浅谈汽车线束的开发和设计

李哲宁

Q

摘 要：本文介绍了汽车线束所包含的要素，对汽车线束的开发和设计做了一个粗略的说明。着重讨论了一下汽车线束设计时的要求和要点。

关键词：汽车线束；线束开发；三维设计；设计要求

1 引言

当今汽车的智能化程度越来越高，功能越来越多，再加上人们对汽车的安全性、舒适性和经济性的要求越来越高，汽车上的电器配置、电器件和导线也同时越来越多，连接各个电器件的线束也变得越来越重，越来越粗。正是由于线束在汽车工业中的显著地位，汽车线束开发就显得极为重要。同时汽车线束的开发涉及的面极为广阔，如电气原理、零部件的设计及选取，线束的保护以及自动电信号分配等等。而如何使汽车线束的开发在整车开发中能够更加的符合整车的开发周期以及要求，就是本文要说明的。汽车线束在整车布置如下图1所示。

2 汽车线束的基本介绍

为了使汽车繁多的线束整体美观而不凌乱，接线安装方便，以及保护绝缘层不易损坏，汽车上将不同规格、不同用途的导线包扎成束，简称汽车线束。汽车线束是对汽车进行电信号控制的载体，是汽车电路的网络主体，没有线束也就不存在汽车电路。汽车线束的数据实例见图2。其功能包括：

（1）以合理安全的形式给用电设备如电机、喇叭、灯泡分配电能；

（2）传递和反馈信号。

3 汽车线束三维设计

随着汽车的日益发展，汽车变得越来越智能化。汽车电子设备的不断增加，而素有“汽车神经”的线束也越来越复杂，以前的线束设计已经不能满足当前汽车开发的需求与周期，当前汽车线束设计过程中的同步开发已经成为主流，这就对线束的三维设计提出了更高的要求。

由于线束三维设计的重要性，就要求设计人员在开发初期就能有好的准则。本文就以某主机厂某项目对线束开发设计的要求和项目中具体遇到的问题，从线束开发过程中设计、分析和解决问题，给人以直观的感受。

3.1 汽车线束的设计的步骤

3.1.1 整车线束设计的准备：

（1）根据《电器设计任务书》要求的电器配置和技术要求绘制原理图；

（2）根据各电器功率确保保险容量及线径大小，对每个电气子系统进行载荷分配，确定总保险容量，计算导线线径；

（3）布局图（Plan View）的生成和整体线束的分割；

（4）接插件的选取；

（5）整车环境的建立。

3.1.2 汽车线束建模的步骤：

建模是一个繁琐的工作，有时往往会不断地修改。但是在设计过程中遵循着一定的设计步骤，也会对线束设计有一个好的思路，一般步骤如下：

（1）将线束划分出不同的功能区，如前舱线束、车身线束、仪表台线束、后保线束，如图3所示，不同的车型和厂家会有些许差异，与总装要求、配置高低有关系；

（2）熟悉整车结构分布，了解用电设备、模块、周边管路、车身结构等布置，收集已有的周边数据；

（3）建立模型。在布线系统中放置元件，根据整车环境，尽力布线路径。生成三维可视化的线束数模；

（4）对数模和周边环境进行先期的数字化检查，包括对设计要求的满足，干涉的检查，对配件的检查；

（5）最终由三维数模生成图纸，注释包括尺寸、回路信息、保护件位置、包扎方式等一系列信息。为进一步的设计、制造和分析提供最完整的资料。三维数据和两维图纸相互检查，优化设计。

3.3 汽车各区域对线束设计的要求

整車可划分为如图4所示的几个区域，也是线束工程师选用线束保护方式和选用零部件的依据，不同区域会有不同的的保护方式以及防水等级。

3.3.1 运动区域

运动区域主要包括安全带、风扇、皮带轮、手套箱门、电动座椅、雨刮运动臂、离合踏板及其传动装置以及发动机本体的相对震动等。对于这些位置，线束设计需要遵循如下几点。

（1）线束不能处于运动部件的行程中；

（2）要充分考虑线束在长度允许的范围内的摆动；

线束的走向是复杂多样的，线束在直线走向上有很好的定性，但是在转弯的空间走向上，线束会在两个固定点间允许的长度范围内摆动，这就需要分析线束所能到达的区域，保证线束的安全。如图5。

（3）对于运动的线束段，要充分考虑到线束的行程，防止线束在运动过程中被拉断。

比如ABS线，悬架和车身互有相对运动，所以在设计时，要确保足够的线长不会被拉紧拉断。

3.3.2 潮湿区域

车辆潮湿的区域一般集中在前舱，门板，底盘以及后保险杠等位置。对于湿区，插件必须选择防水插件。由于线束固定的需要，有些必须开孔的区域，雨水会从孔流向干区，必须选用防水卡丁。如果有水沿着线束走向干区的风险，可以采取一定的措施加以防范，如图6。线束在湿区有意做成一个滴水环的结构，这样水只会流向湿区，保证干区的防水安全。

