【中国汽车电子电气技术专家委员会】汽车线束设计思路及零件选型

摘　要：汽车线束是汽车电路的重要组成部分，汽车线束的设计合理是保证汽车安全驾驶的条件之一。本文介绍了汽车线束的设计流程，及核心原材料的选型事宜。原理设计，3D 布局是线束设计必不可少的环节。连接器，导线，保护材料等关键原材料的正确选择是汽车线束发挥应有功能的基础。

引言


汽车线束设计基本思路是，根据用电设备需求，确定线路回路并计算出各回路特别是大功率设备的电压电流，根据用电设备选择对配的连接器，根据电流确定线束截面积，然后设计线束走向。

线束设计概述


1 线束开发设计基本流程如下：
（1）根据主机厂要求的功能表，将和线束连接的功能件全部列出，并与对应的电器工程师确认元件功能，获取 ICD 信息，确定电器原理布局图。对各 ECU 系统的原理进行核对，将各个功能部件整合为一份完成的线束原理图，一般电源系统和接地部分可以采用铆接点合并在一起。同时核对各功能系统的电流大小，（包含过电流或堵转电流等），确保能满足例如电机，开关，保险丝，吹风等用电系统的工作需求。
（2） 进行初3D分布图的设计，按照线束通用工艺的加工和组装顺序，使用 CATIA 或 UG 软件完成线束的走向分布。此过程中要基本定义出保险丝盒的安装位置，初始 3D 分布图纸一般要预留一定的余量。
（3）进行 2D 图纸的转化，2D 图纸参考行业内标准，例如 QC29106 标准中有相关要求。
（4）根据初始 2D 图纸，制作手工线束样件，并在汽车中试装。
（5）根据实际试装结果和试运行结果，线束 3D 布线工程师对导线走向或长度在进行优化调整，要考虑动态情况。
（6）线束是配合整车电器功能件的安装连接，由于各电器系统或整车安装要求，线束一般需要配合各系统进行不断的调整，优化，即整个开发过程也是设计不断的优化和更新的过程。
设计方法


1、线束原理设计
（1）向整车厂需求整车电器功能，电流要求及其他特殊要求。并确认电器件的安装地点，电器件和线束的装配方式，工作环境等所有信息。
（2）参考客户需要实现的功能和方式，制作电器原理图和线路布置图。
（3）对每个电器部件系统进行能源分配，包括电源线，接地线的分配。
（4）导线线径的确定。首先由电器件的实际功率获取导线需要通过的电流；长期工作部件使用实际载流量60% 的导线（例如加热系统，娱乐系统，安全系统）；短时间工作部件使用实际载流量 60%-100% 之间的导线。（例如座椅调节电机，车窗升降电机，调角器等）。
2、3D 布线设计
线束三维走向一般是在满足整车电器安装前提下，结合车身钣金布局走向和开孔开槽设计，进行整体布局。尤其线束的分段设计和主干定位更要考虑整体的布局。
2.1 汽车线束三维布线的要求
汽车线束三维布线从有到无是一个复杂的工程，主要参考如下几点：
（1）保证所有电气功能区易于装配，总装工段尽量简单，便于安装。如果有不宜与直接安装的部位，可以考虑内置对手件，单独安装后再组装到一起（这样成本方面会有提升）。门板，内饰等尾巴线可以单独装配。尽量保障传统的工艺过程和工装即可实现装配工序。
（2）装配之外，还要重视保养和维修，同样需要便于拆卸，即通常说的 DFD（design for disassembly），维修时只拆除一段线，比拆除整根线束要易于操作的多，同时节约成本，降低风险隐患。
2.2 线束布置其他细节点
线束布置除了以上所说的便于装配和拆卸外，还需要考虑如下细节点：
（1）预留足够的余量，（即使在公差下限情况下），尤其针对有相对运动的两个或多个部件之间的线束，一定要考虑极限位置所需要的长度。

