叉車線束的優化設計

趙龍

【摘? 要】叉車線束在實際裝配過程中的問題較多，裝錯、線束損壞/燒蝕、整車布線凌亂等狀況經常發生。同時，叉車線束的成本在所有車用電器中占有很大比重，出現問題就損失嚴重。本文從線束走向的優化、常用功能集成到車架線束、發散式設計改成階梯式、不常用功能單獨做過渡線實現、發散式改成先集中后分散方式5個方面出發，對線束進行優化設計改進，結果表明：優化后的設計可以簡化線路和裝配流程，減少物料種類，降低管理成本。

【關鍵詞】線束優化；集成化設計；階梯式設計

中圖分類號：U463.62? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）06-0088-03

Optimal Design of Forklift Wiring Harness

ZHAO Long

（Shandong Liugong Forklift Co.，Ltd.，Linyi 276000，China）

【Abstract】There are many problems in the actual assembly process of forklift wiring harnesses，such as mis-assembly，damage or ablation of wiring harnesses，and messy layout of vehicle wiring harnesses. At the same time，the cost of forklift wire harness occupies a large proportion in all automotive electrical appliances，and the loss is serious when problem occurred. The wiring harness has been optimized from five aspects：the optimization of wiring harness layout，the integration of common functions into the frame wiring harness，ladder-type structure design，the realization of the transition line for the uncommon functions alone，and the centralized and then decentralized method in the paper. The results show that the electrical circuit and assembly process are simplified，the types of materials and management cost are reduced after the design optimization.

【Key words】wiring harness optimization；integrated design；ladder-type structure design

1? 引言

不管是內燃機驅動還是動力電池驅動，車架線束都是叉車電器部件的重要組成部分，其完整的生產流程一般包括主機廠電器人員設計、線束供方圖紙轉化、生產用圖紙生成、制造路線工藝把控、線束品質管控和合格品出廠發貨這幾個主要過程。其中，只有線束的三維數模生成、二維圖紙出圖以及技術要求編寫是在主機廠進行，其他生產制造相關流程都是由線束廠家完成。也就是說，主機廠內的線束設計是源頭，只有從源頭上保證好產品品質，供方才可能交出滿意的產品。

2018年，李德軍[1]對商用車線束進行優化設計，并且從原理設計優化、電器零部件開發優化、線束回扎設計、線束品種歸類和模塊化設計等不同方面展開，為線束優化設計提供了思路，但是缺少詳實的設計實例。2019年，王俊蘭[2]對混凝土泵車線束做了優化設計，通過采用就近布置線束以及采用專用裝置固定線束等措施，以實現節約成本、提高線束維修性的效果。2020年，黃江濤[3]聚焦汽車線束設計階段的降成本研究，通過架構優化、控制器集成、線束布置優化等方法，達到了汽車線束降成本的目的。2022年，鄭藝[4]從能源安全和生態環境的角度出發，提出汽車線束輕量化設計的概念，并且從鋁導線應用、導線小型化、線束總體布局設計等方面實踐，論證了電氣系統輕量化的可行性。

本文主要從5個方面入手對叉車車架線束進行改進，其集成化設計能減少物料種類，降低設計變更的頻率，也能避免冗余物料的設計和出圖，大大提高了車架線束的通用化程度，同時物料種類的減少，給現場的物料管理提供了方便，降低了管理成本。而階梯式的防錯設計減小了裝配難度，提高了電氣線路的安全性。其他方面的優化也給整車電氣系統的穩定性、可靠性、裝配效率帶來了明顯提升。

