汽车线束轻量化的发展趋势研究

蔡沛志

上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司

汽车线束轻量化的发展趋势研究

蔡沛志

上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司

当前环境污染是关系民生的重大问题，对此国家在汽车行业提出了节能减排的措施及油耗要求。节能减排是汽车行业的重要工作，而轻量化是各汽车生产厂家的重要课题，轻量化措施主要包括轻量化的结构分析和设计，线束轻量化是从线束的总量组成上分析，导线的重量占最大的比例，其次是接插件、线束保护等。基于此，文章就汽车线束轻量化的发展趋势进行简要的分析，希望可以提供一个有效的借鉴。

汽车线束；轻量化；发展趋势

1.轻量化的定义

汽车技术的轻量化，其实就是指在确保汽车安全性能、强度的基础上，使汽车的整备质量最大化的降低，进一步增加汽车的动力性，通过燃料消耗减少来促进排气污染的降低。一般在汽车整车重量降低10%的情况下汽车燃油效率能够增加7%，在汽车整备质量每减少100kg的基础上，油耗也可以减少0.7%。另一方面，车辆每减少100kg，二氧化碳的排放量也可以减少5g/km。鉴于此，可以看出汽车的轻量化可以在节约能源的同时，也可以降低废气的排放量。与此同时，汽车轻量化之后，其整体加速性也会相应得到提升，其操控的灵活性也会随之增加，在噪声、振动、稳定性方面得到相应的改善。

2.线束的重量组成结构

2.1 导线

传统汽车的导线都是铜合金导线，线径的使用由0.35～25mm，每辆汽车的导线使用如果首尾相连约2KM。以一辆B级轿车的重量来估算，导线的重量约25～30KG，汽车每行驶100KM，车辆将消耗近0.1kg的汽油。

导线做为线束重要的组成者，研究如果选用更轻，更可靠的替代产品成为线束轻量化领域的热门话题。近几年来，铝导线、特细导线、合金导线以及混合芯体导线层出不穷，越来越被线束厂家和主机厂所重视。

2.2 电源线的轻量化方案

电源线因其承载电流大，线径粗，端子和导线的拉拔力强，所以利用铝导线代替铜导线的方案被越来越被线束生产厂家所接受。因为铝导线其导线特性和铜比较相近，重量比铜更轻。

2.3 信号线的轻量化方案

虽然铜和铝的导线性能上比较相近，但是其拉伸强度铝的性能远不如铜。小线径的轻量化方案，生产厂家采取的方案百花齐放。

(1) 0.75mm铝导线的应用

有部分厂家没有放弃铝导线的使用，继续研究其合金的拉伸强度是否可以弥补其纯铝导线的不足。例如以某导线生产厂家的铝导线开发为例。为满足0.75mm的铝导线可代替0.5mm的铜导线为目标，设定铝合金导线的导电率目标满足58%IACS，拉伸强度目标满足110MPa。虽然纯铝的导电率能达到62%IACS，但是其拉伸强度只有70MPa。那么就需要在铝导线内增加第二种金属，最优的是Fe，但是分析Fe的比例后发现满足导电率的要求后加工性能下降。所以继续增加第三种元素，第三种元素既要满足加工性能对Fe缺陷的补偿即MS要小，又要拉伸强度的固溶量要高，所以Mg恰恰合适。

(2)铜合金的特细导线

信号线的导线利用率一直很低，0.5mm/0.35mm的铜导线可以承受10A左右的电流(环境温度24℃)，但是信号线内真正流通的电流往往只有几毫安，这样资源的浪费成为很多线束生产厂家关注的焦点。0.13mm2、0.08mm2、0.05mm2导线已经问世，在多家企业应用。

如何降低线径，使低线径的导线既能满足信号传输的要求，也能满足压接的拉伸强度，端子插入的柱力等是特细铜导线普遍使用和更广泛推广的关键问题。为了满足机械性能的要求，在铜导线中增加合金同样是决此问题的方法。CuSn、CuAg、CuMg和铜包钢是这几年来各线束生产厂家青睐的产品。

(3)混合材质的特细导线

在成本节约和能源控制方面日系企业一直都是实至名归的第一位。最早在SUMITOMO研发的一款0.13mm2导线为最细的导线，其采取的是用混合材质的方式，采用中心为一种铜材质，外围为另外一种材质，并且中心和外围的铜丝线径也不相同。虽然这种导线也满足的传输的电性能要求，但是缺点也很明显：制作工艺繁琐，生产成本高，不能超声波焊接，端子的压接属于非常规性压接，需要特殊设备。

3.汽车轻量化实现的主要途径及趋势

3.1 新型材料的使用

一般情况下，汽车底盘、车身、发动机这三个方面的重量，可以占到一辆汽车总重量65%左右。再加之汽车车身内外覆盖件的重量是排至重量的首位。这就需要把汽车自身重量对降低发动机的功耗的影响程度进行降低的同时，也相应的使汽车总重量的双重效应有效的降低。鉴于此，首要工作就是需要在制造材料上寻找突破口。实际的操作步骤就是:第一步采用强度高、密度小的轻质型材料,包括了陶瓷材料、塑料聚合物材料、铝镁合金等;第二步采用工艺性能好、同弹性模量、截面厚度较薄、同密度的高强度钢；第三步采用具有新材料加工技术的轻量化结构的用材,包括了激光焊接板材、金属基复合材料板连续挤压变截面型材在内的用材。

3.2 合理的结构设计

随着汽车轻量化技术不断的发展,轻量化对策主要集中在轻量化的结构分析、设计过程中。轻质材料(复合材料、镁、塑料、铝、高强度钢)在汽车上的应用和结构设计与相应的制造、装配、连接、防腐等工艺的研究活动的实际应用有机的融合在一起。众所周知，在现代汽车工业的发展过程中，CAD/CAE/CAM一体化技术的应用与汽车设计、制造等各个环节息息相关，在实际的汽车发展过程中起着重要的作用。

3.3 其他轻量化材料

继金属和塑料之后又兴起了第三大类材料那就是精细陶瓷。虽然仅有20年左右的发展史，但是它具有良好的化学性能(耐氧化、耐热冲击等)和力学性能(耐腐蚀、硬度高、耐磨损等)。把精细陶瓷材料应用到汽车零件中，不仅轻量化了汽车，而且因为它具有耐磨损、耐热、耐腐蚀，在汽车热交换器和汽车发动机燃烧室等应用时，它大大降低了油耗，同时也大大提高了使用功率，也间接的起到了轻量化设计的效果。

结束语

伴随轻量化技术的发展逐渐趋于成熟，其生产成型技术、配件的连接也不断提高。因此，需要进一步加强技术的研究，从而更好的促进汽车行业的发展。

[1]从汽车环保和轻量化展望复合材料发展趋势[J].聚氨酯，2010，07: 50-51.