詳解低壓線束三維布置設計規范/要點

散漫說,這篇文章應該涵蓋了絕大多數線束三維布置的要點了。線束三維布置設計的質量直接影響到樣車試制的品質,高效的三維布置可以減少試制過程出現的問題,保證整車線束開發時間匹配整車開發流程。

本節主要是總結線束三維布置的一些規范要求,提升線束工程師三維布置設計的內功。

詳解低壓線束三維布置設計規范/要點的圖1


線束三維布置設計一般從這幾個方面來考慮,即:

  • 要求線束易于裝配,裝配工藝性好

  • 要求保證線束的可維修性,線束可維修性好

  • 要求保證線束布置的可靠性,布置設計的可靠性保證

  • 要求線束布置的輕量化設計及線束布置的成本考慮

  • 要求線束布置美觀,隱藏/橫平豎直


1 線束易于裝配,裝配工藝性好

進行線束布置設計的時候,首先就要考慮線束的裝配性。如果線束最終布置好了,卻發現無法安裝,那整個線束布置設計方案可能就要推倒重來了,影響非常惡劣。

易于裝配說的是線束總成上所有需要安裝固定的件,比如線束總成自身的鋪設,線束上卡扣,支架、橡膠護套、接插件等附屬零件的安裝,同時易于裝配的要求除了考慮線束自身,也應該考慮到是否會對周邊零件的安裝產生影響。

1)線束分段及線束總成安裝束布置

線束的走向分段設計一定要滿足易于裝配這個前提,盡量不要給總裝增加過多的工序。比如:

  1. 對于整車的不同區域可采用分裝方式,如門線,儀表臺線等;同時,要考慮最好不要使用特殊工具就可以完成裝配。

  2. 盡可能考慮大總成模塊化裝配,提高生產線裝配速度。如變速器線束、發動機線束分別裝配到變速器與發動機本體上,之后作為整體裝配到底盤上。

  3. 線束直徑過大需要彎折一定角度時要預留足夠空間,對于主干分支,一般要求線束彎折半徑要大于線束直徑的兩倍,以免彎折空間過小對影響線束裝配。

  4. 線束裝配時不能把線束拉的太緊(尤其在橫向布置線束),避免行駛車輛在顛簸狀態下,引起線束固定點位置錯動,導致兩固定點之間距離瞬間增大,從而拉長線束造成線束內部接點拉脫/虛接、導線參數變化,甚至拉斷導線。

  5. 線束及其組件要留出緊固工具的安全空間,距離螺母中心至少有50mm的間隙。

2)線束穿孔與橡膠護套的安裝

線束過孔的時候,常犯的錯誤是過孔大小僅考慮線束的粗細,而忽略了線束上的接插件也需要穿過孔,這是很簡單的邏輯,但卻是初學者經常會犯的錯誤。

鈑金上開孔,也不是隨便定點,需要考慮鈑金開孔的工藝,線束橡膠護套安裝時對鈑金孔的要求。一般來講,有以下幾個要求:

  1. 外包絡直徑最大的插接器,其直徑一定要小于鈑金孔直徑。通常的要求是,鈑金孔直徑至少是接插件最大尺寸的3倍。此項要求同樣適用于線束通過封閉腔體時,如尾門內外板、側圍內外板間腔體等,在線束通過路徑方向上,腔體空間截面直徑大于插接件的1.3倍。

  2. 橡膠件對應的過孔尺寸與料厚配合無誤,橡膠件與鈑金件配合直徑過盈量大于1mm,小于2mm;

  3. 沿著孔的半徑大于堵塞孔6mm以內的鈑金表面必須平滑,以確保密閉性。


3)接插件的安裝固定

接插件是線束總成上的重要電氣件,線束布置設計時應該關注接插件的安裝固定,主要有以下幾個方面的要求:

  1. 插接件末端的線束需要預留一定的長度,以便于插接件的插拔。

接插件預留長度的情況,重點關注的對象有:組合儀表、開關面板、空調面板和音響系統及顯示屏等與儀表板線束連接的插接件接頭,四門開關線束和室內頂棚上的頂燈及開關線束,另外副儀表上的線束插件,座椅下面的線束插件及線束與線束對接插件也需要進行長度預留。

