关于EPB轮速小线设计与研究

黄锡江，李坤霖，吕 成

（柳州市双飞汽车电器配件制造有限公司，广西 柳州 545000）

1 EPB工作原理

电子驻车制动系统由行星减速机构，电机的左、右后制动钳，电控单元，线束组成。该系统电控单元与整车控制器局域网 （CAN）通信，对左、右后卡钳上的电机进行控制。驾驶员发出制动请求，按下EPB按钮开关，按钮操作信号反馈到电控单元，由电控单元控制电机和行星减速齿轮机构工作，对左、右后轮实施制动。电控单元对后轮的制动和释放的电流，都经过EPB轮速小线传递实现。

新能源汽车往往同时具备电子驻车制动EPB、防抱死系统ABS、电子稳定程序ESP，受限于汽车车身与底盘空间，且后轮处扭力梁运动分析较为复杂，要求EPB线束在此环境下避免与周边环境干涉、线束不易受拉扯而导致断线。因此，EPB轮速小线设计开发难度大，制造工艺复杂，难以模拟在实车工况下进行实验。

2 EPB线束的基本结构

EPB轮速小线结构有非集成式与集成式之分。

非集成式是指接轮速传感器线束与接EPB电机的线束分别形成单独的线束总成；单独固定在悬架的支架上与轮速传感器及EPB电机对接，另一头单独与地板线束对接，如图1所示。这种布局形式的线缆占用比较大的空间，材料用量大，线束成本较高，在复杂且不规矩频繁运动的悬架环境中，非集成式的走线也增加了线束松脱、干涉等风险。其优点是方便故障排查及售后返修更换线束。

图1 非集成式EPB轮速小线基本结构

集成式EPB轮速线束其中两个回路是连接轮速传感器的信号“+”和信号“-”，另外两个回路是EPB电机电源“+”和电源“-”。集成式EPB轮速小线通过集成的方式将两种单独的零件集成在一起，节约了生产成本，减少车身和底盘占用的空间，缩短总装车间装配的时间。集成化的设计降低了轮速传感器线束和EPB线束之间的相互干涉风险，进一步降低售后问题发生的频率，降低售后成本。集成式EPB小线具有众多的优势，但集成式EPB轮速小线也存在技术瓶颈。空间环境复杂，制造工艺繁杂，验证方法不明确等，是集成式EPB轮速小线未能普及的根本原因。

EPB轮速小线的基本结构包括：轮速传感器接插件、驻车电机接插件、过孔橡胶件、固定卡扣、保护套管、导线、金属支架、四芯接插件 （与地板线束接插件对接）这几部分，如图2所示。

图2 集成式EPB轮速小线

EPB轮速小线布置在扭力梁上，运动状态多变，对抗振动、抗石沙飞溅、防水都有很高的要求，因此所选用的材料很关键。

根据驻车制动电机的电流需要，一般可以选用规格为2×0.5（轮速信号）+2×2.5（驻车电机）的导线，材料推荐见表1。导线线材需采用2根轮速线先单独注塑再和EPB卡钳电源线和搭铁线一起注塑，耐温等级达到-45～105℃，弯折性要求高，抗震动性好。

表1 材料性能分析说明

在与扭力梁和车身有干涉风险的位置增加隔环 （保护套），减少磨线风险，EPB电机接插件和轮速接插件尾部线束防止端子尾部因受力而脱出，可增加尾盖结构消除受力。

4芯接插件如放在舱外对接需要选用防水插件，防水胶套一般有两种选择：一是选用传统软质橡胶件，优点是易于扩孔，防水性能好，运输过程不会脱落，缺点是装配麻烦费时。另一种是选用硬质过孔套管与密封垫一体式结构，这种结构装配简单，节约时间，加快生产节拍，缺点是运输过程密封圈有脱落和漏装风险。

EPB电机护套、轮速传感器护套需进行防水处理，增加注塑结构，需注意注塑的温度，防止注塑高温导致防水栓失效。通过注塑与钣金T型三通阀将轮速线和EPB卡钳线束分开，配合底盘支架满足布置需求。三通阀需增加限位结构，保证装配方向防止转动。运动段的2个钣金支架固定点，可增加使用传统注塑块，也可使用橡胶件形式。橡胶件可以改善由于运动造成注塑块位置受力导致线束断裂的问题。整根线束要求增加防扭线标识，保证生产车间装配一致性，防止扭线受力。T型三通阀 （图3）采用TPU材料注塑成型，使轮速线与EPB电机线合而为一，钣金支架卡接在T型三通阀上，采用凸台拔模的结构防转以及方便装配。材料性能分析说明见表2。

