线束三维布置设计规范/要点(全)

2020年10月9日 评论 336 5441字

这篇文章节选自《2020汽车线束设计手册》。

线束三维布置设计的质量直接影响到样车试制的品质,高效的三维布置可以减少试制过程出现的问题,保证整车线束开发时间匹配整车开发流程。

本节主要是总结线束三维布置的一些规范要求,提升线束工程师三维布置设计的内功。

线束三维布置设计规范/要点(全)

线束三维布置设计一般从这几个方面来考虑,即:

  1. 要求线束易于装配,装配工艺性好
  2. 要求保证线束的可维修性,线束可维修性好
  3. 要求保证线束布置的可靠性,布置设计的可靠性保证
  4. 要求线束布置的轻量化设计及线束布置的成本考虑
  5. 要求线束布置美观,隐藏/横平竖直

1线束易于装配,装配工艺性好

进行线束布置设计的时候,首先就要考虑线束的装配性。如果线束最终布置好了,却发现无法安装,那整个线束布置设计方案可能就要推倒重来了,影响非常恶劣。

易于装配说的是线束总成上所有需要安装固定的件,比如线束总成自身的铺设,线束上卡扣,支架、橡胶护套、接插件等附属零件的安装,同时易于装配的要求除了考虑线束自身,也应该考虑到是否会对周边零件的安装产生影响。

1)线束分段及线束总成安装束布置,

线束的走向分段设计一定要满足易于装配这个前提,尽量不要给总装增加过多的工序。比如:

  1. 对于整车的不同区域可采用分装方式,如门线,仪表台线等;同时,要考虑最好不要使用特殊工具就可以完成装配。
  2. 尽可能考虑大总成模块化装配,提高生产线装配速度。如变速器线束、发动机线束分别装配到变速器与发动机本体上,之后作为整体装配到底盘上。
  3. 线束直径过大需要弯折一定角度时要预留足够空间,对于主干分支,一般要求线束弯折半径要大于线束直径的两倍,以免弯折空间过小对影响线束装配。
  4. 线束装配时不能把线束拉的太紧(尤其在横向布置线束),避免行驶车辆在颠簸状态下,引起线束固定点位置错动,导致两固定点之间距离瞬间增大,从而拉长线束造成线束内部接点拉脱/虚接、导线参数变化,甚至拉断导线。
  5. 线束及其组件要留出紧固工具的安全空间,距离螺母中心至少有50mm的间隙。
2)线束穿孔与橡胶护套的安装

线束过孔的时候,常犯的错误是过孔大小仅考虑线束的粗细,而忽略了线束上的接插件也需要穿过孔,这是很简单的逻辑,但却是初学者经常会犯的错误。

钣金上开孔,也不是随便定点,需要考虑钣金开孔的工艺,线束橡胶护套安装时对钣金孔的要求。一般来讲,有以下几个要求:

  1. 外包络直径最大的插接器,其直径一定要小于钣金孔直径。通常的要求是,钣金孔直径至少是接插件最大尺寸的3倍。此项要求同样适用于线束通过封闭腔体时,如尾门内外板、侧围内外板间腔体等,在线束通过路径方向上,腔体空间截面直径大于插接件的1.3倍。
  2. 橡胶件对应的过孔尺寸与料厚配合无误,橡胶件与钣金件配合直径过盈量大于1mm,小于2mm;
  3. 沿着孔的半径大于堵塞孔6mm以内的钣金表面必须平滑,以确保密闭性。
3)接插件的安装固定

接插件是线束总成上的重要电气件,线束布置设计时应该关注接插件的安装固定,主要有以下几个方面的要求:

  1. 插接件末端的线束需要预留一定的长度,以便于插接件的插拔。

接插件预留长度的情况,重点关注的对象有:组合仪表、开关面板、空调面板和音响系统及显示屏等与仪表板线束连接的插接件接头,四门开关线束和室内顶棚上的顶灯及开关线束,另外副仪表上的线束插件,座椅下面的线束插件及线束与线束对接插件也需要进行长度预留。

根据电器装置的安装深度、插座的位置、插座开口方向和电器件装配后的后部空间,按照操作的方便性,适当增加线束上接头的预留长度。

预留长度L=电器装置安装深度h+电器装置面板宽度0.7B+100(mm),

其中:电器装置安装深度h—指电器装置装配完成后,外部装饰面到内部电器装置连接插座的距离;电器装置面板宽度0.7B--指电器装置前部装饰面高度的0.7倍。

进行长度预留的时候,需要特别注意线束的异响和割破等物品损坏。可通过增加线束外部防割包裹、周边锋利零件增加防割胶条等避免出现线束损坏,通过包裹海绵减小异响。

  1. 由于车辆差异化,装配时暂未用到的线束分支,需要单独捆扎固定在主干线或支架上,捆扎线束时最小弯曲半径不能小于线束直径的2倍。

线束三维布置设计规范/要点(全)

