汽車低壓電線束成本優化方案

遲巍巍， 王慧春， 牟海濤， 王 巖， 索海東， 鄭洪超

（長春市燈泡電線有限公司， 吉林 長春 130012）

1 引言

2021年中國汽車產銷量分別為2608.2萬輛和2627.5萬輛，同比增長3.4%和3.8%，結束了自2018年以來連續3年下降的局面，繼續蟬聯全球第一。較之2010年的產銷量1841.89萬輛和1850.51萬輛，分別提高了41.6和41.99個百分點。2021年受到疫情的影響, 世界汽車市場持續低迷狀態，但中國市場銷量回升較強，中國人的汽車夢早已不是遙不可及，汽車已逐漸步入普通工薪家庭。在此背景下，整車的性價比成為了決勝汽車市場的關鍵，成本更是重中之重。作為整車電器系統的中樞神經，汽車線束產品是整車成本的重要組成部分，在設計初期便已通過3D數模完成了線束的走向、布置、定位點的分布等設計，在完全模擬實際裝車狀態的情況下，避免了線束與各電器件或管路的干涉問題，從而降低了后期裝車過程中對線束產品的改制或返工工時，無形中降低線束產品的成本。在設計過程中，在對整車電氣原理充分剖析后，結合各用電器的負載、整車的裝配工步和售后維修的需要，最為合理地計算出每一根電線的線徑、走向和長度，在哪里分支、在何處出線等，能夠最大限度節約零部件，從而降低線束產品的成本。本文將對線束產品在設計優化方面貢獻的成本競爭力進行分享。

2 電線束產品概述

汽車電線束是汽車動力和信號傳輸分配系統的總成，是汽車電路的網絡主體，是汽車電路中連接各個電器設備的接線部件和各部件聯系的載體。如果將汽車比作人體，汽車引擎是心臟、ECU是大腦，那么汽車電線束便是血管、是神經，可見汽車電線束對于汽車整車電路正常穩定工作的重要性。

為了確保整車電器設備能夠在正常使用的條件下保持可靠的連接，將全車各電器設備使用不同規格、顏色、耐溫等級的導線及護套、端子，通過合理的布線并充分考慮裝配及維修的需要，將整車所需的導線連接整合，再通過定位件、保護管等部件按照合理的工藝捆扎到一起，就形成了線束。電線束由導線、護套、端子、熔斷絲、繼電器以及其他能夠起到絕緣、保護、固定、密封等作用的零部件組成。

與現代自動化生產工藝不同，汽車電線束產品是管理密集、勞動力密集、零部件密集為一身的特殊產品，能夠實現自動化工藝的工序有限，對過程管控能力、品質保證能力及操作人員技能具有較高的要求。

隨著汽車電子功能配置的不斷提高，消費者對整車的安全性、舒適性、操控性等方面要求亦不斷增加。為滿足不同消費群體對汽車電器功能的喜好，整車廠一般會針對不同消費階層設計不同電器功能配置的車型，這樣，與之配套的線束產品種類也隨之增加。以目前國內市場銷量及口碑均不錯的某系列車型為例，該車型可搭載GW4G15F、GW4B15A、GW4D15D、GW4C20B、GW4N20這5款汽油發動機，與之匹配的發動機和變速器線束就達到了13種之多，加上不同電器功能配置的車門線束、儀表板及控制臺線束、車架線束、前艙線束、座艙線束和消費者可自行選裝的功能，該車型的線束產品種類達到80種以上。由此可見，線束產品的種類與整車電器配置息息相關，電器功能配置越豐富，配套的線束產品種類越繁多。除此之外，商用車線束產品的多品種、小批量也是另外一大特點。

