汽车尾门线束胶套的结构设计与验证

【摘要】介绍汽车尾门线束胶套的设计与验证，对汽车尾门线束胶套的布置方法、关键尺寸、验证方法等内容进行描述，为汽车尾门线束胶套设计提供经验参考。 

在汽车上， 汽车线束是汽车实现整车功能的网络主体， 汽车线束承载着汽车整车用电器的电源分配、搭铁分配、信号传输， 在汽车上起到无可替代的作用。在汽车结构设计中， 尾门线束的设计重点在于尾门线束胶套的设计， 线束胶套的设计合理性， 直接影响了尾门线束的可靠性和耐久性。下文介绍汽车尾门线束胶套的设计与验证。

汽车尾门线束胶套是尾门线束总成的二级零件， 随尾门线束总成在整车工厂装配。尾门线束胶套被安装在汽车尾门钣金与车身钣金之间， 其作用是保证车辆密封性、线束过孔保护、线束平滑过渡。常用的线束胶套材料有天然橡胶、氯丁胶、硅橡胶、三元乙丙等。汽车线束胶套多以三元乙丙， 即EPDM为主要材质， 汽车尾门线束胶套也是使用三元乙丙橡胶材料。

汽车尾门系统一般包含尾门锁、尾门开关、尾门天线、尾灯、尾门关闭开关、摄像头、收音机天线等电子执行器件， 这些执行器件的控制单元一般布置在驾驶舱内，线束连接执行器件和控制单元需从尾门钣金穿过车身钣金进入到驾驶舱内。为了保护线束， 满足拉伸、收缩和车辆密封的要求， 尾门线束胶套结构设计一般与钣金密封配合， 中间设计为管型带波纹状的结构形式， 如图1所示。

2.1 汽车尾门线束胶套的基本结构参数

尾门线束胶套属于非标准件， 胶套结构设计时，一般需要定义配合件的相关尺寸要求，即车身端钣金孔结构（形式与尺寸）、尾门端钣金孔结构（形式与尺寸）、胶套长度、适配线径。

2.2 汽车尾门线束胶套的结构设计

汽车尾门线束胶套的布置形式一般有单侧布置形式与双侧布置形式， 如图2、图3所示。汽车尾门线束胶套使用单侧还是双侧布置形式一般取决于尾门系统的配置高低、尾门电器执行器的布置位置、线束搭铁分布、线束成本等因素。

以某车型为例， 采用的是单侧线束胶套的形式， 该车型尾门系统包含的功能模块为：尾门锁、高位制动灯、尾门外开关、收音机天线。胶套的结构参数如下。

1） 尾门锁有3根0.75mm² （直径1.9mm） 导线回路， 高位制动灯有2根0.5mm² （直径1.6mm） 导线回路， 尾门外开关有2根0.5mm² （直径1.6mm） 导线回路， 收音机天线为1根直径5.2mm的同轴线。根据计算可以得出（也可用实际导线包扎测量）：穿过尾门线束胶套的线径约8mm。线束直径计算公式可参考图4所示。

2） 胶套线槽结构尺寸：线束线径8mm， 为了预留线束活动空间以及车型改型增配的需要， 线束胶套的填充率γ一般在50%~60%之间较为合适， γ=S1/S2， S1为线束截面积， S2为胶套线槽截面积， 如图5所示。根据计算， 胶套线槽约Φ12mm， 可根据胶套整体结构设计再进行微调。

3） 尾门端钣金孔及胶套结构确定：钣金孔需要穿过所有线束接插件， 钣金孔的直径一般大于线束中最大的线束接插件外轮廓圆半径5mm以上， 考虑到线束接插件与线束主干一起穿孔的情况， 这个值还要更大些，如图6所示。

为了防止线束装配时发生转动， 钣金开孔一般设计为椭圆形。根据该车型的线束插件校核， 钣金孔尺寸定为26mm×31mm×0.6mm （钣金厚度随车身要求）， 配合平面＞5mm。尾门端钣金孔结构示意如图7所示。尾门端胶套结构示意如图8所示。

4） 车身端钣金孔及胶套结构确定：根据尾门端钣金孔相同的设计方法， 该车型车身端钣金孔也定为椭圆26mm×31mm×0.6mm（钣金厚度随车身要求）， 配合面平面＞5mm， 如图9所示。车身端胶套结构同尾门端结构设计方法相同， 需多胶套固定结构， 固定结构一般长20~25mm。固定结构也可在尾门端设计， 根据实际需求而定， 如图10所示。

5） 胶套长度确定：为了尾门开关过程中尽可能使胶套变形量小， 线束不折线， 车身端和尾门端钣金开孔Y向需错开一定距离， Z向高度差不能过大。如图11所示， 根据长期经验， 为了减小线束的伸缩量， 减小线束弯折受力， 车身端和尾门端开孔位置的选取， 要求满足Z2＜Y。Z1为尾门关门状态车身端和尾门端开孔高度差， Z2为尾门开门状态车身端和尾门端开孔高度差。Y为尾门端与车身端的横向距离。胶套的实际长度一般按照L=（L1+L2）/2， L1为尾门关闭状态胶套的数模长度， L2为尾门开启状态胶套的数模长度。根据该车的车身钣金与尾门钣金结构及周边件确定胶套两端位置， 胶套开关门状态的长度L1=132mm，L2=168mm， 所以胶套长度L=150mm。

6） 胶套波纹段的结构：为了胶套伸缩性更好， 胶套中间段一般设计为波纹结构。波纹结构的长短要求并没有标准值。波纹结构的长度主要考虑因素是胶套在尾门开关过程中的伸缩量， 波纹段的伸缩量=（尾门开门状态胶套长度L2-尾门关门状态胶套长度L1）/2进行计算， 该车型尾门胶套伸缩量=（168-132）/2=18mm。根据经验， 胶套的伸缩量18mm， 波纹结构长度S在70mm以上可满足要求。胶套波纹结构尺寸如图12所示。

胶套的结构设计需满足注塑模具开模、胶套出模的要求， 所以胶套一般设计为对称结构。根据上述胶套结构参数， 该车型汽车尾门线束胶套数模结构示意如图13所示。

2.3 汽车尾门线束胶套的验证

汽车尾门线束胶套还需要进行相关的验证， 只有进行充分验证才能确保尾门线束胶套的可靠性， 验证项目见表1。

通过本文对汽车线束尾门胶套的设计与验证的介绍，对汽车尾门线束胶套的设计与验证有一个清楚的认识。目前汽车尾门线束胶套的设计还没有一个十分完整的设计标准， 也没有较好的CAE分析办法， 更多的是根据设计经验、实车校验、台架试验、整车试验进行验证。