汽车线束失效方式及可靠性研究

袁光涛

（上汽通用汽车有限公司武汉分公司）

线束是汽车的神经网络系统，在整车运行中负责传递电压、信号及大量的数据[1]。特别是在互联网和大数据的背景下，不仅要求线束载体起到通断作用，而且对数据的传输速率及响应能力也提出了更高的要求，同时由于线束的物理布置空间有限，给其售后返修带来了更大挑战[2]。随着汽车上电路数量与用电量的显著增加，如何在有限的汽车空间中更有效合理地布置大量整车线束已成为汽车制造业面临的问题。文章对汽车生产中的线束失效问题进行归纳、总结和整理，并提出改善方案，为汽车线束的设计及布置起到一定的指导作用。

1 汽车线束布置及失效方式

1.1 汽车线束布置方式

随着车辆安全、智能及舒适性的发展，传感器、摄像头及ECU占据了一定的空间，从而造成线束的布置空间越发狭小，同时功能的增加意味着导线数量及体积不断增大。整车可装拆性和运输便利性等也对线束提出了更高的要求。图1示出某车型线束分布图，为便于运输和装配，其将整车线束切割成10个部分。

图1 某车型主要线束分布图

1.2 汽车线束失效方式

线束是整车中较为薄弱的零件，不论是在制造、装配中，还是后续的使用中，极易破损或失效。文章从线束的制造、运输及整车的装配和后续使用等各个环节对线束的失效方式进行整理，并对典型问题进行剖析。

1.2.1 线束制造失效

汽车线束主要由导线、端子、接插件、包裹物、卡钉和线槽支架等构成，不规则零部件的构成注定了线束制造是一种自动化程度较低、劳动密集型产业。众多的人工操作影响了线束的标准化，因此线束制造过程中的失效是一种随机、不可控的失效方式。

表1示出汽车线束在制造过程中最常见的失效方式。需在制造的各个环节保证线束的制造质量：对机械设备设定合理的规格参数，建立标准化人工操作及比对面板，最后对线束进行抽查和全方位检测，从而保证线束的制造质量。

表1 汽车线束制造过程中失效汇总表

1.2.2 汽车装配失效

线束在实车上的布置依据整车装配工艺会被打散成多个部分，从而提高了可装配性和可维修性，但同时线束接口及定位件的增多意味着失效的概率增加。文章结合整车在装配环节出现的失效案例进行分类汇总，以提高线束的装配可靠性。图2示出汽车总装车间主要工段分布。

图2 汽车总装车间主要工段分布图

从图2可以看出，线束的装配从总装内饰工位几乎持续到终装工位，跨度非常大，同时接触区域较多。结合其失效方式及表现形式，大致分为固定性失效（40%）、功能性失效（20%）、外观性失效（20%）及其他失效方式（20%）。

1）固定性失效为线束本身的定位件在固定孔位或扎带处脱落，此类失效不影响功能和整车使用。

2）功能性失效是一种比较严重的失效方式，会引起整车某个功能的缺失，严重的将影响到汽车行驶及驾驶者的安全。

3）外观性失效是一种影响客户感知的失效形式。线束多布置在客户不易感知的区域，但由于线束供应商工艺或空间等因素，附着在其上的零件装配会受影响，从而带来匹配或美观问题。此类问题在前期设计时要考虑线束或接插件运动包络区域是否与周围零部件有干涉风险，从而选择合适的位置布置固定点，保证在满足功能的情况下提高美观性。

表2示出汽车线束装配过程中失效方式及控制方式汇总。

表2 汽车线束装配过程中失效汇总表

1.2.3 耐久性失效

耐久性失效是一种随着汽车使用，在中间环节形成的失效方式，是伴随汽车生命周期随机产生的，具有不可预测性，一旦失效会引起客户对品牌的极大抱怨。此类失效多在运动件包络区域内发生，在线束达到一定的磨损程度后产生，因此在初期不易察觉。表3示出汽车线束耐久性失效汇总表。

表3 汽车线束耐久性失效汇总表

图3示出2种典型的汽车线束耐久性失效方式，图3a示出发动机线束与空调补液管之间因振动接触造成的磨损；图3b示出汽车轮速传感器在运动到极限位置时闷头受力后脱落。综上，需严格控制线束在运动包络区域的布置，同时针对线束的磨损，需遵循严格的评估标准。

图3 汽车线束耐久性失效方式典型案例

2 线束设计可靠性提高措施

线束设计是一个不断提高和优化的过程，同时应考虑其全生命周期。文章结合PDCA的控制方案提出线束开发设计闭环控制方案，如图4所示。在整车设计初期，就对线束的布置、运动包络进行充分考虑和识别，同时结合线束零部件的DV/PV试验，不断增强设计薄弱环节；最后在实车装配阶段及售后阶段进行持续关注，并同时把发生的问题进行归类总结，输入到下一个车型的前期开发中，从而避免问题的重复发生，提高虚拟设计和实车表现的一致性。

图4 汽车线束闭环设计控制图

3 结论

线路在整车系统中属于比较容易出现问题的一类零件，只有在前期设计和项目阶段做好充分的管路评估，才能高效地控制线路问题。文章结合某车型线束本身制备和整车装配工艺，总结了线束各种失效方式及控制方式，同时提出线束PDCA的控制方法，结合后期失效模式，在线束布置初期进行集成模拟及动态包络的虚拟分析，提高了线束开发的质量，为线束在前期设计阶段提供了很好的借鉴。