汽車低壓線束布置淺析

【摘" 要】針對(duì)汽車上裝載的電器件數(shù)量增加導(dǎo)致的整車低壓線束質(zhì)量增加，文章遵循線束布置原則，介紹低壓線束拓?fù)湓O(shè)計(jì)以及跨越動(dòng)靜態(tài)的線束段布置，為低壓線束布置提供參考。

【關(guān)鍵詞】汽車低壓線束；動(dòng)態(tài)段線束；布置

中圖分類號(hào)：U463.62" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（2025）02-0070-03

Analysis of Automobile Low-voltage Wiring Harness Layout

WANG Xiaoyun，F(xiàn)U Xiang，CAO Shanggui

（Chery Automotive Co.，LTD.，Production Digital Center，Wuhu 241006，China）

【Abstract】In view of the increase in the weight of the vehicle low-voltage wiring harness due to the increase in the number of electrical components loaded on the vehicle，this paper introduces the topology design of the low-voltage wiring harness and the layout of the wiring harness segment across the dynamic and static， which provides reference for the low-voltage wiring harness layout of the vehicle.

【Key words】automotive low-voltage；wiring harness dynamic；wiring harness layout

隨著節(jié)能減排、動(dòng)力性、駕駛舒適性及便利性的需求，混合動(dòng)力、電動(dòng)汽車、自動(dòng)駕駛等技術(shù)的應(yīng)用，汽車上裝載的電器件數(shù)量已近300個(gè)，低壓線束的質(zhì)量從10kg增加到20kg以上，部分車型可能達(dá)到40kg以上。隨著低壓線束質(zhì)量的增加，主干直徑增大，而同時(shí)整車給予線束的布置空間卻減小，所以線束在整車上的布置挑戰(zhàn)是線束設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。

1" 線束布置原則

線束布置最基本的原則是要滿足布置空間的需求，不能與周邊件干涉，特別是鈑金銳邊。為了約束線束的走向，通常使用卡扣、膠帶及支架對(duì)線束進(jìn)行固定和防護(hù)。除了這些基本原則以外，由于線束所處區(qū)域的不同，布置關(guān)注的點(diǎn)也有差異。

1.1" 干濕區(qū)

1）濕區(qū)需要注意電器件、對(duì)接插件布置方向及線束主干在干濕過渡區(qū)域高低落差，以避免插件積水及水順主干導(dǎo)入干區(qū)。

2）干濕區(qū)過渡穿孔部位，固定卡扣需要選用防水型號(hào)，同時(shí)也需考慮過孔部件內(nèi)部導(dǎo)線處的防水處理。干濕區(qū)防水布置如圖1所示。

1.2" 溫度場(chǎng)

距離高溫元件是否保持安全距離，首選方案優(yōu)選布置距離符合設(shè)計(jì)要求，次選方案選用耐高溫的導(dǎo)線、護(hù)套及包裹物，如果仍不能滿足，只能通過增加高溫防護(hù)材料來解決。如圖2所示。

1.3" 動(dòng)靜態(tài)

跨越動(dòng)靜態(tài)區(qū)域線束需要預(yù)留動(dòng)態(tài)余量，確認(rèn)包絡(luò)數(shù)據(jù)，并校核與周邊間隙數(shù)據(jù)是否滿足規(guī)范要求，是否存在動(dòng)態(tài)干涉的風(fēng)險(xiǎn)?？缭絼?dòng)靜態(tài)區(qū)域線束布置如圖3所示。

1.4" 其他特殊需求

除了上述需求以外，還有是否需要單獨(dú)搭鐵、電器件對(duì)線束EMC布置、NVH、線束加工工藝、安裝及維修便利性等需求，需要根據(jù)要求做相應(yīng)的布置設(shè)計(jì)。

