汽車線束輕量化的發展趨勢研究

蔡沛志

上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司

汽車線束輕量化的發展趨勢研究

蔡沛志

上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司

當前環境污染是關系民生的重大問題，對此國家在汽車行業提出了節能減排的措施及油耗要求。節能減排是汽車行業的重要工作，而輕量化是各汽車生產廠家的重要課題，輕量化措施主要包括輕量化的結構分析和設計，線束輕量化是從線束的總量組成上分析，導線的重量占最大的比例，其次是接插件、線束保護等。基于此，文章就汽車線束輕量化的發展趨勢進行簡要的分析，希望可以提供一個有效的借鑒。

汽車線束；輕量化；發展趨勢

1.輕量化的定義

汽車技術的輕量化，其實就是指在確保汽車安全性能、強度的基礎上，使汽車的整備質量最大化的降低，進一步增加汽車的動力性，通過燃料消耗減少來促進排氣污染的降低。一般在汽車整車重量降低10%的情況下汽車燃油效率能夠增加7%，在汽車整備質量每減少100kg的基礎上，油耗也可以減少0.7%。另一方面，車輛每減少100kg，二氧化碳的排放量也可以減少5g/km。鑒于此，可以看出汽車的輕量化可以在節約能源的同時，也可以降低廢氣的排放量。與此同時，汽車輕量化之后，其整體加速性也會相應得到提升，其操控的靈活性也會隨之增加，在噪聲、振動、穩定性方面得到相應的改善。

2.線束的重量組成結構

2.1 導線

傳統汽車的導線都是銅合金導線，線徑的使用由0.35～25mm，每輛汽車的導線使用如果首尾相連約2KM。以一輛B級轎車的重量來估算，導線的重量約25～30KG，汽車每行駛100KM，車輛將消耗近0.1kg的汽油。

導線做為線束重要的組成者，研究如果選用更輕，更可靠的替代產品成為線束輕量化領域的熱門話題。近幾年來，鋁導線、特細導線、合金導線以及混合芯體導線層出不窮，越來越被線束廠家和主機廠所重視。

2.2 電源線的輕量化方案

電源線因其承載電流大，線徑粗，端子和導線的拉拔力強，所以利用鋁導線代替銅導線的方案被越來越被線束生產廠家所接受。因為鋁導線其導線特性和銅比較相近，重量比銅更輕。

2.3 信號線的輕量化方案

雖然銅和鋁的導線性能上比較相近，但是其拉伸強度鋁的性能遠不如銅。小線徑的輕量化方案，生產廠家采取的方案百花齊放。

(1) 0.75mm鋁導線的應用

有部分廠家沒有放棄鋁導線的使用，繼續研究其合金的拉伸強度是否可以彌補其純鋁導線的不足。例如以某導線生產廠家的鋁導線開發為例。為滿足0.75mm的鋁導線可代替0.5mm的銅導線為目標，設定鋁合金導線的導電率目標滿足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。

(2)銅合金的特細導線

信號線的導線利用率一直很低，0.5mm/0.35mm的銅導線可以承受10A左右的電流(環境溫度24℃)，但是信號線內真正流通的電流往往只有幾毫安，這樣資源的浪費成為很多線束生產廠家關注的焦點。0.13mm2、0.08mm2、0.05mm2導線已經問世，在多家企業應用。

如何降低線徑，使低線徑的導線既能滿足信號傳輸的要求，也能滿足壓接的拉伸強度，端子插入的柱力等是特細銅導線普遍使用和更廣泛推廣的關鍵問題。為了滿足機械性能的要求，在銅導線中增加合金同樣是決此問題的方法。CuSn、CuAg、CuMg和銅包鋼是這幾年來各線束生產廠家青睞的產品。

(3)混合材質的特細導線

在成本節約和能源控制方面日系企業一直都是實至名歸的第一位。最早在SUMITOMO研發的一款0.13mm2導線為最細的導線，其采取的是用混合材質的方式，采用中心為一種銅材質，外圍為另外一種材質，并且中心和外圍的銅絲線徑也不相同。雖然這種導線也滿足的傳輸的電性能要求，但是缺點也很明顯：制作工藝繁瑣，生產成本高，不能超聲波焊接，端子的壓接屬于非常規性壓接，需要特殊設備。

3.汽車輕量化實現的主要途徑及趨勢

3.1 新型材料的使用

一般情況下，汽車底盤、車身、發動機這三個方面的重量，可以占到一輛汽車總重量65%左右。再加之汽車車身內外覆蓋件的重量是排至重量的首位。這就需要把汽車自身重量對降低發動機的功耗的影響程度進行降低的同時，也相應的使汽車總重量的雙重效應有效的降低。鑒于此，首要工作就是需要在制造材料上尋找突破口。實際的操作步驟就是:第一步采用強度高、密度小的輕質型材料,包括了陶瓷材料、塑料聚合物材料、鋁鎂合金等;第二步采用工藝性能好、同彈性模量、截面厚度較薄、同密度的高強度鋼；第三步采用具有新材料加工技術的輕量化結構的用材,包括了激光焊接板材、金屬基復合材料板連續擠壓變截面型材在內的用材。

3.2 合理的結構設計

隨著汽車輕量化技術不斷的發展,輕量化對策主要集中在輕量化的結構分析、設計過程中。輕質材料(復合材料、鎂、塑料、鋁、高強度鋼)在汽車上的應用和結構設計與相應的制造、裝配、連接、防腐等工藝的研究活動的實際應用有機的融合在一起。眾所周知，在現代汽車工業的發展過程中，CAD/CAE/CAM一體化技術的應用與汽車設計、制造等各個環節息息相關，在實際的汽車發展過程中起著重要的作用。

3.3 其他輕量化材料

繼金屬和塑料之后又興起了第三大類材料那就是精細陶瓷。雖然僅有20年左右的發展史，但是它具有良好的化學性能(耐氧化、耐熱沖擊等)和力學性能(耐腐蝕、硬度高、耐磨損等)。把精細陶瓷材料應用到汽車零件中，不僅輕量化了汽車，而且因為它具有耐磨損、耐熱、耐腐蝕，在汽車熱交換器和汽車發動機燃燒室等應用時，它大大降低了油耗，同時也大大提高了使用功率，也間接的起到了輕量化設計的效果。

結束語

伴隨輕量化技術的發展逐漸趨于成熟，其生產成型技術、配件的連接也不斷提高。因此，需要進一步加強技術的研究，從而更好的促進汽車行業的發展。

[1]從汽車環保和輕量化展望復合材料發展趨勢[J].聚氨酯，2010，07: 50-51.