汽車線束成本優化及可靠性設計

朱 文，劉曉華，孟 銳，郭文洋

（長安汽車工程研究總院上海研究院，上海 201114）

隨著汽車技術的高速發展，汽車自動化、智能化程度的逐步提高，人們對汽車的安全性、舒適性、娛樂性等要求也不斷提高，加上汽車節能減排法規的不斷加嚴，整車電器設備不斷增加，作為連接汽車各種電器設備 “神經網絡”的整車線束，也越來越復雜，對可靠性也提出了更高的要求，同時企業經營成本的新增，線束成本壓力也越來越大。

本文結合項目開發實例，從技術的角度，介紹了部分整車線束成本優化及可靠性設計的方法和實例。

1 汽車線束通用化優化設計

1.1 件號通用化優化設計

某車型倒車燈原理如圖1所示。原理圖轉化為線束圖時，地板線束分MT和AT車型，做了2種不同的狀態。優化后，通過預留回路的形式，地板線束可同時適配MT和AT車型，件號數量減少為原來的一半，可降低管理成本，抵消電線新增的成本后，單車成本可以降低約0.2元。

1.2 插接件通用化優化設計

插接件通用化，不僅在同一車型上盡量選用相同的插接件 （前霧燈和后霧燈的4組插接件相同），在不同車型上也要盡量選用相同的插接件。如同一主機廠的A、B、C、D車型4個霧燈的插接件也相同。即使無法通用也盡量選擇同一類型的插接件，這樣可以使用相同的端子。圖2為某車型優化后的部分插接件。其插接件、端子、卡扣適配關系如表1所示。A和B為一組線對線的插接件，B和F為一組線對板的插接件，C和D為一組線對線的插接件，A、B、C、D為同一系列的插接件，功能不同，外形結構差別很大，可同樣選用公端子G和母端子H。C和E為防水和非防水的插接件，外形結構差別很大，但安裝結構尺寸相同 （橢圓圈處所示），適配同一卡扣A。

表1 插接件端子卡扣適配表

線束插接件通用化后，避免重復的設計驗證，減少插接件種類，相應可減少壓接模具和導通臺模塊種類，單車可降低設計驗證、采購及生產管理成本約25元。

2 汽車線束工藝優化設計

2.1 插接件孔位優化設計

如圖3所示，優化前，插接件為L形出線方向，端子植入13號孔位，1號孔位空余；優化后將回路植入1號孔位，13號孔位空余。線束從更靠近插接件出線點的方向分出，可節省電線長度，降低成本約0.1元。

圖4為線束圖中摘錄下來的鼓風機和風扇熔斷絲繼電器排布圖。優化前，鼓風機回路和風扇回路交錯在一起；優化后，在預裝工序回路走向更順暢，同時鼓風機回路和風扇回路連接距離減少，可節省電線長度，單車可降低成本約0.5元。

圖5為插接件孔位排布優化設計示意圖。小插接件中4個線徑相同的回路全部連接到大插接件中，大插接件為一個混合型的插接件，4個回路植入大插接件的1、2、9、10號孔位中，1、9和2、10適配的端子不一樣。優化前壓接4個回路時，因1、9和2、10號孔位使用的端子不一樣，需要增加一次更換端壓模具和首末件檢查的工序。將回路從1、2、9、10號孔位中優化到2、3、10、11號孔位后，統一為一種端子，不需要更換壓接模具，可一次壓接完成，節省壓接模具更換調試時間。

2.2 屏蔽線優化設計

圖6所示為屏蔽線優化設計示意圖。屏蔽銅絲線頭通過膠帶包扎固定在線芯絕緣層上，屏蔽銅絲有刺破線芯絕緣層，和線芯接觸短路，造成信號干擾的風險。優化后，將屏蔽銅絲回折，并用膠帶綁在絕緣層上，可降低屏蔽銅絲刺破線芯絕緣層的風險，提高線束可靠性。

圖7為傳感器線束優化設計，優化前輸入軸、輸出軸與TCU之間的連接采用普通的電線。優化后，將普通電線變更為屏蔽電線，并將屏蔽線的一端搭鐵，可提高信號的抗干擾能力。對高頻信號屏蔽線，建議采用兩端搭鐵的方式。

2.3 接線點優化設計

圖8為接線點優化設計示意圖。圖8a中，1／1、1／2、 1／3為一組接線回路， 2／1、 2／2、 2／3、 2／4為一組接線回路。在線束走向中，兩個接線點S1和S2在線束分支點的右側，1／1、1／2在接線點S1的左側， 1／3在接線點S1的右側， 2／1、 2／2、 2／3在接線點S2的左側，2／4在接線點S2的右側。優化后，將接線點S1和接線點S2的位置對調，可節省50 cm長的0.5mm2的電線，降低電線成本約0.03元。

在圖8b中， 3／1、 3／2、 3／3為一組接線回路，線徑分別為0.5mm2、 0.5mm2、 0.85mm2； 4／1、 4／2、4／3為一組接線回路，線徑均為0.5 mm2。在線束走向中，兩個接線點S3和S4在線束分支點的右側，3／1、3／2在接線點S3的左側， 3／3在接線點S3的右側， 4／1、 4／2在接線點S4的左側， 4／3在接線點S4的右側。優化后，將接線點S3和接線點S4的位置對調，增加50 cm長的0.5 mm2的電線，減少50 cm長的0.85 mm2的電線，降低電線成本約0.02元。

