汽車電氣系統(tǒng)中的線束可靠性研究

汽車電氣系統(tǒng)中的線束可靠性研究

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)始于故障或一般故障項(xiàng)目。主要設(shè)計(jì)流程如圖1所示。作為設(shè)計(jì)流程的關(guān)鍵階段,電氣系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)與電氣系統(tǒng)三維布置需要同步進(jìn)行,假如將電氣系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)比作是靈魂,那么電氣系統(tǒng)三維布置則是承載靈魂的軀體。電氣系統(tǒng)三維布置完成的品質(zhì)直接影響樣車試制的品質(zhì),高效的三維布置可以減少試制過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題,降低試制費(fèi)用,縮短整車設(shè)計(jì)時(shí)間。電氣系統(tǒng)三維布置主要是指利用CATIA、PRO/E等三維軟件對(duì)整車電器元件、電線束及相關(guān)固定結(jié)構(gòu)在整車上進(jìn)行布置,包括電器件三維布置以及電氣線束三維布置兩部分,其中電器件主要根據(jù)整車具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置。本文根據(jù)實(shí)際汽車線束三維布置經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出了一些基本原則及注意事項(xiàng),主要從線束裝配性、線束可維護(hù)性以及線束安全可靠性等方面進(jìn)行闡述,為汽車電氣線束的三維布置設(shè)計(jì)提供了基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。1設(shè)備布置的布置汽車電氣系統(tǒng)三維布置按照?qǐng)D2所示設(shè)計(jì)流程進(jìn)行。將整車電氣系統(tǒng)根據(jù)位置不同分成底盤、儀表板、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等不同模塊,針對(duì)每個(gè)模塊首先進(jìn)行電氣設(shè)備布置,此項(xiàng)工作由電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)師與整車系統(tǒng)工程師共同完成。電氣設(shè)備布置方案確定后,開(kāi)始進(jìn)行線束走向設(shè)計(jì),按汽車電氣線束布置的原則進(jìn)行線束走向設(shè)計(jì),并對(duì)走向方案進(jìn)行校驗(yàn),直至合理。完成電氣線束走向設(shè)計(jì)后,根據(jù)線束走向確定固定方式及結(jié)構(gòu),并對(duì)固定方式及結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、干涉性校驗(yàn),根據(jù)最終確定的設(shè)計(jì)方案繪制電氣線束二維圖、相關(guān)固定結(jié)構(gòu)二維圖。下面主要探討汽車線束布置過(guò)程中的基本設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)。2汽車電氣件的布置在對(duì)汽車線束進(jìn)行三維走向設(shè)計(jì)時(shí),一定要充分結(jié)合車身鈑金、車架等線束依附體的具體情況對(duì)整車電氣件進(jìn)行綜合全面的考慮。進(jìn)行線束布置設(shè)計(jì)的同時(shí)也要考慮線束固定問(wèn)題,根據(jù)鈑金件結(jié)構(gòu)、整車機(jī)械結(jié)構(gòu)確定固定方式以及固定點(diǎn)的數(shù)量;控制器較多且需集中布置的情況下,對(duì)控制器的布置也要著重考慮。2.1便于安裝在汽車線束布置裝配性方面主要側(cè)重考慮兩方面內(nèi)容:線束本身易于裝配;線束固定結(jié)構(gòu)易于裝配。2.1.1汽車整車的設(shè)計(jì)應(yīng)用國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)汽車線束布置時(shí)要考慮盡量不給整車裝配過(guò)程增加過(guò)多工序,對(duì)于整車的不同區(qū)域可采用分裝方式,如儀表板、車門、頂棚、左右車身等。