（2）线束不能一直处于绷紧状态，否则会对导线铜片持续形成内应力，加速其老化过程。

（3）线束一般需要隔段用卡扣或卡槽的固定，不能有太长自由状态。
零件选型


1、导线选型
线束选择导线重点考虑线束需要实现的功能和环境。例如发动机线束，舱内温度很高且腐蚀性物质多，所以要选择乃高温，耐油类腐蚀的材料，例如铁氟龙或交联 PE 类。
后备箱或车门反复运动频繁，要选择弹性比较高的线束，例如 TPE 类或橡胶类。对于一些弱信号类，一般要使用复合屏蔽线，例如爆震传感器线束等。驾驶室内要求相对较低，可以考虑使用 PVC 类线束，节约成本并对轻量化有裨益。
2、连接器
连接器是线束最重要的部件，直接确定线束能否实现最核心的连接功能，对电器系统的稳定性起着决定性作用。
2.1 插接件的选型要求
首先是和电器组件的配合，机械插入保持力符合使用要求，优先选择带二次锁的设计。接触电阻尽可能低。绝缘电阻和过电流符合导线的工作电流要求。对于处在湿区的线束，需要选择防水护套，并配合适的密封圈或盲堵，达到不同区域不同防水等级的要求。
2.2 插接件原材料性能
①护套材质（塑胶件）：
目 前 连 接 器 常 用 材 质 主 要 有 PA66， PBT，ABS 等，一般需要增加一些添加剂以增加材料的性能，例如添加玻璃纤维，增加强度，添加增塑剂，增加软度。
②端子材质（铜件）：
端子一般常用的材料是黄铜，青铜和铜合金，黄铜有较强的耐磨性能，青铜铸造性好，耐磨且化学性质稳定，铜合金具有优良的导电性﹑导热性﹑延展性和耐蚀性，另外，考虑盐雾和老化，端子一般需要增加不同的镀层，镀锡，镀金等。
2.3 接插件分类
按照接插件对配形式可以分为：线对线，线对板。
① 线对线
线对线连接包括了线对线缆或者线缆对线缆的形式，其定义特征是两根单线个体或者是两条线缆中的对应导线相互永久性连接。
②线对板
线对板连接主要是一端连接器是与线或线缆相连，另一端连接器上端子固定，与基板焊接相连的一种连接。
线束包覆设计


汽车线束在车内长时间受到各种外界因数的影响，比如油污、灰尘、摩擦、仿水生锈等，如果线束上面没有保护材料，线材暴露在外很容易受到损伤，例如断线短路等，可能造成功能失效。包扎常用的几款材料如下：
1、波纹管
波纹管是汽车线束用到的最重要的线束保护材料，一般分为单边开口和密封型套管。
采用材质为 PE、PA6/66、PP 等，耐温一般在 -40℃～ 85℃， -40℃～ 125℃以及 -40℃～150℃三个等级。耐磨性较好，在高温区耐高温性、阻燃性、耐热性都很好。PA 材质在阻燃、耐磨方面较好，PP 材质在抗弯曲疲劳性方面较有优势。
2、胶带
胶带是线束中应用最为广泛的包覆方式，主要分为 PVC 胶带，绒布胶带和布基胶带三类。PVC 胶带绝缘性能较好，耐温一般在 80℃，改良后一般也只有 105 ℃，降噪行不好，且包覆完成后线束偏硬，目前 VOC 效果一般较差。绒布胶带和布基胶带的基材一般都是 PET，绒布胶带耐温在 105 ℃左右，降噪性好，包覆完成后线束比较软。布基胶带耐磨性最好，一般可以达到 D 级或 E 级的耐磨等级，耐温也可以达到 150 ℃，但价格偏高，一般用在过孔或有相对运动的地方。
3、编织网管
编织网管的材质一般为 PA66 单丝或 PET单丝编织而成，一般有开口型和闭口型，特点是耐磨性非常高，但是降噪性和成本也较高。一般用在长期相对运动的部位。
结    语


汽车线束被称为汽车的血管系统，随着汽车的飞速发展和使用体验的不断提高，对汽车线束的要求也在不断提高，更需要汽车线束人不断的研究开发新方案，才能应对日新月异的需求。
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