图3 三通阀结构

表2 材料性能分析说明

在设计EPB线束时，为降低成本采用普通线束设计方式。由于EPB线束使用环境恶劣，汽车运动次数频繁，容易发生问题，影响安全驾驶。材料的选用是影响EPB线束寿命的重要因素之一。

3 EPB线束3D数据布置

EPB线束的3D走向，需要依据底盘轮毂轴承、扭力梁、驻车电机、传感器布置位置及车身开孔位置进行设计。一般EPB线束在后轮轮罩处通过过孔的方式与舱内线束连接而形成回路。橡胶件固定之后，车身上会有一个固定螺栓用以固定线束，线束通过此固定点，延伸至下车身，如图4所示。

图4 固定螺栓

在下车身处，线束需通过支架固定至车身上，另一端同样采取支架固定的方式固定至扭力梁上，此段运动量很大，必须采取支架固定的方式，如图5所示。运动段设计是EPB线束设计的重点，线束沿着扭力梁，通过支架固定方式延伸至制动电机及轮速传感器处，完成连接。

在线束固定段采用一体化的塑料护套设计，避免铁件与芯线直接摩擦，避免塑料护套与芯线的摩擦。在塑料护套分支处设计定位结构，直接使用扭力梁上固定铁件，使线束安全稳定地固定在目标位置，使EPB线束在车轮附近精确地控制走线方向和长度，有效降低因干涉或意外摩擦造成线束损坏的情况发生。

固定支架上增加缓冲环，如图6所示，提高线束耐久的特性。线束固定后随着车辆运行，固定支架至运动段线束边沿处于极大拉扯状态。为保证线束品质，此处需增加缓冲环，用以分担线束承受的应力集中，降低线束在持续抖动的环境下出现断线的情况。

设计要点：线束运动段走向设计及设计预留。通过前期校核数据方案，最终目的为确保线束与周边环境 （管路、弹簧）间隙在25mm以上，在车辆运行过程中，线束预留长度不会产生干涉、线断的风险。如图7所示。

图5 支架固定的方式

图6 缓冲环示意图

图7 设计要点

4 EPB轮速线束图纸设计

图纸包含导线、PUR管、连接器、支架、橡胶件等信息。技术要求主要表示对线束的标准、检验规范、线束零件状态等的说明。如图8～图10所示。

图8 集成式EPB轮速小线图纸

图9 非集成式前轮速小线图纸

图10 非集成式后轮速小线图纸

5 EPB轮速线束耐久实验

5.1 检测方法

5.1.1 集成式EPB轮速小线检测方法

按照实车EPB线束走向搭建耐久实验台架。上板模拟车身，为固定端；下板模拟副车架／摆臂／减震器／安装底板等，为运动端。

1）将待测试的EPB线束连同后制动卡钳总成按实车安装方式安装到台架上。

2）验证EPB线束跳动耐久，下板与动力源连接，使下板能上下运动，用来模拟运动端在使用过程中上、下跳动。下板运动的上下极限与对应车型后副车架运动端保持一致。

3）试验过程不带电工作。

4）运动频率1～5Hz，常温下200万次 （下板从下极限运动到上极限，再回到下极限记一次循环）。

5）检测线束的导通率，并剥开线束，观察每股线束的断裂百分比。

5.1.2 非集成式轮速小线检测方法

按照实车轮速线束走向搭建耐久实验台架。上板模拟车身，为固定端；下板模拟副车架／摆臂／减震器／安装底板等，为运动端。

1）将待测试的轮速线束连同后制动钳总成按照实车安装方式安装到台架上。

2）验证轮速线束跳动耐久，下板与动力源连接，使下板能上下运动，用来模拟运动端在使用过程中上、下跳动。下板运动的上下极限与对应车型后副车架等运动端保持一致。

3）试验过程不带电工作。

4）耐久试验次数按如下，前轮速按照左、右转向加正直方向，后轮速按照正直方向做。左、右转向：温度-30℃，100000次循环；温度80℃，100000次循环；正直方向：常温800000次循环；温度-40℃，200000次循环；温度75℃，1000000次循环。

5）实验中，电线束不应受到其他方面带来的机械损坏，检测线束的导通率，并剥开线束，观察每股线束的断裂百分比。

5.2 台架布置

非集成式轮速线台架结构如图11所示，模拟某一车型实车运行轨迹，工装可以同时完成2根线束测试 （前轮速小线或后轮速小线），上下、左右极限位置具体按照实际车型振幅进行设定。

图11 非集成式轮速小线台架示意图

线束运动段固定点的三坐标见表3，水平方向按照Y轴方向从静止状态至左极限 （-95）至右极限 （-35）至左极限循环，振幅为60，垂直方向按照Z轴方向从静止状态至上极限（-35）至下极限 （-185）至上极限循环，振幅为160。因线束固定支架对线束有方向的约束性，线束运动段的固定点应按照实际角度进行搭建工装。