并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中有針對(duì)性地考慮不同區(qū)域的特點(diǎn),所設(shè)計(jì)的線束走向不得影響其他整車零部件的裝配;在線束過(guò)孔時(shí),所需過(guò)孔的外包絡(luò)直徑最大的插接器,其直徑一定要小于鈑金孔直徑,否則會(huì)造成線束無(wú)法穿過(guò)。2.1.2固定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)線束固定方式及固定結(jié)構(gòu)時(shí)一定要考慮裝配性,不能在追求固定可靠的同時(shí)給裝配過(guò)程增加過(guò)多工序,根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出以下注意事項(xiàng)。1)盡量采用簡(jiǎn)潔的固定方式,尤其對(duì)于空間狹小區(qū)域,如車門內(nèi)走線、白車身與內(nèi)飾間走線,由于其空間狹小,盡量采用塑料卡扣或膠帶固定。2)過(guò)孔橡膠護(hù)套應(yīng)設(shè)計(jì)成在小于100N安裝力的情況下,即可完全裝配于鈑金孔內(nèi)。3)對(duì)于需要用手指壓裝的固定件,操作力為45N;用手壓裝的固定件,操作力為75N。4)在線束固定結(jié)構(gòu)以及相關(guān)功能盒體設(shè)計(jì)過(guò)程中,盡量采用常用的標(biāo)準(zhǔn)件,并且標(biāo)準(zhǔn)件種類盡量少,通過(guò)前期設(shè)計(jì)減少裝配及維修中專用工具的使用。5)對(duì)于裝配時(shí)插接器或線束固定結(jié)構(gòu)需要穿過(guò)駕駛室的情況,其緊固件如果采用普通六角螺母和螺栓,一個(gè)人很難獨(dú)立完成,此時(shí)一般考慮采用焊接螺母或自攻釘進(jìn)行固定。6)線束的固定孔要盡可能開(kāi)在結(jié)構(gòu)件的平面區(qū)域,在曲面上固定時(shí),最好在結(jié)構(gòu)件上做出小平面。7)在進(jìn)行電氣線束布置時(shí),盡可能考慮大總成模塊化裝配,提高生產(chǎn)線裝配速度。如變速器線束、發(fā)動(dòng)機(jī)線束分別裝配到變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體上,之后作為整體裝配到底盤上。2.2插接件的布置在整車電氣線束布置時(shí),要重視售后維護(hù)環(huán)節(jié)。良好的可維護(hù)性體現(xiàn)在出現(xiàn)電氣系統(tǒng)故障時(shí),在最短的時(shí)間內(nèi)將故障排除,以及進(jìn)行故障排除時(shí)避免維修操作對(duì)其他部件造成損壞1)線束插接件盡可能布置在觸手可及的地方。2)線束插接件如果只能用單手插拔,其對(duì)插端要被可靠固定。3)同一部位的插接件要用顏色、大小、內(nèi)部定位等方法進(jìn)行區(qū)分,防止錯(cuò)插。4)插接件末端的線束應(yīng)該預(yù)留一定的長(zhǎng)度,以便于插接件的插拔:對(duì)于開(kāi)關(guān)端的線束建議預(yù)留80~100mm,組合儀表、音響、空調(diào)面板、熔斷絲盒等維修率比較高的電器件,其后端線束根據(jù)總成安裝位置預(yù)留到容易插拔的長(zhǎng)度。圖3為某越野車儀表板功能開(kāi)關(guān)線束,為便于功能開(kāi)關(guān)拆卸、維修,在進(jìn)行此處線束設(shè)計(jì)時(shí),將功能開(kāi)關(guān)分支預(yù)留了100mm的余量。2.3汽車底部線束的裝配線束如何可靠工作也是汽車電氣線束布置時(shí)需要著重考慮的問(wèn)題,主要通過(guò)采取增加線束覆蓋物對(duì)線束本體進(jìn)行防護(hù)、對(duì)線束通過(guò)鈑金孔處進(jìn)行可靠防護(hù)、增加線束固定支架、在條件允許的情況下盡量減少線束分段等措施,提高線束工作的可靠性。1)線束穿過(guò)鈑金孔時(shí),通過(guò)增加過(guò)孔護(hù)套避免金屬件對(duì)線束的磨損。2)線束越過(guò)鈑金件時(shí),為了避免鈑金件邊緣對(duì)線束造成磨損,考慮采用異型扎帶或在鈑金件上增加橡膠條做防護(hù)。3)線束布置應(yīng)沿邊、沿槽,防止線束直接承受壓力。4)電線束尺寸應(yīng)符合QC/T29106的規(guī)定,其中電線束基本尺寸極限偏差取值如表1所示。