汽车线束3D仿真布线设计与技巧

2013-09-02张震华王龙波姚孝涛

汽车电器 2013年2期

安贺，张震华，王龙波，苑静，姚孝涛

（河南天海电器有限公司线束研发中心，河南鹤壁 458030）

目前，汽车线束制造企业与汽车制造企业联合进行汽车线束的研发、设计已经成为主流。在前期线束设计中为了方便、简单、快捷地得到汽车线束在空间的走向和尺寸；以使线束在整车中布置得更合理，尺寸准确，缩短开发周期，通常采用3D软件仿真模拟布线。目前，常用的3D线束布线软件有CATIA、PROE、UG等，由于不同的汽车主机厂家工程技术对线束开发所采用的线束3D布线软件各不相同，故线束制造企业的工程师熟练掌握与应用主机厂所采用的线束3D布线软件已成为必须具备的技能。当前，CATIA在线束3D模拟仿真中比较简单实用，而UG和PROE在实际操作中过于复杂和繁琐，故CATIA在汽车行业实际应用范围较广，如:一汽、奇瑞、江淮、青年莲花等汽车主机厂均采用CATIA软件。

1 汽车线束的3D布局设计

采用线束设计软件CATIA进行线束的3D布局设计。

由于线束的走向和布局方式主要受控于电器负载的安装位置、车体空间等因素影响，因此常根据电器负载的安装位置确定线束的走向布局设计。目前，国际通用的线束布局方式有3种，即E型线束布局设计、H型线束布局设计、T型线束布局设计。

1）E型布局设计图1为E型布局。形状类似字母E，整车线束从前向后以一条线束通道贯穿，适用于中小型车辆，例如:速腾、伊兰特、荣威550等。优点及局限性:布局简单，减少从发动机舱到驾驶舱的过孔；整车电气功能增多时，单一的前后线束连接通道导致线束较粗，不便于线束的装配，同时也不利于线束的生产制作。

2）H型布局设计图2为H型布局。形状类似字母H，车身地板线束沿仪表中控台，一部分通过左右两侧的车身钣金孔向车头方向，另一部分沿地板向后给照明等系统供电。例如:华泰汽车、长安悦翔、莲花L5等。优点及局限性:整车线束从前到后有2个通道，因此线束布局比较灵活，线束相对较细，汽车线束的生产制作更加方便。该方案常用于电器功能较多的高端车型。

3）T型布局设计形状类似字母T，仪表线束与地板线束合为一体，贯穿仪表台左右的同时从正驾驶和副驾驶之间在车身地板上向车尾布置，这种线束布局不太常见。采用T型布局的主线束，回路、导线根数较多，线束质量大，不利于线束的生产制作。例如:金龙海狮就属于T型线束布局。

2 汽车线束的3D仿真布线设计基本步骤

1）首先根据电器功能类型、汽车线束的回路数量、导线类型等因素，模拟仿真不同区域的线束直径。应考虑线束过孔的密封与保护，确定线束的固定孔位与保护方式。

2）采用一根线束连接所有的电器件是最合理的，但在实际线束装配和维修时是根本不可能做到的，所以要对汽车线束根据不同的电器功能区域进行合理分块。在满足方便线束装车装配、汽车线束制造、安全性最高的前提下，应尽量采用线束系统化的布线形式设计，尽量减少汽车线束间的回路对插连接，因为线束间对插连接的区域容易出现电路连接不良。合理的汽车线束功能分块既有利于汽车线束的装配和维修，也便于降低汽车线束生产制造成本。

通常情况下，一套整车线束包括发动机线束、电源线束、前舱线束、仪表线束、地板线束、顶棚线束、门线束等。

3）综合考虑熔断丝盒及继电器盒的安装位置、固定方式。

4）线束及其相关插件与车身电气功能件之间的干涉、安装过程中可能产生的干涉、安装顺序或安装后对其它件的安装导致的不合理、安装作业工具的空间、安装及维修的方便合理性等都需要校核。

5）线束设计时应综合考虑蓄电池、发电机、起动机等线束的具体设计方案，还应包含天线、水管、拉索等关联件的设计。

6）考虑整车线束的搭铁点、搭铁类型、搭铁方式的设计。

7）整个设计过程必须始终灌输设计最优、不断优化的概念，要求布置图走向最合理，对插接件的位置搭配合理。

8）对设计过程发现的潜在失效的原因，需进行分析、记录及修改，并制定预防对策。

9）还应满足相关的法律法规，对可能触犯相关条款的线束设计予以避让，对可能触犯相关条款的线束设计的失效模式予以预防。

3 汽车线束仿真布线要点及注意事项

1）应避免在高温区域（如废气排气管）和运动部件（如皮带、风扇、齿轮、凸轮等）上固定线束，考虑安全因素，应做到以下2点:①与高温区域保持足够的距离（要在150 mm以上）；②线束的布置应距离运动部件50mm以上，如图3所示。

2）对于汽车运动部件及插接件出线位置，须根据汽车部件振动幅度、运动件的最大运动行程，留有足够线长，避免让线束承受拉／张力。线束若长时间承受振动或拉力，则可能导致线束内部接点／插接件端子间出现接触不良。运动部件的布线示意对比如图4所示。