2? 線束的優化設計

2.1? 線束走向的優化

電動叉車主要由電池、電機、電控三電系統組成，在實際的叉車使用過程中，三電系統的溫升是需要關注的重點問題。線束作為連接三電系統、電壓轉換器、用電設備的媒介，其固定位置和走向需要避開發熱嚴重區域，避免線路被燒蝕或燙傷，保證線路傳輸的安全。在電動叉車連續工作，尤其是在重工況下，電池和電機的發熱是比較嚴重的。依據動力電池溫升曲線圖（圖1）和電機溫升曲線圖（圖2）可知，動力電池的溫度一般可以達到50℃以上，電機的溫度可以達到100℃以上，這樣的高溫會給線束帶來自燃的危險。常用做法是在電池的正下方設計一塊隔板，這樣主線束從控制器出來，從隔板下面穿過，這樣可以避免在電池吊裝的過程中對線束造成擠壓、磨損。由于距離電池很近，隔板為金屬板，隔熱效果不好，所以很容易造成管線路高溫灼傷。車架線束走向示意如圖3所示，對線路布局優化后，從車尾部控制器出來，線束從車架的側面向前延伸，避開了動力電池、泵電機和牽引電機，可最大程度上減小發熱部件溫升對線束的影響。

2.2? 常用功能集成到車架線束

常用功能全部集成到車架線束，減少多根線束搭配使用的情況，減少了物料種類，簡化了裝配流程，縮短工時的同時，裝配難度減低。

目前電動叉車的動力電池主要有鉛酸電池和鋰離子電池兩種。

1）鉛酸電池以其穩定的化學性質、高安全性、價格低廉等優勢，在電動叉車發展的初始階段，被各大主機廠青睞和批量應用。隨著鉛酸蓄電池在叉車上的推廣，其短板也逐漸暴露出來。首先就是能量密度低、儲能少，無法滿足叉車在強工況、惡劣環境下持續工作的需求，而頻繁充電造成叉車的工作效率降低，這是很多叉車客戶不能容忍的。其次，鉛酸電池因為是通過電解液的化學變化實現充放電，充電過程產生的蒸汽需要及時從電池內部排出，以避免因電池內外壓強失衡嚴重造成安全隱患和電池壽命的縮短，所以每次充電都需要打開鉛酸電池的加液蓋，補充電解液和排氣。這給電池充電過程增加了很多工序，而且每次都需要打開機罩，充電步驟繁瑣。此外，電池電量的讀取是通過測量電解液的密度間接計算出來的，儀表顯示的電量往往不準確，這就造成電量顯示的剩余電量充足，實際蓄電池已經是低電量或者虧電狀態，從而使叉車行走或者舉升動作受到影響。

2）隨著電池技術的發展和電池種類的增加，鋰電池的出現可以完美避免上面的問題。與鉛酸電池相比，鋰電池的能量密度大、使用壽命長、工況適應范圍廣，這些優勢使其在電動叉車上的應用越來越廣泛。但是鋰電池的電量顯示需要通過通信CAN+和CAN-線讀取，動力電池通信口孔位定義如圖4所示，751是CAN+線，750是CAN-線，340和341是電池內部通斷控制線。鋰電池因其具備智能化的BMS（電池管理）系統，電池電量的讀取精確度高、實時性強，而且一般在電池的小儀表就可以看到，具備了可視化設計。由于鋰電池無可比擬的優勢，鉛酸電池向鋰電池切換的趨勢越發明顯。早期優化前的線束設計如圖5所示。由于早期的線束匹配的是鉛酸電池，并沒有使用CAN信號讀取電池電量的需求，早期鋰電池的引入，基本可以通過外加過渡線滿足。隨著鋰電池使用量的增加，鋰電池在叉車動力電池的比重加大，已逐步成為電動叉車的主流配置。集成化線束設計如圖6所示，CAN通信線和控制電池內部供電通斷的電源線，可以集成到車架線束上，這樣，常用功能作為標配組合到主線束，避免了使用過渡線造成的車內布線凌亂，同時減少了物料種類，減小了裝配難度。

