新能源汽車高可靠性轉向系統線束關鍵技術研究與應用

摘 要：隨著新能源汽車智能駕駛和線控轉向（SBW）技術的發展，轉向系統線束面臨更高可靠性挑戰。本文創新性地提出集成防護-轉向-密封一體化的EPS線束解決方案，通過特定轉向性機構設計攻克了傳統方案密封性差、裝配效率低等痛點。該技術已成功應用于多款新能源車型，并在市場上實現了廣泛配套，故障率顯著降低至行業領先水平。研究成果為SBW系統線束設計提供了關鍵技術儲備，為智能駕駛線束設計提供了范式參考。

關鍵詞：高可靠性轉向系統線束 集成防護轉向密封 特定轉向性機構

在汽車“新四化”發展趨勢下，電動助力轉向系統（EPS）作為線控轉向（SBW）技術的重要過渡，其可靠性直接影響駕駛安全。目前國內新能源車EPS主要采用方向盤下方或車身底盤兩種布置方式，其中底盤方案因需在傳感器模塊增設穿鋼件而面臨多重挑戰：狹小空間內既要保證線束合理走向，又要縮小開孔尺寸維持系統穩定性；同時塑料穿鋼件易因承載電纜變形導致連接可靠性風險。根據中國汽車工程學會技術路線規劃，2025年SBW市場滲透率將達15%，這對轉向系統線束提出了更高要求（如：信號傳輸實時性、IP防護等級及軸向機械強度）。針對這些技術難點，本項目組基于PP66 GF30材料創新和結構拓撲優化，開發出集成防護-轉向-密封一體化的特定轉向性機構，不僅解決了傳統方案密封性差、裝配效率低等問題，更通過了相關認證，為SBW線束研發提供了關鍵技術儲備。該技術已成功應用于多款新能源車型，顯著提升了系統可靠性和駕駛安全性。

1 特定轉向性機構設計方案介紹

與傳統的EPS線束連接器方案不同，EPS線束特定轉向性機構方案將不同部位的防護組件與導線組合成一個整體，為了實現該組合連接部分的穩固性，設計的特定轉向性機構固定在一個傳感器模組殼體內，從而固定了EPS線束的整體結構。涉及特定轉向性機構總成包括轉向蓋、電纜、波紋管、防水栓、轉向肘、三鋸齒密封圈和線纜。如圖1所示，以下作詳細介紹。

1.1 轉向蓋與轉向肘

由于新能源汽車的EPS線束穿入傳感器模塊時，線束與傳感器模塊殼體之間存在一個較大空隙，傳統線束的纏膠帶方式因受到復雜環境的影響而侵蝕裸露部分的導線，且不能按照一定的角度布置線束路線。因此，為避免線束中的導線受惡劣環境影響，同時滿足線束特定角度的安裝要求，需要設計一款特定轉向性機構。其中轉向蓋與轉向肘是特定轉向性機構的重要組成部分。如圖1所示，序號1轉向蓋與序號5轉向肘形成上下裝配，能很好的保護線束中的導線，且滿足了線束90°的特定轉向裝配要求，使得線束實現了緊湊型組裝，節省了安裝空間；圖1中的序號2電纜需穿過序號4的防水栓，再嵌入在所述序號1轉向蓋后和所述序號5轉向肘的組合體中；所述序號3波紋管與所述序號2線纜裝配成一體，從而與轉向蓋和轉向肘的組合體配合，形成具有防護結構的緊湊型的特定轉向性機構。

1.2 三鋸齒密封圈

新能源汽車線束與用電器連接部位進水是常見的汽車故障，在出現進水故障時，線路信號無法有效傳遞，還有可能導致線束或部分電子元器件被燒毀，危及行車安全。因此，對汽車零部件線束供應商而言，必須結合實際提升接插部位的防水性能，故有了三鋸齒密封圈設計方案，它能有效避免特定轉向性機構的進水情況，保障了不出現滲水漏水的故障，為車輛行駛安全提供了有效保障。如圖1所示，所述序號6三鋸齒密封圈是裝配在序號5轉向肘的底部，三鋸齒密封圈與轉向肘形成了過盈配合，通過合理的過盈量能很好的起到裝配后的密封防水作用；所述序號7線纜是從所述序號6三鋸齒密封圈內伸出并與轉向機構信號連接；所述傳感器模塊是通過序號7線纜連接傳感器端。由于EPS總成環境復雜，通過特定轉向性機構可以有效避免外接惡劣環境的干擾，更好地保證電器功能的穩定性。