3.3.3 高温热源区域

包括排气系统，废气再循环系统。线束在距离热源125mm内，要采用绝热层，热反射胶带，高温波纹管等。

3.3.4 线束外露区域

主要指地盘区域，这个区域是外部环境最恶劣的地方，要根据不同的安全需求做好保护措施。

3.3.5 易产生噪音区域

噪音主要产生在乘客舱（门板、仪表板、顶棚）和行李箱，特别在仪表板内，有安装尺寸的存在，线束会与仪表装饰板产生一定的硬接触。此时线束可以使用一些降噪的包裹物如绒布胶带、泡棉胶带等。这样能有效避免噪音的产生。

3.4 汽车线束设计要求及评审

3.4.1 线束的固定方式

线束的走向是靠线束固定来实现的，安全可靠的固定方式，是线束设计中的重要原则，线束固定方式可分为卡钉固定、支架固定。同时线束固定也会遇到受条件或设计限制的环境。如图7。线束通过卡丁固定在PDB上，但是这样的设计即不利于安装也不利于售后。这就要求工程师能够随机应变，可以和对手件工程师一起优化设计如图8，通过优化PDB入线端的固定结构，通过扎带的方式来保证线束的走向。

3.4.2 线束与周边零件的距、间隙与长度

线束是一个柔性零件，必须与周边零件有一定的安全距离。

（1）线束距离静态零件要保持6mm以上的间隙；

（2）线束距离运动零件保持25mm以上的间隙，或者线束在三维中模拟的包络面不和运动件干涉；

（3）线束距离焊点保持15mm以上的间隙；

（4）线束及其组件要预留出紧固工具的安全空间，距离螺母中心保持50mm以上的距离；

（5）线束距离毛刺、焊接边、锐边等，保持25mm以上的距离。如果达不到，需要考虑线束的保护措施；

（6）线束距离密封条8mm以上的间隙；

（7）加速踏板、刹车、离合踏板的行程范围内，要保持19mm以上的距离；

（8）线束接插件所在的分支长度要考虑安装，一般在设计时需要在分支自然状态的线长增加25mm，避免线束分支对插件本身的拉拽，方便插件的接插，避免影响插件的连接可靠度；

（9）两个固定点间的距离一般不要超过200mm。如果超出，必须要分析线束的安全性；

10）插件到最近的固定点长度要适中，尽量保持在100mm-150mm间，便于插件的对接和拆拔；

（11）IP/Console线束特殊位置需要预留安装尺寸，一般比自然长度加长50mm-100mm。可以通过3D软件模拟线束与设备端的安装位置获得合适的线长。

3.4.3 线束的装配方法与装配顺序

线束的安装主要包括卡丁的固定，插件的对接，支架的固定，端子的固定，橡胶件的穿孔等。所有线束在安装时，必须方便可靠。

（1）在固定区域有很多孔时，要考虑线束安装点的特殊性设计。例如六边形孔区别周边的零件安装点，避免线束的错误安装。如图9。

（2）在固定区域有很多线束分支时，为了区分而不会将线束固定在错误的位置，可以采用在同一位置用不同的卡丁，开不同形状的孔位。如下图10，线束固定位置上下分布，通过在支架上开圆孔和腰型孔，区别不同的固定的卡丁。这样，线束在安装时一目了然。

（3）要考慮售后服务的可行性。有些线束设计时看似完全符合设计规范和安装要求，但是存在售后问题。如图11，这是一个电池正极的一个分支，从线束走向以及设计规范来说，线束安全可靠。但是正极端子由于在平时维修和诊断时，经常被拆除。这样以来，在售后时就需要考虑拆除和更换相邻的卡丁。为了解决售后问题，设计时取消卡丁，在支架上增加固定结构，这样线束就可以在保证走向的同时自由进出，方便灵活 ，同时满足固定和售后需要。

（4）要考虑OEM的生产流程和工艺，以及工位和装备规范等；

3.4.4 其他注意点

（1）线束转弯半径应该至少是线束直径的2倍；

（2）除前舱外，尽量避免线束外露；

（3）一个分支点的分支尽量少于4个，否则会造成分支的混乱和纠缠，并要识别各个分支的位置，造成工装时效的延长。同时，过多的分支对线束的图板布置也是一种挑战。

（4）线束设计要考虑展平后的工艺，有时线束的设计与2D图板是冲突的。制造工艺无法实现的三维设计，需要优化三维设计。

（5）车身地板线束的布置，要考虑线束不要被脚部踩到，从而对线束产生损伤。

4 结束语

现代汽车的高速发展，使得汽车线束开发所包含的内容越来越多，线束的开发必须安全可靠，安装方便合理，售后简单可行。而汽车线束的开发设计已经成为整车安全可靠的一个重要源头，合理的开发流程和科学的设计规范已经成为汽车电器分布的重中之重。本文粗浅的说明了汽车线束开发的过程和要素，以供大家参考和借鉴。