2" 低壓線束布置

低壓線束布置遍布全車，需要根據(jù)各個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的布置設(shè)計(jì)及物料選型，對(duì)線束人員的專業(yè)能力要求比較高，否則就容易犯一些低級(jí)錯(cuò)誤。當(dāng)然低級(jí)錯(cuò)誤容易在整車數(shù)據(jù)評(píng)審及裝車驗(yàn)證環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)，而有些部位在數(shù)據(jù)及驗(yàn)證階段并不能有效識(shí)別或通過故障發(fā)現(xiàn)，需要經(jīng)過道路耐久可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證。隨著項(xiàng)目開發(fā)周期的縮短，路試發(fā)現(xiàn)的問題點(diǎn)暴露后，就需要集中力量快速解決問題并進(jìn)行相應(yīng)驗(yàn)證。為了避免此類問題發(fā)生，就需要對(duì)容易暴露問題點(diǎn)的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行梳理總結(jié)納入DFMEA，為后續(xù)項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，避免問題再次發(fā)生。

2.1" 低壓線束拓?fù)湓O(shè)計(jì)

低壓線束布置設(shè)計(jì)首先要對(duì)整車低壓線束進(jìn)行拓?fù)湓O(shè)計(jì)，將線束按照總裝裝配工藝進(jìn)行合理分段?；趫D4拓?fù)鋱D，整車低壓線束一般由13或14個(gè)分段組成。依據(jù)各車型線束及功能布置、裝配需求，可能會(huì)存在局部線束打斷的情況（因項(xiàng)目需求而做相應(yīng)調(diào)整），但主線束拓?fù)浠谏鲜鐾負(fù)浞桨冈O(shè)計(jì)。

2.2" 跨越動(dòng)靜態(tài)的線束段

低壓線束設(shè)計(jì)中最容易出現(xiàn)問題的點(diǎn)是跨越動(dòng)靜態(tài)的線束段，本文主要針對(duì)這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)的問題點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)?？缭絼?dòng)靜態(tài)區(qū)域的線束主要有以下幾個(gè)區(qū)域。

2.2.1" 動(dòng)力總成搭鐵線束段

搭鐵線束是整車動(dòng)力總成到車身之間的連接線。通過車身將發(fā)動(dòng)機(jī)上的起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等元件與蓄電池連接成一個(gè)閉合回路。有的車型會(huì)將搭鐵線束與發(fā)動(dòng)機(jī)線束布置在一個(gè)線束中，直接連接到蓄電池負(fù)極樁頭或者車身，這種情況下搭鐵線束較長(zhǎng)、阻抗高、成本高，發(fā)動(dòng)機(jī)線束會(huì)比較粗、難布置，所以優(yōu)選方案是在變速器上選擇靠近左縱梁處做搭鐵點(diǎn)，搭鐵線就近連接到車身縱梁位置。

這種搭鐵線束的布置設(shè)計(jì)主要考慮線束的走向可行性、與周邊件間隙及預(yù)留變速器運(yùn)動(dòng)余量，同時(shí)還要考慮所選搭鐵端子是否有尾壓，如果周邊空間足夠，可以在變速器上增加線束固定點(diǎn)，以避免端子直接受力而出現(xiàn)彎曲、折斷等情況。

其次因?yàn)榇铊F線束的特殊性，16mm2、25mm2或更粗導(dǎo)線需要較大的轉(zhuǎn)彎半徑，一般按照10～15倍線束直徑選擇；考慮防腐，需要在端子尾壓部位加上熱縮管防護(hù)；這些特殊的特性在進(jìn)行線束布置設(shè)計(jì)分析時(shí)容易被遺漏。如圖5所示。

該案例在3D數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)入端子，繪制線束數(shù)據(jù)后，并未考慮熱縮管的長(zhǎng)度引起的線束長(zhǎng)度的減少，導(dǎo)致線束動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)段自由度不足而發(fā)生長(zhǎng)期振動(dòng)后銅絲受力斷裂的情況。

需要注意的是，3D數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)如果動(dòng)態(tài)段長(zhǎng)度本身受限的情況下，要考慮防護(hù)物料的疊加對(duì)運(yùn)動(dòng)段的影響，以免后續(xù)數(shù)據(jù)凍結(jié)周邊開模后方案優(yōu)化受限。

