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汽车线束轻量化设计方案

       汽车线束是汽车重要的组成部分,其重量大概占整车重量5%。随着汽车工业的发展壮大,汽车对轻量化设计越来越重视起来。线束作为汽车的神经网络,也应该对线束自身的轻量化设计开始重视起来。
 
       汽车线束的组成部分有导线,接插件,线束包扎物,卡扣,橡胶件等,其中导线占线束总成的重量比重巨大,达到70%以上,包扎物占比大概在20%左右。因此,作汽车轻量化设计的时候,应该重点关注导线和包扎物这块。这里我们主要谈谈如何降低导线的重量。
 
       降低导线的重量,主要从三个方面入手,一是减少导线的长度,二是减小导线的截面积,三是使用轻型材料。
 
1、减小导线的长度
 
       导线长度的降低,主要有两个方面,即布置优化和原理设计优化。
 
1.1布置优化
 
       线束布置优化设计,要求将线束的路径设置成最短。这是线束进行轻量化设计主要考虑的方面。
 
举例说明:
       1、降蓄电池与机舱保险盒布置在同一侧,这样可以大大的减少蓄电池到机舱保险盒正极电源线的长度。
       2、将机舱保险盒/蓄电池布置在靠近发电机的一侧,这样可以大大减少发电机充电正极线到保险丝盒的长度。
       3、将机舱保险丝盒/蓄电池布置位置尽量靠近机舱前围钣金,这样可以极大的缩短电源线到仪表电器盒的尺寸。
       以上3点主要是针对粗线径的电线的长度优化,这在整车布置前期主要考虑,这些方案对线束成本和轻量化改善效果很大。如下图大众迈腾的蓄电池与机舱保险盒的布置。
 
       另外,再补充一下线束路径的选择,要求还是一个,尽量简短绕线的长度。
 
       如下图所示,图中A是电源,它需要连接到用电器B和用电器C为用电器,图中的三种方式都可以实现有效的连接。但是布置1明显比布置2和3回路更短。
       再比如某重卡的底盘线束,左为优化前,右为优化后的。该重卡车型的底盘线束总成重量从优化前的11.7kg,布置优化后降低为6.52kg。(来源汽车电器杂志数据)
2、原理优化
 
       原理优化设计可以从根源上进行线束轻量化话设计,但是这块需要经验丰富的工程师进行指导,并且经过专家组评审及相关必要实验验证通过后才可施行。大体上来讲关注以下几个方面:
 
       1 保险设置是否合理?是否有可能降低保险丝的容量,以便进行相关线径的减小,最终将回路导线重量减轻。
 
       2 将同类型的用电器的保险丝共用,从而减少电源回路
 
       3 搭铁优化设计,将搭铁合并,减少搭铁回路
 
       4 搭建网络架构,使用CAN总线,LIN线技术,减少线束回路.(这点相信目前大部分车辆都采用了)
 
       5 对于信号交互类的导线,使用规格更小的导线。比如使用0.35的导线替代0.5的。目前小线径的导线是一个趋势,比如目前比较火热的0.13规格的导线。这里顺带提一句,目前0.13线径的导线的技术难点在于抗拉强度及压接强度上。导线越是细,其抗拉强度越是低,细小的导线直径容易被拉断。目前,0.13平方毫米导线的压接工艺主要是DOUBLEX压接,即此压接工艺是将0.13平方毫米导线的剥线留长一点,而后将其对折并进行压接。但是这种方式比较费力,如下图:
3、使用轻型材料
 
       轻型材料这块目前来看有两个方面,一是使用薄壁导线,降低绝缘皮的重量;一是使用铝导线。
 
1、薄壁导线
 
       超薄壁导线PPE的应用是导线小型化的一个突破。通常来说,导线一般为PVC薄壁绝缘层(TW),其壁厚为0.4mm,新型超薄壁绝缘层(UTW),其壁厚为0.2mm,就拿0.35mm2导线为例,如图29所示,超薄壁导线较薄壁导线减少了27%直径,47%体积和30%多的重量,其轻量化效果明显。
2、铝导线
 
       随着铜价的不断飙升和铝材料导线不断推广应用与技术的进步,即便铝的导电性和安全性低于铜,线束的材料还是不断的被铝线代替。在高压导体和车用低压线缆领域,铝导线材料已经成为了铜材料的有力竞争者。铝导线的运用也是一个方向。
 
       目前铝导线的技术难点有两个方面,1铝导线与铜质接线端子压接面临的诸多技术难题;2铝线与铜线压接工艺的一致性不好。因此,铝导线在线束上运用的还不是很多,目前主要应用在电池正负极等大线径的导线,相关的电源端子也逐步用铝材代替了铜材。
 
       下图为沃尔沃L421项目汽车的发动机线束,其中电源线部分回路使用了铝线替代。原本导线回路为25平方的铜线,长度1200mm,现用42平方的铝线作为替代。此电源线在没使用铝线时,重量为1039克,经过铝线替代后,线束大概为700克,单根线减重约32%。
以上就是关于汽车线束轻量化的方案;大家有更好的思路欢迎在留言区和大家一块分享交流下。

来源:线束工程师散漫 

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