集成式EPB轮速线如图12所示，模拟某一车型实车运行轨迹。工装如图13摆臂由步进电机驱动，摆动角度与速度可以通过专门的控制器调节，速度满足频率1Hz，高度上的距离满足在原点正负62mm摆动；由独立控制箱控制，控制箱与工装之间通过航空插头连接；工装结构材料主要为铝合金阳极氧化，外壳为冷板折弯烤漆。

其中，上限位、下限位对应汽车在行驶过程中线束固定端所能达到的最高点和最低点；固定端安装座为线束支架在车身上 （静止端）的固定点；活动端安装座为线束支架在扭力梁处 （运动端）的固定点；活动摆臂模拟扭力梁运动轨迹，轴心位置为步进电机摆动轴所处位置。

工装摆臂长度按照数模长度固定安装，以车辆静止时，线束运动支架活动端所处的位置设为原点，工装安装支架与实车安装角度一致。

以数据状态为准，原点以上的摆幅量 （Z向位移）为62mm，下摆幅量为54mm。目前，实验工装布置按上下摆幅62mm进行实验，这比实车环境条件更为苛刻，更加有利于对线束的品质验证。

表3 轮速小线运动段固定点三坐标

图12 集成式EPB轮速线

图13 线束实验台架示意图

6 EPB线束运动段应力分析

对以上提到实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以上述的设计案例作为此次分析对象。通过对各坐标统计分析，绘制线束运动平面分布图，可以更清晰地分析EPB线束运动轨迹及各部位应力分布情况，如图14所示。Y方向上线束运动量很小，可以忽略不计，只需确认XZ向坐标即可。

根据线束三维布置数据，以扭力梁旋转轴轴心作为转动轴点 （Q点），摆臂长度以数据上测量结果为准 （摆臂长度243.8mm），线束运动的3个状态分别对应上极限 （A点）、驻车状态 （O点）与下极限 （B点），以及车身固定点 （P点）。从数据上分析，线束运动摆幅在+62mm、-54mm之间。车体固定点至下极限高度差为147.8mm，固定点至运动点直线段距离为152.1mm，线束运动段数模设计长度为205mm。设计上增加了缓冲环，在一定程度上会增加线束固定端的硬度，因此，运动段尺寸按185mm进行分析计算。图14为EPB线束在3种状态下的运行轨迹简图。

图14 线束运动平面分布图

从图14中分析可知，当摆动臂处于最下端时电缆拉扯最为严重，且持续出现应力折弯，容易造成内部芯线损坏。固定支架1、2处线束受到Y轴与Z轴两个方向上的应力，2个固定支架受到的应力分布图如图15所示。

图15 2个固定支架受到的应力分布图

由图15中的信息可知，在线束运动段长度不变的情况下，当摆幅越大，线束受到的应力越大。由此分析，可适量在原数据情况下增加摆幅长度，便于验证线束的疲劳寿命。上文提到，数据上线束固定端上下偏移分别为上62mm、下54mm，在此基础上适量增加下摆幅量，达到摆幅±62mm，按此标准进行实验。

在此状态下，线束实验运行次数达到100万次时，发现线束无瞬断、无断线的情况，导通正常。为了进一步检测线束性能指标，将摆幅调整至±70mm，在此条件下，继续检测线束性能，判断线束是否还能达到无瞬断、无断线的指标。

图16为振幅±70mm情况下，线束对应的上下极限位置。在此状态下连续运行时，线束中发生瞬断、芯线断裂的情况，导致此根线束无法正常导通。

图16 ±70mm摆幅下的线束状态

基于以上实验结果，按摆幅±70mm的实验要求，此EPB线束已达到运动极限。对于线束运动尺寸的要求已大于实际设计值，若实车条件如此，线束运动段尺寸必然需要更多的预留。由此可得出结论，摆幅决定运动段线束的尺寸设计。根据不同车型，上下摆动不同，摆动越大，线束需预留的运动尺寸越长。不仅如此，对于支架的设计，以及固定点位置的选定，周围环境因素导致的干涉风险，都会影响线束尺寸的设计预留。

7 总结

通过以上对EPB线束设计案例的剖析，介绍了EPB线束的基本工作原理、基本结构、设计流程，通过3D数模布置选取合理走向布局，保证周边环境间隙，搭建符合实车环境条件的实验工装，最大限度模拟实车状态，从3D数据设计到OTS阶段验证，不断优化方案，直到得到最优的产品。通过这些系统的方法，了解EPB线束设计始末，理解EPB线束的设计理念以及设计难点，对后续EPB线束的设计提供参考。