3）线束要避免从尖锐物、金属架边缘、焊接缝、车身上的固定孔处走线。避免因组装操作、振动摩擦使线束包扎覆盖物破损，导致线束导线破裂而造成线束内部短路。尖锐物、金属架边缘和焊接缝布线示意对比如图5所示，螺钉、螺栓和固定孔处布线示意对比如图6所示。

4）结合线束在整车上的实际安装位置，考虑到线束的低垂、移位、质量、固定方式和固定位置的方便性，线束必须设计有足够、合理的固定点和固定方式。线束的固定方式示意对比如图7所示。

为了保证线束安装的可靠性，线束需要具有一定的保持力。为达到这种保持力，在没有支点的直线距离上，线束的各安装固定点之间的尺寸一般间隔150～300mm。在设计线束固定点时，还应注意以下几点:①在钝角拐点位置可布置1个固定点，在直角拐点需布置2个固定点，锐角拐点在线束中应避免出现；②按照线束的截面尺寸选择固定卡扣，并在线束上标明卡扣的固定点和安装方向，且卡扣应满足承受线束质量的需要；③对于线束之间的对插连接、电器件连接的插接件位置，应在插接件前不大于120mm的合适位置，考虑设置固定点；④在支点位置的干线上设置固定点，固定点距离支点应不大于100mm；⑤在固定卡扣的安装方向上，必须有足够的空间以方便卡扣的安装、拆卸。

5）在湿区有可能溅水的区域，如发动机舱，为避免插接件进水，设计时应让插接件水平放置固定，如图8所示。

6）线束布线设计时，应尽量使插接件具有一定的保持力，如图9所示。

7）汽车线束的固定方式:①根据具体情况安装固定件，使线束固定点布置合理，固定可靠；②避免用胶带固定线束；③线束必须固定在车身上。

8）线束布线时，应注意环境对线束的影响:①做好线束保护，不被水、油污、无机盐、冷却液等侵蚀；②对有可能在汽车高速行驶时、车底溅石可能击中的部位，布线时对线束须额外添加保护或避开；③布线时，应避免电磁环境对线束干扰，并采用相应的隔离、屏蔽措施。

9）易受电磁环境干扰的线束区域、部件，通常采用的防护措施:①仪表板处线束必须有防电磁干扰措施，确保组合仪表、音响系统等信号的信噪比，使之能够正常工作；②发动机控制模块信号线、仪表信号线、ABS信号线、气囊信号线必须有防电磁干扰措施（如采用双绞线、屏蔽线等），确保各个系统能够正常工作；③避开零部件电磁干扰源，如将一些信号线尽可能布置到远离干扰源的位置，如:电喇叭、电机等用电器；④传感器信号电源线应避开大电流零部件的电源线，其间隔应大于300 mm；⑤应合理布置用电器，缩短信号线的长度；⑥对一些关键系统、重要系统的搭铁线应集中区域布置，避免受到其它搭铁线的干扰，如:安全气囊系统、ABS系统和音响系统等均为系统内实行双线制，整个系统采用一个搭铁点；⑦在易受到干扰位置的用电器外壳上，增加屏蔽搭铁。

4 汽车线束3D仿真布线时搭铁的设计及注意事项

1）在线束模拟仿真布线时，搭铁点数量、搭铁位置的选择是很重要的，否则会造成信号干扰，影响某些电器的功能实现。在就近搭铁原则的基础上，根据车型不同应设计成多个搭铁点。搭铁点的设计应注意以下几点:①弱信号传感器应单独且就近搭铁，保证信号正常传输；②发动机、安全气囊、ABS等ECU应单独搭铁，防止被干扰；③蓄电池负极搭铁和发动机、变速器搭铁要综合考虑搭铁端子，搭铁点数量，搭铁位置，防护措施等因素；④搭铁点布置在底盘或车身结构件上，即构件大、导电截面大、压降小，不会出现较大的、明显的搭铁点压差，影响用电器的正常工作；⑤搭铁点不要布置在雨水聚集区域或汽车外，避免搭铁点被腐蚀后接触不良；⑥不要在搭铁点位置涂漆或电泳，避免搭铁不良。

2）常见的搭铁形式:一种在车身钣金上焊接螺柱，使用表面喷塑加厚台的M6、M8、M10等螺母紧固；另一种在车身钣金上焊接螺母，使用螺栓组合件连接搭铁。

3）车身线束一般搭铁点位置的3D模拟仿真布线设计:①机舱内部前端的灯光和指示部分等搭铁在左／右前组合灯后部机舱上部纵梁内侧面，在蓄电池侧，和其搭铁在同一个构件上，直接回到蓄电池负极，在另一侧的可假想通过水箱上／下横梁构成回路，回到蓄电池负极；②电子风扇搭铁在其插件连接一侧的机舱下部、纵梁前部的侧面；③ABS系统搭铁在控制器安装一侧的机舱下部、纵梁前部的侧面；④蓄电池搭铁在靠近蓄电池最近且较大的钣金构件上；⑤由于车门和车壳的连接为铰链连接，为避免接触电阻增加、压降增大，应避免在车门上布置搭铁线的搭铁点。