2 EPS線束特定轉向性機構總成驗證

2.1 特定轉向性機構的裝配驗證

為確保轉向機構功能與裝配質量，其結構設計需兼顧定位可靠性、工藝可行性和裝配高效性。該機構采用多向定位系統，以EPS傳感器模塊通孔為軸向基準，結合轉向肘外圍多面接觸實現精準定位。核心定位結構包含三個關鍵組件：8號導向塊通過凹槽配合限制X/Y向自由度；9號導向柱采用過盈配合圓柱銷鎖定Z向自由度，圓角設計便于裝配；10號支撐架作為輔助定位結構實現三維約束，共同滿足六點定位原理。裝配方案優化體現在三方面：1）定位結構集成于轉向肘，采用嵌入式設計提升空間利用率；2）鋸齒密封圈集成于轉向肘底部，在確保防水性能的同時實現模塊化裝配；3）通過減少加工復雜特征（如多軸定位結構）提升可制造性，最終使產品良率與裝配效率同步提升。該設計通過多點接觸定位與功能組件集成，有效平衡了EPS總成的精度要求與生產經濟性。

2.2 特定轉向性機構總成的實驗驗證

實驗驗證是確保產品質量與設計可靠性的核心環節，既能驗證產品性能是否滿足客戶需求，又能降低生產與應用風險。為提高驗證有效性，我們建立了標準化流程，集成需求分析、仿真測試等環節，并在CNAS認證實驗室內采用智能設備進行自動化檢測，提升數據準確性。如圖3所示，特定轉向性機構的實驗包括了電性能，防水密封，熱沖擊，濕度，振動，冷水浸泡，溫濕度循環，鹽霧，運動沖擊，裝卸振動，灰塵和耐化學性實驗。所有實驗均基于科學原理與標準化操作，通過多維數據交叉驗證確保結果一致性與判斷客觀性，最終確認該裝置設計完全符合標準要求，驗證結論具備可重復性和工程指導價值。

3 設計方案的優勢及先進性

本設計針對傳統EPS線束手工生產裝配效率低、精度差等痛點，創新性地開發了集成化轉向線束解決方案。作為第一發明人，已成功申請《一種用于汽車線束的特定轉向性裝置》等多項專利，創新性地開發出：1）特定轉向性機構總成一體化設計，實現IP防護功能；2）多腔體協同冷卻系統，使產品一致性達CPK≥1.67；3）在線尺寸補償算法，顯著提升生產效率。經國家認可的專業檢測中心驗證，該技術方案有效解決了線束進水、裝配精度不足等行業難題，成功解決了新能源車在復雜工況下的線束可靠性問題。

3.1 制造工藝與組裝改進優化

本設計采用自動化注塑成型工藝替代傳統手工加工，通過智能控制系統精準調控注射速度、壓力及冷卻時間等參數，結合材料特性實現高質量塑料件穩定生產。該工藝兼具高效性與適應性，可快速完成復雜結構件成型，且尺寸精度、表面質量與產品一致性顯著提升。通過優化廢品率、減少人工依賴及資源浪費，有效降低生產成本。在裝配環節，采用定制化治具實現特定轉向性機構自動化集成，通過標準化流程確保組裝精度與效率，規避人工操作誤差。相比傳統EPS線束手工裝配，本方案利用部件連接優化與自動化組裝技術，結合三鋸齒密封圈一體化成型，確保防水性能與裝配穩定性。整套工藝鏈從材料成型到功能集成均實現數字化管控，適應多樣化的形狀與尺寸需求，滿足新能源汽車轉向系統對高可靠性、批量交付及惡劣工況適應性的嚴苛要求。