目前世界上的主流汽車生產商主要分為3個車系：以美國為代表的美系(主要范圍在北美)、以德國為代表的歐系(主要范圍在歐洲) 和以日本、韓國為代表的日韓系(主要范圍在日韓)。除去上述3個主流車系，英國、法國、意大利等國家的汽車制造業在全球也具備了相當的品牌知名度。各個系別的整車已經形成體系，那么與之配套的零部件自然各成體系，線束產品亦不例外，車系不同，線束產品中使用的零部件亦不相同。構成線束產品實體的零部件種類大約在20類以上，如護套、端子、電線、定位件、雨塞、熔斷絲盒、繼電器、橡膠件、管材、膠帶以及泡沫條等，其中按照使用部位不同，使用的零部件材質亦不相同。

一般來說，整車線束產品在批量加工過程中的自動化覆蓋率不超過50%，這便注定了其勞動力密集的產品特點。線束產品的加工工藝主要為下料、壓接、焊接、絕緣、分裝和組裝，其中分裝工序和組裝工序的自動化覆蓋率均不超過10%，在勞動力緊缺的今天，這無疑成為線束行業發展的瓶頸。

3 電線束產品成本構成

電線束產品的成本由固定成本及變動成本構成，包括材料費、工時費、燃動費、制造費、管理費、財務費用、銷售費用、模具分攤費用、開發費用等。相比于工時費、制造費、財務費用、管理費用等固定成本，材料費等變動成本在電線束產品中所占的比值更高。為了滿足激烈的終端銷售競爭和最終用戶對車輛的高性價比要求，整車廠對零部件供應商的成本貢獻也不斷提出新的要求，直接體現在產品供貨單價方面。面對整車廠保質、降價的要求，零部件供應商通過提升工人勞動效率、VAVE、提高自動化率、優化采購資源等一系列成本優化活動實現成本降低目標。以下將從設計方面對成本貢獻的競爭力進行分析。

4 典型的設計優化方案

4.1 優化原則

在最優經濟性的條件下實現線束產品的可靠性。

4.2 優化方案

4.2.1 進口零部件國產化

對進口零部件進行國產化，是線束供應商降低線束產品成本的一種常見方法。隨著汽車零部件采購的全球化，進口零部件與國產零部件的價格已不再是動輒50%以上的差異，但卻始終保持著10%～35%的價格差。雖然線束中使用的諸如ABS、SRS、各類ECU、BCM等關鍵電器零部件仍然是由APTIV、BOSCH、SIEMENS、TE等國際汽車零部件巨頭憑借其高端的技術優勢壟斷，但一些非關鍵電器部位的零部件供應商卻分布極廣，這一部分零部件也是進行國產化的重心。一般來講，整車線束產品中進口零部件的采購成本占據了材料費的20%～40%，而材料費又占據了整車線束成本的65%～85%，那么，通過對非關鍵部位零部件的國產化，能夠降低整車線束產品成本的1.3%～11.9%。從數據上看，成本降低的絕對值是相當可觀的，但真正實施起來，在某些方面卻存在著不足。

首先，零部件的國產化需要在整車廠、線束供應商和零部件供應商的共同配合下來完成。在完成對國產化零部件的開發后，零部件供應商需進行自檢，自檢合格后線束生產企業需要按照行業標準或顧客標準對國產化零部件進行充分的數據匹配及試驗驗證。以上檢驗及試驗完成后，還需整車廠對國產化零部件進行現場裝配及道路行車試驗，上述所有試驗都進行完畢且合格后，經過小批量和批量試裝車后方能投入生產使用。整個開發和試驗周期下來，少則幾個月，多則一年。在此期間，需要三方的緊密溝通和通力配合，缺一不可。

其二，目前國內很多零部件供應商對復合結構、小規格系列零部件的開發能力仍有很大的提升空間。國產化零部件最常見的問題是形似而神非，雖滿足了外觀和結構要求，但在可靠性方面仍有部分欠缺，這就需要整車廠和線束供應商協助國產化零部件供應商提升其開發能力和設計驗證能力。