5)線束直徑過(guò)大需要彎折一定角度時(shí)要預(yù)留足夠空間,一般線束彎折半徑要大于線束直徑的兩倍,此問(wèn)題在直頭插接器根部要重點(diǎn)考慮,以免彎折空間過(guò)小對(duì)線束及插接器造成損壞。6)所有布置在運(yùn)動(dòng)件附近的線束,與運(yùn)動(dòng)件間應(yīng)至少留有50mm間隙。7)兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)件上的線束,必須被固定到每個(gè)運(yùn)動(dòng)件上。8)運(yùn)動(dòng)件、開(kāi)閉件(如車門)間的線束要留足最大開(kāi)度的長(zhǎng)度,并考慮在部件最小開(kāi)度時(shí)的堆積空間和固定方式。圖4所示為某款輕型車車門與白車身間線束過(guò)渡情況,在進(jìn)行該線束設(shè)計(jì)時(shí)要考慮車門的最大開(kāi)度,并根據(jù)車門最大開(kāi)度時(shí)車門與白車身間距離確定線束長(zhǎng)度,線束長(zhǎng)度確定后需要驗(yàn)證車門關(guān)閉時(shí)車門與白車身間隙大小,為避免關(guān)閉車門對(duì)線束護(hù)套及線束造成擠壓,可在車門或白車身對(duì)應(yīng)位置區(qū)域做下凹處理。9)一段長(zhǎng)線束相鄰固定點(diǎn)間距離不能大于300mm,當(dāng)車體結(jié)構(gòu)不能保證時(shí)相鄰固定點(diǎn)間距離最大不能超過(guò)400mm。10)線束彎曲處,彎曲點(diǎn)前后均應(yīng)設(shè)置固定點(diǎn)。11)鈑金結(jié)構(gòu)件不允許開(kāi)孔時(shí),可考慮熔焊卡條或焊接凸起支架及凸焊螺栓(卡柱)進(jìn)行線束固定。12)需要在外面連接電器件插接件且需再塞回固定的線束,除為保證線束維修性而留足拉出操作時(shí)需要的長(zhǎng)度,還要考慮固定后的線束堆積空間和線束固定方式。13)設(shè)計(jì)時(shí)線束分支必須有足夠的松弛度(大于線束最小長(zhǎng)度25mm),使其不對(duì)所連電器件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。14)由于車輛差異化,裝配時(shí)暫未用到的線束分支,按照100~200mm理順后按圖5所示固定在主干線或支架上,捆扎線束時(shí)最小彎曲半徑不能小于線束直徑的2倍。圖6為某越野車底盤線束備胎升降開(kāi)關(guān)分支的處理,由于該車備胎升降開(kāi)關(guān)布置在車廂上,因而在進(jìn)行底盤裝配時(shí)需要將該段線束可靠捆扎于底盤線束主干上。15)根據(jù)線束位置不同、工況不同,設(shè)計(jì)不同的線束防護(hù)形式,如車門線束以及內(nèi)飾板內(nèi)部的左右車身線束,由于空間狹小,一般考慮采用膠帶防護(hù);底盤與車體接觸較多,且暴露在室外,一般采用具有防水性能的閉口波紋管防護(hù);在整車溫度較高部件(如發(fā)動(dòng)機(jī)等)附近布線,需要采取隔熱措施2.4線路回路的信號(hào)強(qiáng)度電氣線束回路一定要盡可能縮短?？紤]好拆裝工藝后,就要考慮怎樣才能盡量縮短電線回路,因?yàn)檩^短的回路有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):1線路段消耗電壓低,電壓就可以匹配到電器件上,它們相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度較高;2減輕整車質(zhì)量;3降低線束成本。2.5插接件的增加有些時(shí)候?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)裝配的工藝性,在進(jìn)行汽車電氣線束三維設(shè)計(jì)的時(shí)候可能會(huì)將原本可以是1段的線束分成2段,這樣就勢(shì)必增加線束插接件,在進(jìn)行分段設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)插接件的增加一定要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題。1)線束上總的電壓降增加,電器件上的信號(hào)強(qiáng)度衰減。2)插接件的增加,勢(shì)必會(huì)造成電氣連接的不可靠連接點(diǎn)增加。3)為了固定增加的插接件,勢(shì)必要增加支架或考慮其他固定方式。4)增加電線束組裝工時(shí)和物料成本。