3.2 提升線束與EPS總成的裝配效率

傳統線束對接傳感器模塊是分散布置，在遇到不同類別的EPS結構時（SUV、MPV、轎車等），為了適應車身結構，可能會有不同的設計方案。而本設計的特定轉向性機構線束對傳感器模組由于布置位置單一，設計局限性較小，更適合作為平臺化的方案進行推廣，減少開發成本， 避免設計成本的浪費。另外，傳統的EPS線束在總裝車間裝配時還需要在傳感器模塊上進行手動裝配線束，使得總體裝配效率較低。而使用本設計的特定轉向性機構線束對接傳感器模塊，裝配工位在同一位置就可以完成所有零部件的快速自動裝配工作，操作便利，極大提升裝配效率，減少工時浪費。如圖5所示，所述序號10特定轉向性機構與所述序號11傳感器模塊形成上下裝配方式，實現了從手動裝配向自動裝配過渡，提高了裝配效率，保證了產品的質量，提高了整個EPS系統的穩定性。

3.3 機械性能優異

機械性能是材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，對零件的設計和選材至關重要。新能源汽車轉向軸線束特定轉向性機構使用的材料是PP66 GF30（尼龍66含30％玻璃纖維），其特性是高強度，特殊熱穩定，耐水解和耐用性，適合于高剛性和尺寸穩定性的機械部件護罩，具有優異的機械性能。能滿足汽車在各種環境下的應用，確保本產品的質量和性能。此外，有優異機械性的產品還有助于優化設計和制造工藝，提高產品的競爭力和市場適應性。

3.4 增強抗惡劣工況能力

特定轉向性機構集成于新能源汽車轉向軸線束中，針對復雜惡劣工況設計。傳統EPS線束因密封不足易滲水，導致短路、信號中斷等故障。本方案通過三鋸齒密封圈實現360°環形密封，徹底解決防水失效問題，同時兼具線束固定、耐磨及支撐功能。該結構優化了接插件密封設計，從故障根源阻斷水汽侵入路徑，避免了外界惡劣環境的影響，顯著提升了EPS系統運行穩定性，為車輛安全行駛提供保障。其模塊化設計還為線束生產工藝改進與可靠性驗證建立標準化參考。

3.5 技術成果轉化與工程應用

本設計通過產學研深度協同創新，構建了“技術研發﹣標準制定﹣工藝優化﹣產業應用”的全鏈條技術體系。基于核心結構的創新獲多項專利授權（如ZL202022808394.7，ZL202020872990.9，ZL202021306809.4，ZL201920147500.6，ZL201920137869.9等），形成自主知識產權技術包，并實現多款新能源車型量產應用，突破高可靠性線束轉向機構國產化瓶頸；作為規范文件的起草人，完成了《新能源汽車轉向線束技術規范》企業標準的制定工作，系統定義轉向線束防護等級、機械性能等關鍵技術指標，同時推動了行業技術規范化發展；創新開發注塑成型與自動化裝配工藝鏈，實現制造良品率與生產效率的突破性提升，顯著降低全生命周期成本；方案通過ISO 26262功能安全認證，同步攻克了線控系統冗余信號同步傳輸技術的難題，獲行業及客戶高度認可，形成“理論創新﹣工藝革新﹣產業賦能”的技術閉環，累計創造顯著經濟效益與社會效益。

4 結語

本研究成功開發的新能源汽車高可靠性轉向系統線束關鍵技術，通過創新的特定轉向性機構和自動化裝配工藝，顯著提升了EPS線束的連接穩定性、抗干擾性和環境適應性，有效解決了傳統線束滲水、信號中斷等行業難題。研究成果已形成“設計-制造-驗證”全鏈條技術體系，不僅成功應用于上汽多款車型量產，更為SBW系統雙冗余線束及高速總線等前沿技術開發奠定了基礎。項目累計創造顯著經濟效益，并獲得多項專利授權。展望未來，我將持續深化數字孿生技術在智能線束系統中的應用，為汽車電動化與智能化發展提供更可靠的技術支撐。

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