起到至關重要的作用，所以對于材料和結構規(guī)格推薦下面內(nèi)容。

1）材質(zhì)選用與注塑時膠套材料相融合性良好的材質(zhì)，最好兩者是相同材質(zhì)，要求性能見表1。

2）要求PUR管要能夠耐磨、耐彎曲、耐碎石沖擊、耐化學試劑、耐大氣腐蝕、耐水解、抗老化、抗燃油、抗?jié)櫥驖櫥汀?/p>

3）PUR管規(guī)格尺寸選擇見表2，原則上導線填充率80%左右最佳。

4）PUR管需伸入膠套長度10mm以上。

5）工作溫度范圍：-40~125℃。

6）材料均要考慮滿足主機廠ELV要求。

7）所選PUR套管需符合表2中所有性能且線束滿足（室溫：60萬次、頻率2.5Hz；-20℃、25萬次、頻率1Hz；-30℃、15萬次、頻率1Hz），且彎曲后套管無裂紋現(xiàn)象；

8）聚氨酯（PUR）套管材料參數(shù)，詳見表2。

表2 PUR套管材料參數(shù)

9）推薦使用硬度85A：7×1.35、6×1.3、3.5×1.3這3種規(guī)格；PUR套管規(guī)格尺寸及性能參數(shù)，詳見表3。

表3 PUR套管規(guī)格尺寸及性能參數(shù)

6 固定膠套材料設計依據(jù)及推薦

固定膠套承受卡鉗線束及輪速線束運動過程中產(chǎn)生的拉力，所以在設計過程中抗拉力是其重要的考慮因素，經(jīng)過試驗注塑膠套可以承受大于200N以上的拉力，同時固定膠套和PUR管選用同等材質(zhì)，注塑效果更佳。關于固定膠套設計推薦如下。

1）固定鈑金注塑膠套需選用材料：聚氨酯（PUR）75A。

2）具備耐磨、耐彎曲、耐碎石沖擊、耐化學試劑、耐大氣腐蝕、耐水解、抗老化、抗燃油、抗?jié)櫥驖櫥汀?/p>

3）工作溫度范圍：-40~125℃。

4）若是用來穿過鈑金孔類需要硬度略低的聚氨酯（PUR）≤65A。

5）若是不需要在鈑金上固定只用來對線束方向轉(zhuǎn)彎過渡，需選用：聚氨酯（PUR）85A及以上，具體依據(jù)使用條件決定。

6）所選聚氨酯（PUR）需符合表2中所有性能且線束滿足（室溫：60萬次，頻率2.5Hz；-20℃，25萬次，頻率1Hz；-30℃，15萬次，頻率1Hz），且注塑膠套卡槽不得磨透。

7）材料均要考慮滿足主機廠ELV要求。

8）線束與膠套運動接觸端需設計有網(wǎng)尾結構。

9）聚氨酯（PUR）注塑材料參數(shù)，詳見表4。

表4 聚氨酯（PUR）注塑材料參數(shù)

7 鈑金支架設計依據(jù)及形式

7.1 支架關鍵尺寸分析

固定膠套安裝在鈑金支架上，兩者設計匹配才能更好的固定線束，才能有效保證卡鉗線束及輪速線束的可靠性，經(jīng)過多次實車驗證總結其關鍵配合尺寸如下。

1）膠套的直徑和鈑金固定孔，0.2mm＞單邊過盈量≥-0.20mm；膠套的槽寬和鈑金厚度0.2＞單邊過盈量≥-0.2mm；膠套的直徑大于鈑金支架止口尺寸3~4mm。

2）膠套和鈑金的插入力/拔出力定義在30~90N之間；設計時要考慮膠套裝配接觸面，同時膠套固定直徑卡槽深度≥1.5mm。

3）鈑金止口倒角≥R3，防止護套插入時劃傷。

4）膠套防旋轉(zhuǎn)結構與支架過渡配合。

7.2 支架設計形式分析

支架的設計形式對于生產(chǎn)工藝及成本有很大的影響，設計過程中需要根據(jù)周圍環(huán)境選用合適的支架結構，下面是兩種應用較多的支架結構，卡入式成本低，裝配困難；鉚壓式成本高，裝配簡單。

1）卡入式膠套和鈑金支架對應尺寸，如圖7所示。

圖7 卡入式

2）鈑金鉚壓式（最佳固定方式），該方式鈑金厚度≥1.0mm，如圖8所示。

圖8 鉚壓式

8 性能要求及測試

考慮卡鉗線束的特殊性，基于應用和成本、周期考慮，推薦卡鉗線束重點關注表5測試內(nèi)容。

表5 測試項目