汽車線束輕量化設計方案淺談
汽車線束是汽車重要的組成部分,其重量大概占整車重量5%。隨著汽車工業的發展壯大,汽車對輕量化設計越來越重視起來。線束作為汽車的神經網絡,也應該對線束自身的輕量化設計開始重視起來。
汽車線束的組成部分有導線,接插件,線束包扎物,卡扣,橡膠件等,其中導線占線束總成的重量比重巨大,達到70%以上,包扎物占比大概在20%左右。因此,作汽車輕量化設計的時候,應該重點關注導線和包扎物這塊。這里我們主要談談如何降低導線的重量。
降低導線的重量,主要從三個方面入手,一是減少導線的長度,二是減小導線的截面積,三是使用輕型材料。
1.減小導線的長度
導線長度的降低,主要有兩個方面,即布置優化和原理設計優化。
1.1布置優化
線束布置優化設計,要求將線束的路徑設置成最短。這是線束進行輕量化設計主要考慮的方面。
舉例說明:
1降蓄電池與機艙保險盒布置在同一側,這樣可以大大的減少蓄電池到機艙保險盒正極電源線的長度。
2將機艙保險盒/蓄電池布置在靠近發電機的一側,這樣可以大大減少發電機充電正極線到保險絲盒的長度。
3將機艙保險絲盒/蓄電池布置位置盡量靠近機艙前圍鈑金,這樣可以極大的縮短電源線到儀表電器盒的尺寸。
以上3點主要是針對粗線徑的電線的長度優化,這在整車布置前期主要考慮,這些方案對線束成本和輕量化改善效果很大。如下圖大眾邁騰的蓄電池與機艙保險盒的布置。

另外,再補充一下線束路徑的選擇,要求還是一個,盡量簡短繞線的長度。
如下圖所示,圖中A是電源,它需要連接到用電器B和用電器C為用電器,圖中的三種方式都可以實現有效的連接。但是布置1明顯比布置2和3回路更短。

再比如某重卡的底盤線束,左為優化前,右為優化后的。該重卡車型的底盤線束總成重量從優化前的11.7kg,布置優化后降低為6.52kg。
2原理優化
原理優化設計可以從根源上進行線束輕量化話設計,但是這塊需要經驗豐富的工程師進行指導,并且經過專家組評審及相關必要實驗驗證通過后才可施行。大體上來講關注以下幾個方面:
1 保險設置是否合理?是否有可能降低保險絲的容量,以便進行相關線徑的減小,最終將回路導線重量減輕。
2 將同類型的用電器的保險絲共用,從而減少電源回路
3 搭鐵優化設計,將搭鐵合并,減少搭鐵回路
4 搭建網絡架構,使用CAN總線,LIN線技術,減少線束回路.(這點相信目前大部分車輛都采用了)
5 對于信號交互類的導線,使用規格更小的導線。比如使用0.35的導線替代0.5的。目前小線徑的導線是一個趨勢,比如目前比較火熱的0.13規格的導線。這里順帶提一句,目前0.13線徑的導線的技術難點在于抗拉強度及壓接強度上。導線越是細,其抗拉強度越是低,細小的導線直徑容易被拉斷。目前,0.13平方毫米導線的壓接工藝主要是DOUBLEX壓接,即此壓接工藝是將0.13平方毫米導線的剝線留長一點,而后將其對折并進行壓接。但是這種方式比較費力,如下圖:

3使用輕型材料
輕型材料這塊目前來看有兩個方面,一是使用薄壁導線,降低絕緣皮的重量;一是使用鋁導線。
1薄壁導線
超薄壁導線PPE的應用是導線小型化的一個突破。通常來說,導線一般為PVC薄壁絕緣層(TW),其壁厚為0.4mm,新型超薄壁絕緣層(UTW),其壁厚為0.2mm,就拿0.35mm2導線為例,如圖29所示,超薄壁導線較薄壁導線減少了27%直徑,47%體積和30%多的重量,其輕量化效果明顯。

2 鋁導線
隨著銅價的不斷飆升和鋁材料導線不斷推廣應用與技術的進步,即便鋁的導電性和安全性低于銅,線束的材料還是不斷的被鋁線代替。在高壓導體和車用低壓線纜領域,鋁導線材料已經成為了銅材料的有力競爭者。鋁導線的運用也是一個方向。
目前鋁導線的技術難點有兩個方面,1鋁導線與銅質接線端子壓接面臨的諸多技術難題;2鋁線與銅線壓接工藝的一致性不好。因此,鋁導線在線束上運用的還不是很多,目前主要應用在電池正負極等大線徑的導線,相關的電源端子也逐步用鋁材代替了銅材。
下圖為沃爾沃L421項目汽車的發動機線束,其中電源線部分回路使用了鋁線替代。原本導線回路為25平方的銅線,長度1200mm,現用42平方的鋁線作為替代。此電源線在沒使用鋁線時,重量為1039克,經過鋁線替代后,線束大概為700克,單根線減重約32%。

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