2.2.2" 電源正極線束蓄電池至動(dòng)力總成段

蓄電池正極線束主要是為蓄電池、電器盒、起動(dòng)機(jī)以及發(fā)電機(jī)提供可靠物理連接的線束。蓄電池正極線束的導(dǎo)線線徑根據(jù)發(fā)電機(jī)的大小、整車用電器負(fù)荷來選擇，一般選擇16mm2、25mm2等大平方導(dǎo)線。

蓄電池正極線束、發(fā)電機(jī)回路設(shè)計(jì)為獨(dú)立回路，根據(jù)發(fā)電機(jī)的選型來選擇合適的熔斷絲容量來保護(hù)。起動(dòng)機(jī)回路和電器盒的B+輸入線束打卡共線，減少物料成本上的浪費(fèi)。正極線束的布置一般都是獨(dú)立布置，不和傳感器回路布置在一起，規(guī)避大電流對(duì)敏感傳感器信號(hào)的干涉。一些特殊發(fā)動(dòng)機(jī)布置，起動(dòng)機(jī)布置位置和發(fā)電機(jī)布置位置差得很遠(yuǎn)，獨(dú)立走線較為困難，需要和其他線束共線，這部分比較少。

蓄電池正極線束的布置難點(diǎn)在于布置在前艙里，周邊零部件較多，環(huán)境復(fù)雜，不僅要考慮動(dòng)靜態(tài)結(jié)合處線束運(yùn)動(dòng)余量外，同時(shí)要基于前艙里發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件的模態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)合理的線束三維走向，校核好與周邊零部件的動(dòng)靜態(tài)的安全間隙。一般設(shè)計(jì)安全間隙為：相對(duì)靜態(tài)間隙d≥10mm，動(dòng)態(tài)間隙D≥25mm。動(dòng)靜態(tài)處的設(shè)計(jì)要求為：考慮發(fā)動(dòng)機(jī)模態(tài)X、Y、Z三個(gè)方向上的最大運(yùn)動(dòng)量，留有足夠的線束運(yùn)動(dòng)余量，動(dòng)總不同，其運(yùn)動(dòng)量存在差異，一般預(yù)留長(zhǎng)度20mm，具體基于運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)定，同時(shí)運(yùn)動(dòng)量尺寸需要定義為關(guān)鍵尺寸，公差±5mm。由于運(yùn)動(dòng)段的存在，線束兩端需要考慮可靠的固定，優(yōu)先選擇日式管卡的固定方式（圖6），此方式固定可靠，具有一定的定向優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)很好保證關(guān)鍵尺寸的一致性。正極線束制作的注意事項(xiàng)基本等同變速器搭鐵線束。

2.2.3" 發(fā)動(dòng)機(jī)本體線束至車身

發(fā)動(dòng)機(jī)線束主要連接發(fā)動(dòng)機(jī)本體上的機(jī)油壓力開關(guān)、后氧傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、車速傳感器、起動(dòng)機(jī)勵(lì)磁插件、爆震傳感器、噴油嘴線束接插件、電子節(jié)氣門傳感器、空氣壓力傳感器、前氧傳感器、凸輪軸傳感器進(jìn)/排氣、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、可變凸輪軸正時(shí)進(jìn)/排氣和可變進(jìn)氣閥等功能元器件。

發(fā)動(dòng)機(jī)線束本體采用波紋管包裹方式，特殊部分采用耐磨布基膠帶或耐磨工業(yè)塑料布、鋁箔膠帶包扎；耐溫按照不同區(qū)域分為100℃、120℃、150℃等級(jí)；導(dǎo)線打卡處采用超聲波焊接；濕區(qū)線束打卡點(diǎn)采用熱縮管（帶膠）保護(hù)，環(huán)形端子的尾壓采用熱縮管（帶膠）保護(hù)處理。