根據電器裝置的安裝深度、插座的位置、插座開口方向和電器件裝配后的后部空間,按照操作的方便性,適當增加線束上接頭的預留長度。

預留長度L=電器裝置安裝深度h+電器裝置面板寬度0.7B+100(mm),

其中:電器裝置安裝深度h—指電器裝置裝配完成后,外部裝飾面到內部電器裝置連接插座的距離;電器裝置面板寬度0.7B--指電器裝置前部裝飾面高度的0.7倍。

進行長度預留的時候,需要特別注意線束的異響和割破等物品損壞。可通過增加線束外部防割包裹、周邊鋒利零件增加防割膠條等避免出現線束損壞,通過包裹海綿減小異響。

  1. 由于車輛差異化,裝配時暫未用到的線束分支,需要單獨捆扎固定在主干線或支架上,捆扎線束時最小彎曲半徑不能小于線束直徑的2倍。

詳解低壓線束三維布置設計規范/要點的圖2

圖:待用線束捆扎

  1. 確保插件安裝空間足夠,在插接件的插接方向,必須留有大于兩倍插頭對插方向長度的空間。

  2. 線束插接件應布置在容易發現的位置、盡可能布置在觸手可及的地方,布置在便于手和工具容易操作的位置。

  3. 對接接插件需要固定,并且插件的固定孔需要防轉,便于插件固定。

  4. 線束上的搭鐵端子,啟動機等正極端子應該進行防轉設計。

4)線束卡扣的安裝固定

線束卡扣是線束總成的主要固定方式,它決定了線束在整車上的布置形態,為了便于卡扣的安裝固定,對于卡扣的布置要求主要有:

  1. 線束的卡扣的固定孔要盡可能開在結構件的平面區域,在曲面上固定時,最好在結構件上做出小平面。

  2. 在滿足線束布置可靠性要求的前提下,卡扣數量盡可能少,減輕工人裝配負擔,提高裝配效率。

  3. 扎帶和插件上的卡扣對應的鈑金厚度,與孔的大小需相互匹配,對應的焊接螺柱規格需相互匹配。

  4. 在固定卡扣的安裝方向上,卡扣安裝孔必須可見,或者可以觸摸,必須有足夠的空間方便卡扣的安裝、拆卸。

5)線束緊固件的選用

在線束固定結構以及相關功能盒體設計過程中,盡量采用常用的標準件,并且標準件種類盡量少,通過前期設計減少裝配及維修中專用工具的使用

6)對周邊零件的安裝影響

在設計過程中有針對性地考慮不同區域的特點,所設計的線束走向不得影響其他整車零部件的裝配;

7)電磁兼容與抗電磁干擾

關于電磁兼容與抗電磁干擾,不僅僅是要從線材的選擇上來做,如采用雙絞線、屏蔽線等,更要從線束的布線走向上來考慮。

有些蓄電池后置行李箱的車型,因為要將電流傳輸給發動機艙電氣盒及起動機,所以會有一根縱貫全車的大線徑導線,時刻通以較強電流,這個時候,如何還是按照傳統布線,將此大電流導線與其他信號線不加以區別一并放在同一線束中,勢必會對信號線產生干擾,所以通常會將此大電流導線單獨布置走向,并與普通線束留出足夠遠的距離(100mm以上),同時要求鈑金做出一條凹槽以鋪設導線,并可起來一定電磁屏蔽作用。

2 保證線束的可維修性,線束可維修性好

在整車電氣線束布置時,應該重視其可維修/維護性。一旦出現電氣問題,如果拆卸時,需要拆其他無關的零部件,就會造成一些不必要的浪費,增加維修成本和時間。良好的可維護性體現在出現電氣系統故障時,在最短的時間內將故障排除,以及進行故障排除時避免維修操作對其他部件造成損壞。

線束的可維修性,重點關注經常需要維護的區域:

  1. 保險絲和繼電器更換的方便性,特別關注更換保險絲和繼電器需要拆卸的零件,各個位置的保險絲和繼電器是否可以正常拔出。

  2. 診斷接口位置操作維修方便,外部設備能夠正常的插拔,并且診斷接口本身能夠拆裝

  3. 易損件的電器件維護,如各個位置的車燈

  4. 使用頻率高的用電器的維護,如全車開關,多媒體,組合儀表等


3 保證線束布置的可靠性,布置設計的可靠性保證

在確保線束的裝配性和可維修性后,應該重點關注線束布置設計的可靠性。在線束三維布置中,線束可靠性的保證主要從以下幾個方法來考慮:

注:以下有關具體的要求只是個人工作經驗的積累,只是建議值,實際工作過程中,具體情況應該具體分析。

1)線束的走向控制

在線束三維布置過程中應充分考慮線束走向的不可控性,結合實車裝配經驗,評估布置可靠性。線束段走向控制的可靠性性保證的要求有:

  1. 線束與兩個固定點之間的間距不宜過大,控制在300mm左右,在有泥水等惡劣環境下,其扎帶固定距離不得大于150mm。

  2. 線束布置有直角拐角時,直角兩邊需要均需要增加固定點,在鈍角拐角時,按照直線距離控制,避免出現銳角拐點。

  3. 線束分支點應該盡可能靠近線束主干的固定點,距離在100mm以內。

  4. 線束固定的卡扣,扎帶應該與鈑金孔,鈑金的厚度,凸焊螺柱的規格相互匹配。同時需要避免卡扣直接承受線束重力。

  5. 線束布置應沿邊、沿槽,防止線束直接承受壓力。

2)線束的間隙控制

為了防止線束損壞,線束應盡量避開鋒利鈑金邊、周邊零件棱邊,其他零件的安裝孔,尤其是線束彎曲處。線束布置間隙的要求主要有:

  1. 除了固定線束的零件,線束與周邊件(無鋒利邊緣)的間隙在6mm(含)以上。

  2. 線束布置時考慮其他零件的安裝對線束的影響,如線束固定點要保證與內飾件安裝點(如門護板)20mm(含)以上間隙,盡量與安裝點并排布置。

  3. 線束固定在有相對運動的兩個零部件上時,該段線束段的長度應大于這兩個組件間的位移長度,最小值為25mm。

  4. 線束和運動部件的最小距離應大于25mm,并且距離運動包絡的間隙7mm(含)以上,最小距離的地方,線束避免處于自由狀態。

  5. 處于震動區域的線束,線束應該在接插件背部100mm內保持。

除了上文提到的基本的物理防護外,如線束與周邊件的干涉,在線束布置方面,線束也需要做電氣性能的安全防護,如防水,防塵,防電磁干擾,溫度控制等方面。

3)線束的熱保護

溫度對線束的影響很大,這不光體現在線束材料本身的耐熱性,還有溫度變化引起的電氣性能的變化。在線束布置設計中,應該特別關注高溫區域的線束布置。汽車上,高溫區域主要有以下幾個區域:

  • 排氣管

  • 排氣歧管

  • 廢氣再循環管或閥

  • 消聲器

  • 催化轉換器

  • 渦輪增壓裝置


溫度這塊,對于線束布置來講,有以下的要求:

  1. 線束距離以上高溫區域裝置的最小距離不低于150mm,催化器需要做到300mm以上,并且需使用耐高溫的包扎物。

  2. 許多因素都會影響到熱源(空氣流動、傳熱方式、熱的程度等)附近處線束布置的可行空間,因此必須獲取準確的溫度場數據來決定線束如何布置和選用何種保護。對于高溫區域,樣車出來后,需要進行溫度場分析,以便確定線束布置和線束包扎物設計的合理性。

4)線束防水與防塵保護

防水與防塵保護是線束布置過程中經常要考慮的內容,對于這點,線束布置主要有以下幾個方面:

  1. 線束穿過鈑金,需要設置滴水點(75mm以上),避免外部的水或者其他液體經線束流入車身內,或者在虹吸效應的影響下,水可能順著線束流進駕駛室的接插件。

詳解低壓線束三維布置設計規范/要點的圖3

圖:線束過孔時滴水點設置

  1. 在濕區有可能濺水的區域,如發動機艙,為避免插件進水,設計時應該讓接插件水平放置固定(插件出線方向與車身底板平行)。

  2. 在濕區有積水的地方,或者流水槽流水的地方,禁止放置接插件和接地端子

  3. 濕區卡扣扎帶應使用帶密封墊形式的。

  4. 車門鈑金上在防水膜內的線束固定點距離防水膜涂膠邊界要大于30mm,防止將防水膜頂起后漏水,防水膜開孔位置必須高于線束分支點位置,防止水沿著線束倒流進車內。

  5. 在車輪處、地板下面的線束,需要增加相應的防護。避免在越野、沙石路或冬天冰雪路面上行駛,飛濺起堅硬的石頭、冰雪塊將線束打爛。

  6. 前后保線束對插件固定位置應布置在線束走向的高處,避免布置在最低點,做好線束的防水防塵保護,但需校核是否方便裝配。

關于干濕區的介紹可以查看:https://www.suncve.com/dry-and-wet-area-harness-waterproof/

5)電氣安全防護

對于線束來說,安全是第一位,線束布置設計上的安全防護主要有以下幾點:

  1. 正極端子(蓄電池正極、起動機正極)必須設置絕緣塑料保護罩或其它不易變形的保護措施,同時保證保護措施不易脫離。

  2. 線束不能與油管、制動管理采用同一固定點,不能穿過,或者 交叉進行布置。

  3. 蓄電池正極端子和蓄電池蓋板或發動機蓋之間必須留有不小于20mm的間隙,避免短路,引起蓄電池瞬間大電流放電造成蓄電池爆炸。

  4. 考慮汽車碰撞時,線束不能受到擠壓。線束擠壓破裂,內部短路可能會瞬間引起火災,對駕乘人員造成進一步傷害。

  5. 設計時線束分支必須有足夠的松弛度(大于線束最小長度25mm),使其不對所連電器件產生預應力。線束繃得太緊,容易引起線束固定點位置錯動,導致兩固定點之間距離瞬間增大,從而拉長線束造成線束內部接點拉脫/虛接、導線參數變化,甚至拉斷導線。


4 輕量化設計及線束布置的成本考慮

在滿足線束的易于裝配性,可維修性及設計可靠性的基礎上,還需要特別注意線束布置設計的輕量化,及線束成本。有以下幾個方面可以考慮:

1)電氣回路盡可能縮短

電氣線束回路一定要盡可能縮短,回路短了不光可以減重,更可以降本,而且短的回路還可以降低線路段消耗電量損耗。

對于大的線徑來說,縮短回路帶來的改善很大,如蓄電池正極電纜。

2)盡可能的減少線束分段。

在實際線束三維設計中,增加線束分段,就必須要增加線束間的對接接插件,而增加對接插件,勢必增加線束的重量和成本。同時也會增加線路上的壓降,不利于電氣性能的穩定。

一些德系的車子能看到貫穿發動機艙、乘客艙、行李艙的一根大線,這就是少分段的典型設計。

3)不要過設計

避免使用不必要的線束固定點,有些區域線束固定點的區域可以做到300,這時候做150沒有任何意義,增加了線束重量和成本不說,對裝配車間來說,也是一種浪費。

4)減少不同規格的卡扣的使用,減少新增物料的使用

線束固定件,如卡扣、扎帶、橡膠件能借用就借用,盡量去避免新增物料的產生。

與此同時,盡可能減少扎帶/卡扣的種類,在同一個線束上,避免出現一會7mm的圓孔扎帶,一會又是7x12的腰型孔的扎帶,這些非常不利于線束的生成加工。


5 線束布置美觀,隱藏/橫平豎直

除了以上線束布置要點外,線束工程師在布置線束的時,還應該考慮線束布置形態的美觀性,做到線束布置盡可能的隱藏,線束布置的橫平豎直。整潔大方的線束布置形態也是反映線束布置工程師設計水平的重要參考。畢竟不是專業人士,關注的都是你做的好不好看,你說是吧

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