2.4 工裝板優化設計

圖9為某工裝板的布線示意圖。流水線順時針轉動，線束插接件在分支點的左側，即線束分支排布方向與流水線方向相反。線束分支一般使用膠帶纏繞包覆。為加快膠帶纏繞效率，作業員需將線束分支插接件端從工裝板上取下，從分支點開始纏繞膠帶，一直纏到分支末端插接件處，因纏繞方向和流水線的方向相反，隨著流水線的轉動，作業員需要跟著流水線一起走動。優化后，線束插接件在分支點的右側，即線束分支排布方向與流水線方向相同。膠帶在分支上從分支點向末端纏繞時，纏繞走向與流水線的方向一致，隨著流水線的轉動，人員不需要跟著流水線一起走動，或者只需要少量的走動，即可完成纏繞工序，可減少作業員無謂的走動，降低勞動強度。

圖10為插接件預裝示意圖。插接件A為主插接件，連接插接件B、C、D，預裝完成后需要鋪在工裝板上。優化前，相對流水線方向，主插接件A在B、C、D的后面。布線工作方式有兩種：方式一是先固定插接件A，最后固定插接件B、C、D；方式二是治具叉上先固定插接件B、C、D，最后固定插接件A。方式一中，會出現和圖9優化前膠帶纏繞相同的情況，即作業員需要跟著流水線一起走動；方式二中，插接件A為主插接件，連接B、C、D，可能會出現插接件B線束分支穿過插接件C，插接件C線束分支穿過插接件D的情況，導致線束分支相互纏繞，最終需要花費時間將線束清理順暢，影響作業效率。優化后，相對流水線方向，主插接件A在插接件B、C、D的前面，布線時治具叉上先固定插接件A，可降低線束相互纏繞的概率，提高作業效率，同時可減少作業員無謂的走動，降低勞動強度。

3 汽車線束原理優化設計

3.1 電源分配優化設計

圖11為某車型起動機及發電機電路優化設計圖。優化前，各使用一路熔斷絲進行保護。優化后，起動機和發電機共用一路熔斷絲，發電機電源直接從起動機處引出，不僅減少了一路熔斷絲，而且也使得發電機電源線較優化前大幅減短，單車可降低成本約8元。

圖12為某風扇電源分配優化設計示意圖。控制方式為單風扇雙檔風速調節，通過調速電阻，調整高低速風量，使用2個JCASE熔斷絲，區分高低速檔位，對線路進行保護。風扇工作時，只有1個熔斷絲進行工作，2個熔斷絲不會同時工作。優化后，取消1個熔斷絲，高低速共用1個熔斷絲進行保護，新增一個U形卡端子，節省2個端子和1個JCASE熔斷絲，同時電線使用量也將減少，單車可降低成本約4元。

3.2 控制邏輯優化設計

圖13為某車型電動窗開關優化設計圖。優化前電動窗開關的控制模塊在主電動窗開關內，通過主電動窗開關控制其它車窗開關時，工作電路為電源→主電動窗開關→副電動窗開關→副電動窗電機→副電動窗開關→主電動窗開關→搭鐵，多個車窗電機同時工作，經過主電動窗的電流很大，易造成主電動窗開關故障。優化后，除主電動窗自帶控制模塊外，其它電動窗開關也各有一個小模塊，各開關間通過LIN線通信，通過主電動窗開關升降其他車窗開關時，工作電路為電源→副電動窗開關→副電動窗電機→副電動窗開關→搭鐵，減小了主電動窗的負荷。當同時操作多個電動窗時，將通過LIN優先順序依次上升，不會出現兩個以上電動窗同時工作的情況。這樣電動窗開關的成本雖略有上升，但卻節省了從主電動窗開關到副電動窗開關的電源線和搭鐵線，單車可降低成本約5元，可靠性得到了很大提升。

圖14為某車型后刮水電機控制優化設計圖。優化前后刮水電機有3條單線到BCM，分別為電源線、復位線、復位電源線。在復位工作時，電源經由BCM→后刮水電機復位線→BCM→后刮水電機電源線。優化后通過BCM判斷復位線狀態，在復位工作時，電源經BCM→后刮水電機電源線，減少了BCM到后刮水器的復位電源線，而BCM僅改變了控制邏輯，不涉及硬件成本變化，但線束節約了電線及端子，單車可降低成本約3元。

4 汽車線束裝配優化設計

圖15為發動機艙電器盒優化設計圖。該電器盒的2個固定支架通過螺栓螺母的方式固定在車身鈑金上。優化前，先將方螺母焊接在車身上，總裝時，再通過螺栓，將電器盒固定在車身鈑金上。裝配時，因電器盒重力的原因，有朝下掉的趨勢，需要一只手托著電器盒，另一只手操作工具裝配螺栓，勞動強度大，因單手操作裝配工具，會出現裝配螺栓從裝配工具上掉下來的情況，效率較低。優化后，將車身上的其中一顆焊接方螺母變更為凸焊螺栓，先將凸焊螺栓焊接在車身上，總裝時，電器盒掛在凸焊螺栓上，可以雙手操作裝配螺母，這樣螺母從裝配工具上掉下來的概率大大降低。同時，裝配時不用一只手托著電器盒，工作強度降低。

5 汽車線束布置優化設計

圖16為某車型的倒車雷達接線優化設計圖。倒車雷達ECU布置在儀表管梁上，和儀表線束對接，經地板線束、后保線束和倒車雷達連接。優化后倒車雷達ECU布置在側圍左后輪轂包處，經地板線束、后保線束和倒車雷達連接，這樣倒車雷達ECU距離倒車雷達更近，可提高信號靈敏度，提高可靠性，將對接端子由8對節省為6對，同時減少電線長度，單車可降低成本約3元。

［1］陳琴，沈曉青，韋南勇，等.線束插接件及端子的選型和統一化［J］.汽車電器， 2013 （4）： 7-10.