發(fā)動(dòng)機(jī)線束還有部分需要連接到車身電器盒，以及ECU模塊的線束，是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)段。由于發(fā)動(dòng)機(jī)線束同樣處于前艙，周邊環(huán)境復(fù)雜，空間小，運(yùn)動(dòng)段線束兩端需要采用可靠的固定。同樣采用日式管卡，配合開發(fā)的支架，確保運(yùn)動(dòng)段布置可靠，運(yùn)動(dòng)間隙滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，運(yùn)動(dòng)間隙d≥25mm。注意事項(xiàng)如下。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)端線束需要留有足夠的運(yùn)動(dòng)余量，一般要求預(yù)留長(zhǎng)度L≥20mm。具體根據(jù)動(dòng)總模態(tài)來詳細(xì)對(duì)接確認(rèn)。不同的動(dòng)總搭配，運(yùn)動(dòng)量存在差異。具體預(yù)留長(zhǎng)度，結(jié)合實(shí)車驗(yàn)證，最終確定設(shè)計(jì)，才更具合理性。

2）運(yùn)動(dòng)端線束內(nèi)部盡量避免工藝布置線束打卡點(diǎn)位置，這樣不僅會(huì)造成線束變粗，同時(shí)線束的長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)，打卡點(diǎn)稍有制作和防護(hù)不到位，就會(huì)有失效風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)因打卡的存在，造成線束包裹外觀不良。

3）運(yùn)動(dòng)段為了充分考慮空間，包裹一般采用布基膠帶包裹。布基膠帶有足夠的耐溫性和對(duì)線束的防護(hù)作用。其次使用波紋管，波紋管內(nèi)外徑差異大，會(huì)造成線束很粗，存在與周邊零部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)間隙不足的風(fēng)險(xiǎn)。具體使用需根據(jù)環(huán)境布置的實(shí)際情況，結(jié)合零部件的運(yùn)動(dòng)模態(tài)最后確定。

2.2.4" 五門車身到門段線束

考慮五門總裝裝配工藝和線束裝配便利性，五門線束與車身主干線束采用對(duì)接插件連接，并選用合適的插件和密封結(jié)構(gòu)來固定防護(hù)，如圖7所示。

1）為防止干濕區(qū)有虹吸現(xiàn)象，建議干濕區(qū)密封結(jié)構(gòu)布置時(shí)設(shè)置Z向高度差（Z向干區(qū)高于濕區(qū)）。

2）為考慮單車成本及可靠性要求，建議五門線束跟車身線對(duì)接插件選用非防水插件且布置于干區(qū)。

2.2.5" 輪速、EPB卡鉗、前后氧等電器件自帶線束

輪速、EPB卡鉗線束所處工作環(huán)境較為惡劣，高溫、高濕且高頻跳動(dòng)，同時(shí)可能會(huì)存在外部飛濺物的沖擊。在設(shè)計(jì)此段線束時(shí)，需考慮其導(dǎo)線選型、導(dǎo)線外包覆物選擇的特殊性，因此此段線束的故障率也會(huì)相對(duì)高于整車其他區(qū)域的線束。為了方便整車的維修性以及整車成本維度考慮，建議此段線束進(jìn)行自帶線束，如圖8所示。

前后氧傳感器所處的環(huán)境為超高溫區(qū)，普通插件沒法實(shí)現(xiàn)直接與傳感器端進(jìn)行插接。為了方便整車的維修性以及整車成本維度考慮，建議此段線束也進(jìn)行自帶線束，如圖9所示。

3" 總結(jié)

綜上所述，低壓線束設(shè)計(jì)開發(fā)過程中與周邊件的關(guān)聯(lián)度較高，布置線束時(shí)需要充分考慮空間、溫度、干濕區(qū)、動(dòng)靜態(tài)和防腐等維度，依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范來布置，做到布置合理、可靠方能保障整車的功能正常，達(dá)成整車可靠性目標(biāo)要求。

（編輯" 楊凱麟）

收稿日期：2024-11-08