因為石油資源的短缺和全球環境尾氣污染問題,減輕汽車重量是降低油耗和減少排放的有力措施之一,所以汽車輕量化一直是汽車行業發展趨勢。汽車輕量化已經應用到汽車制造的方方面面,從座椅到內部裝飾再到材料都在考慮輕量化的設計,整車線束的重量咋愛20-30KG左右,占整車重量的2%,線束重量每減少10%,燃油經濟性可提高3%。所以整車線束的減重在整車減重、提高燃油經濟性方面有不可忽視的作用,也是整車重量減重的一個突破點。

整車線束的重量的組成75~80%是導線、15%是端子及接插件、10%是外包材料及其它。目前比較主要在以下幾個方面減輕線束重量:

  • 導線輕量化
  • 接插件小型化
  • 線束保護輕量化

1.導線輕量化

汽車線束就相當于汽車的“神經系統”,汽車線束組件很多,大致包括了導線、接插件、保護導槽、膠帶、保險絲盒、線扎、橡膠件、保護套管、光纖和數據線等。其中,導線占了將近百分之80的重量。所以汽車線束輕量化第一個可以考慮從導線優化。所以導線一般是在材料和線徑這兩方面做到輕量化。

1.1 優化線徑

在長度相同的情況下,線徑越大越重,所以在線束設計中,線徑的選擇非常重要。而線徑的選擇主要是根據用電設備的負載電流的大小來決定,但是怎樣才能在降低導線線徑的同時既能滿足信號傳輸的要求又能滿足壓接的拉伸強度呢?為了滿足機械性的要求,在銅導線中增加合金不失為一個好方法。

以0.35mm導線和銅合金0.13mm導線為例,電氣性能相差無幾,但是在重量上減輕了60%,而且整體外徑也降了20%。不僅節約了空間還減輕了重量。但是并不代表銅合金導線就能完全應用在線束上。因為金屬的承載電流能力隨溫度而變化,而這種變化隨著電阻增加而更加明顯。所以這就制約了0.13mm導線的使用環境,在駕駛室內可以普遍使用,但是發動機艙內就需要根據所處位置決定了。還有一種情況,有的線束設計師為了保險起見,在設計線束時會考慮載流量最高為70℃時的載流線徑。實際在汽車運行過程中,除了發動機艙的區域,其他區域一般是在常溫下運行,或者短時間高溫運行,所以發動機艙外的線束可用20℃或30℃的載流量導線。所以在線束設計之初,就應仔細論證,確定合理的線徑,盡量減小線徑,避免過度設計的情況。

1.2線材材料的選擇

部分廠家還是沒有放棄鋁導線的使用,為了滿足0.75mm的鋁導線可代替0.55的銅導線為目標,設定鋁合金的導電率目標滿足58%IACS,拉伸強度目標滿足110MPa。雖然純鋁的導電率能達到62%IACS,但是其拉伸強度只有70MPa。那么就需要在鋁導線內增加第二種金屬,最優的是Fe,但是分析Fe的比例后發現滿足導電率的要求后加工性能下降。所以繼續增加第三種元素,第三種元素既要滿足加工性能對Fe缺陷的補償即MS要小,又要拉伸強度的固溶量要高,所以Mg恰恰合適。

在整車線束中蓄電池線束的重量較重,一般在2-3KG左右。如果蓄電池安裝在車輛后部,線束就需要更長,重量更重,會達到6-7公斤,所以減輕蓄電池重量是必需的。當前線束行業中,鋁導線以其質量輕、價格低廉、特性柔軟越來越多的得到應用,尤其是在蓄電池的應用上。相同條件下,鋁導線單位長度的重量明顯低于銅導線。只是鋁導線的線徑也明顯大于銅導線。目前鋁導線多用于蓄電池線或線徑較大的回路。

2、接插件的小型化

接插件在整車線束中也占一定比例,而導線和接插件一直都是配套的,隨著導線的細化,接插件也需要小型化。典型的例子有TE的MQS端子和SUMITOMO的0.64端子。這類端子一般用在信號傳輸上,很大程度降低1.5片寬的使用率,直接降低接插件的規格尺寸。插件的連接主要性能是老化后接觸電壓降和插件的機械強度。為了滿足其性能要求,在接插件的自鎖結構上優化設計,對端子的選材上合金的選擇更加嚴格。

3、線束保護的輕量化

線束整體的設計屬于電子電器架構的物理架構,是比較復雜的系統工程,需要考慮到設計、工藝、制造以及售后等,所以在設計之初就必須結合所有相關要求綜合考慮,采取最優的架構形式。為了能減低做好輕量化工作,線束的保護上可以開展以下工作:

  • 減少金屬支架的架構,采用高強度的塑料護板替代金屬支架:例如保險絲盒支架和發動機艙布置支架(根據環境溫度選擇)。
  • 減少塑料護板的選擇,利用車身結構、特殊卡丁和固定件替代護板。
  • 減少波紋管的使用,采用耐磨纖維和布基的纖維管代替波紋管。既可以降低成本,也可以減少噪音。
  • 減少橡膠件的使用,在密封要求不高的位置選用發泡,替代橡膠件。
  • 線束的布置上盡量減少內連接,不僅可以降低接插件的重量,也可以減少接插件固定所需的附屬件重量以及車身結構重量。

汽車線束輕量化將是未來汽車發展一大趨勢,而新型的合金細導線應用在信號線上取得不錯的效果,合金細導線的重量輕、線徑小,是廣泛應用的一個好因素。一個行業需要有新鮮的血液,不斷的創新才能有活力。線束輕量化也在不斷探索新的道路,在車身電子電氣架構的不斷發展中,整車的模塊網絡日新月異,無線的網絡也在小范圍的應用,基本徹底取消了部分信號線,隨著無線網絡技術的逐漸成熟和可靠性的增強,常規的線束將會得到革命性的變化,對整車的輕量化貢獻也將會更大

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