第三，供貨穩定性不足也是國產化零部件的又一常見問題。除去原材料的采購資源、零部件模具的加工精度，零部件供應商的生產過程控制能力和品質保證能力也是造成這一問題出現的重要因素。這也需要整車廠和線束供應商通過對零部件供應商的過程評審來不斷提升其過程控制能力和品質保證能力。

4.2.2 線束結構優化

通過整車廠不斷進行的生產效率提升活動，“零部件預裝”被更多地應用到總裝生產線。如發動機、儀表板、前后保險杠、車門等零部件在具備組裝條件的前提下，已在總裝線下將與之匹配的電線束裝配完畢后總成供貨至整車廠，這樣便提升了整車廠的生產節拍并降低了電線束在總裝生產裝配過程中因與過多其他零部件干涉帶來的損傷風險。

圖1、圖2以某車型低配整車線束結構優化為例，對比詳見圖3。將主線束按照裝配區域和功能進行拆分，雖然增加了一部分線束間對接插件，但可降低線束生產工時，同時便于整車廠進行預裝并降低售后維修工時。

圖1 優化前

圖2 優化后

圖3 線束結構優化前后對比

采用拆分主線束的優化方案后，具備如下優勢。

1） 從歷年售后市場反饋的索賠及故障信息來看，線束產品索賠及故障多發于工作環境較為惡劣的發動機艙內，而駕駛室內線束產品的索賠數量則相對較少。采用優化前結構的主線束，不利于對線路的維修及更換。將主線束拆分為發動機艙線束、儀表板線束和車身線束三部分后，能大大縮短售后維修所使用的工時和最終用戶的維修成本。

2） 通過實施“零部件預裝”方案，在降低線束供應商生產裝配工時的同時，也能夠提高整車廠在總裝生產線的裝車效率。

3） 主線束拆分后，線束產品種類豐富，提高了整車廠的生產組織靈活性、物流管理效率及零件調達率。

4） 拆分主線束后，在線束的成品及半成品周轉、運輸過程中，能夠降低因導線過長導致的刮、拽風險。

同時，也面臨著如下挑戰：①主線束拆分后，線束間的連接點增多，增加了線束產品品質的風險點；②主線束拆分后，將會增加線束間的接插件，導致線束產品的材料成本隨之增加。

線束結構的優化，最終取決于整車廠和線束供應商之間的協同成本。

4.2.3 導線種類優化

目前線束中使用的導線種類，依據客戶標準要求大體采用4種，分別為符合JASO標準的日系導線、符合VW或DIN標準的德系導線、符合ISO 6722國際標準的導線以及符合國標GB/T 25085的導線，這其中又以使用日系、德系標準的導線居多。通過計算載流量、在滿足使用功能的前提下，對部分規格跨度較大的導線規格之間增加部分規格或使用滿足其他標準的不同規格導線進行補充，實現降低線束產品零部件成本的同時也能夠對整車輕量化做出貢獻。

表1以德標FLR型導線為例（導線規格單位為mm）2，標注區間內的導線規格跨度較大。

表1 以德標FLR型導線為例， 標注區間內的導線規格跨度

若對上述規格跨度之間增加部分規格或使用日標導線，則能夠對導線規格區間進行較為有力的補充，見表2。

表2 補充導線規格區間

盡管相近規格的德標導線、日標導線在結構上存在差異,德標導線在截面積和導體電阻兩方面具有優勢，但差異不是特別明顯，而日標導線在成品外徑和質量兩方面具有一定優勢，見表3。

表3 德標導線、 日標導線在結構上的差異對比

1） 相近規格的德標導線（圖4） 和日標導線（圖5） 在溫升和電流曲線方面的差異。

圖4 相近規格的德標導線的溫升和電流曲線

圖5 相近規格的日標導線的溫升和電流曲線

從兩種類型導線的溫升和電流曲線能夠看出：在相同的溫升條件下，德標導線的電流承載能力略強于對標的日標導線。例如：在溫升為20℃時，不同規格導線間的電流承載能力差異在8.33%～9.52%之間，溫升越低，承載能力差異越小。