2.3? 發散式設計改成階梯式

發散式設計（圖7）是一種簡單、原始的設計方式。相互獨立的各個小分支的插件類型存在差異的情況下，比如插件的型號不同，或者插件型號相同，但實際連接線路的數量或者位置不同，則可以區分不同的分支，可避免在裝配過程中插錯。不同分支的插件型號相同，僅用號碼標識不同的分支或者沒有標識，就極易在裝配中出現差錯。而階梯式設計（圖8）可完美解決以上情況造成的錯誤，不管插件型號相同還是不同，階梯式布局都可以直觀、簡約地傳遞給操作者正確的對接方式。因為這種設計方式是隨著車架線束的整體走向，跟相應的電器負載的預留插件位置一一對應的，所以每個分支的對接位置可以直接展示出來，減小了操作人員識別對接位置的難度，屬于防錯設計的一種。通過這種設計方式的改進，可以實現“傻瓜式操作”的目的，降低裝配難度的同時也能防止插錯。

2.4? 不常用功能單獨做過渡線實現

在產品定義階段，根據車輛銷售地區不同以及使用工況的差異，不常用功能可以通過另加1根過渡線實現，避免了每根車架線束都預留不常用插接件，造成成本的增加。比如，國內部分地區銷售的車型，對OPS電磁閥限制起升下降速度一般沒有要求，那就可以取消該功能開關的預留口。根據車輛實際使用的工況，彎道減速功能在國內絕大部分地區沒有強制要求，彎道減速的功能開發初衷是轉急彎時車輛自動減速，以達到防止車輛側傾或翻轉，保護駕駛員人身安全，屬于主動安全配置的一種。實際上，該功能開發并不完善，彎道減速的減速大小和控制過程，需要在主機廠內反復調試和行駛才能確定其相應功能的控制器參數。車輛交付客戶使用后，很多用戶不適應彎道減速調節的程度，往往會直接拔掉角度傳感器檢測轉角的插件，使此功能失效。所以可以根據市場需求，在主線束不做此功能的預留，只在有要求的訂單中通過外加1根過渡線實現。

2.5? 發散式改成先集中后分散方式

不同的車型，電器設備在叉車上分布情況存在差異，在電器負載比較集中的區域，需要進行合理的線束布局設計。比如在車輛前方儀表架中間位置，儀表、電鎖、旋轉警示燈開關、喇叭按鈕、燈光組合手柄、前進后退擋位手柄都集中在此位置。從車架線束的同一位置出線，不同負載對應不同分支，只是實現了給負載連通信號的作用。布局優化前線束如圖9所示，從主線路出來的小分支過多，會給實際裝車布線和捆扎固定帶來困難，增加了裝配員工的工作壓力，而且多個分支在儀表罩內交錯纏繞，極易與方向機柱等結構件碰撞、摩擦，產生異響，增加了線路損壞的風險。

設計優化改進后，從原始的發散式設計改成先集中后分散方式（圖10），也就是從主線束先出來總分支，盡量避開結構件后再分出小分支連接相應負載，總分支線比較粗，外面用波紋管防護，可有效保護線路避免磨損。小分支長度大大減小，避免上述問題的同時，整個布局也會更加整潔美觀。

3? 結論

車架線束普通又常見，但是要做出設計合理、成本低廉的產品確實需要多思考。本文通過在不同方面對車架線束進行設計優化，不僅減小了線束制造的難度，降低了車架線束制作門檻，同時也簡化了裝配流程，方便了線束的實際裝車。線束走向的優化，充分考慮了線束在車架內的空間利用，排除了不良影響，提高了電器線路的安全性。

參考文獻：

[1] 李德軍，辛瑜，徐峰，等. 商用車線束優化設計[J]. 汽車電器，2018（9）：70-71.

[2] 王俊蘭，劉來，萬林林，等. 混凝土泵車線束優化設計[J]. 建筑機械化，2019，40（10）：34-36.

[3] 黃江濤，劉廣浩，李凱，等. 汽車線束設計階段降成本的研究與應用[J]. 汽車零部件，2020（11）：54-57.

[4] 鄭藝. 汽車線束輕量化設計方法[J]. 北京汽車，2022（2）：28-31.

（編輯? 凌? 波）