2） 相近規格的德標導線（圖6） 和日標導線（圖7） 在發煙時間方面的差異。

圖6 相近規格的德標導線的發煙時間曲線

圖7 相近規格的日標導線的發煙時間曲線

從兩種類型導線的發煙時間曲線能夠看出：在相同的過電流條件下，德標導線的發煙時間長于對標的日標導線，不同規格導線間的發煙時間差異在13.79%～17.44%之間，過電流越小，發煙時間差異越小。

綜上兩種類型導線的各項指標對比（表4），在進行充分設計驗證的前提下，增加部分滿足本類型導線要求的導線規格或使用滿足其他標準的不同規格導線，在設計時對導線規格的選擇會有更大空間且能夠滿足部分成本和自重方面的要求。

表4 兩種類型導線的各項指標對比

4.2.4 零部件材質的分區域設計

全球能源價格不斷攀升，導致原材料價格不斷上漲。在此形勢下，按照干區、濕區的使用區域不同，充分考慮零件的各項性能，使用最具經濟性的原材料從而提高零部件的性價比，避免零部件功能過剩則顯得尤為重要。

1） 接插件常用的材質，經過在實際應用條件下的驗證，各項性能見表5。

表5 接插件常用的材質

2） 導線絕緣層常用的材質，其長時耐高溫性能見表6。

表6 導線絕緣層常用的材質長時耐高溫性能對比

不同材質絕緣層的耐溫等級不同，其原材料的價格及加工工藝也不相同。

3） 外輔零部件的常用材質，其長時耐高溫性能見表7。

表7 外輔零部件的常用材質長時耐高溫性能對比

以上線束產品中常用的零部件，能夠依據使用區域的不同而進行區域化設計，降低原材料成本。

4.2.5 零部件的平臺化設計零部件平臺化，即提高零部件的延續性和通用性，能夠有效地降低零部件的開發成本和模具成本，從而降低零部件的價格，比如大眾汽車的PQ34、PQ35和MQB平臺、一汽轎車的H平臺、長城汽車的K平臺、華晨金杯的H2W平臺等。很多主機廠在開發新車型時，除了必要的車身、燈具等專車專用的零部件需要重新開發設計外，其他電器件在設計初期更多的是借用現有批量生產車型中使用的已經非常成熟的零部件，即平臺化使用。這樣，就在很大程度上降低了零部件的開發成本和模具成本，縮短了新項目中零部件的開發和采購周期，又保證了零部件品質的穩定性和可靠性，同時更降低了整車廠的采購成本和對零部件的管理成本。在相同的整車供求關系鏈中，零部件的種類越少，其采購成本和管理成本就越低。由此可見，零部件平臺化的優勢不言而喻。

1） 護套按照匹配端子的規格進行整合，結構相似的可從孔位數、顏色、限位等方面加以區分，見表8。

表8 護套結構相似方面的區分

2） 定位件按照與車身的配合方式、空間及結構，除異形定位件及支架外，可對其種類進行整合，見表9。

表9 定位件和管箍規格分類

3） 除特殊電氣功能件外，整合端子的規格、厚度、鍍層及鎖緊機構以配合護套使用，端子與導線間的推薦匹配關系見表10。各種規格端子的電流負荷能力，依賴于被壓接導線的橫截面積、端子的材質及鍍層。

表10 端子與導線間的推薦匹配關系

5 結語

本文通過對汽車低壓電線束產品在設計方面進行的常見優化方案入手，分享了部分設計優化方案對成本貢獻的競爭力。當然，在設計方面能夠進行成本優化的方法還有很多，比如智能電器盒的應用、多管腳熔斷絲的使用等，都能在一定程度上對線束的成本起到遏制作用。希望通過本文的分享，為我們的民族汽車事業添磚加瓦，盡一份綿薄之力。