图:待用线束捆扎

  1. 确保插件安装空间足够,在插接件的插接方向,必须留有大于两倍插头对插方向长度的空间。
  2. 线束插接件应布置在容易发现的位置、尽可能布置在触手可及的地方,布置在便于手和工具容易操作的位置。
  3. 对接接插件需要固定,并且插件的固定孔需要防转,便于插件固定。
  4. 线束上的搭铁端子,启动机等正极端子应该进行防转设计。
4)线束卡扣的安装固定

线束卡扣是线束总成的主要固定方式,它决定了线束在整车上的布置形态,为了便于卡扣的安装固定,对于卡扣的布置要求主要有:

  1. 线束的卡扣的固定孔要尽可能开在结构件的平面区域,在曲面上固定时,最好在结构件上做出小平面。
  2. 在满足线束布置可靠性要求的前提下,卡扣数量尽可能少,减轻工人装配负担,提高装配效率。
  3. 扎带和插件上的卡扣对应的钣金厚度,与孔的大小需相互匹配,对应的焊接螺柱规格需相互匹配。
  4. 在固定卡扣的安装方向上,卡扣安装孔必须可见,或者可以触摸,必须有足够的空间方便卡扣的安装、拆卸。
5)线束紧固件的选用

在线束固定结构以及相关功能盒体设计过程中,尽量采用常用的标准件,并且标准件种类尽量少,通过前期设计减少装配及维修中专用工具的使用

6)对周边零件的安装影响

在设计过程中有针对性地考虑不同区域的特点,所设计的线束走向不得影响其他整车零部件的装配;

7)电磁兼容与抗电磁干扰

关于电磁兼容与抗电磁干扰,不仅仅是要从线材的选择上来做,如采用双绞线、屏蔽线等,更要从线束的布线走向上来考虑。

有些蓄电池后置行李箱的车型,因为要将电流传输给发动机舱电气盒及起动机,所以会有一根纵贯全车的大线径导线,时刻通以较强电流,这个时候,如何还是按照传统布线,将此大电流导线与其他信号线不加以区别一并放在同一线束中,势必会对信号线产生干扰,所以通常会将此大电流导线单独布置走向,并与普通线束留出足够远的距离(100mm以上),同时要求钣金做出一条凹槽以铺设导线,并可起来一定电磁屏蔽作用。

2保证线束的可维修性,线束可维修性好

在整车电气线束布置时,应该重视其可维修/维护性。一旦出现电气问题,如果拆卸时,需要拆其他无关的零部件,就会造成一些不必要的浪费,增加维修成本和时间。良好的可维护性体现在出现电气系统故障时,在最短的时间内将故障排除,以及进行故障排除时避免维修操作对其他部件造成损坏。

线束的可维修性,重点关注经常需要维护的区域:

  1. 保险丝和继电器更换的方便性,特别关注更换保险丝和继电器需要拆卸的零件,各个位置的保险丝和继电器是否可以正常拔出。
  2. 诊断接口位置操作维修方便,外部设备能够正常的插拔,并且诊断接口本身能够拆装
  3. 易损件的电器件维护,如各个位置的车灯
  4. 使用频率高的用电器的维护,如全车开关,多媒体,组合仪表等

3保证线束布置的可靠性,布置设计的可靠性保证

在确保线束的装配性和可维修性后,应该重点关注线束布置设计的可靠性。在线束三维布置中,线束可靠性的保证主要从以下几个方法来考虑:

注:以下有关具体的要求只是个人工作经验的积累,只是建议值,实际工作过程中,具体情况应该具体分析。

1)线束的走向控制

在线束三维布置过程中应充分考虑线束走向的不可控性,结合实车装配经验,评估布置可靠性。线束段走向控制的可靠性性保证的要求有:

  1. 线束与两个固定点之间的间距不宜过大,控制在300mm左右,在有泥水等恶劣环境下,其扎带固定距离不得大于150mm。
  2. 线束布置有直角拐角时,直角两边需要均需要增加固定点,在钝角拐角时,可已按照直线距离控制,避免出现锐角拐点。
  3. 线束分支点应该尽可能靠近线束主干桑的固定点,距离在100mm以内。
  4. 线束固定的卡扣,扎带应该与钣金孔,钣金的厚度,凸焊螺柱的规格相互匹配。同时需要避免卡扣直接承受线束重力。
  5. 线束布置应沿边、沿槽,防止线束直接承受压力。
2)线束的间隙控制

为了防止线束损坏,线束应尽量避开锋利钣金边、周边零件棱边,其他零件的安装孔,尤其是线束弯曲处。线束布置间隙的要求主要有:

  1. 除了固定线束的零件,线束与周边件(无锋利边缘)的间隙在6mm(含)以上。
  2. 线束布置时考虑其他零件的安装对线束的影响,如线束固定点要保证与内饰件安装点(如门护板)20mm(含)以上间隙,尽量与安装点并排布置。
  3. 线束固定在有相对运动的两个零部件上时,该段线束段的长度应大于这两个组件间的位移长度,最小值为25mm。
  4. 线束和运动部件的最小距离应大于25mm,并且距离运动包络的间隙7mm(含)以上,最小距离的地方,线束避免处于自由状态。
  5. 处于震动区域的线束,线束应该在接插件背部100mm内保持。

除了上文提到的基本的物理防护外,如线束与周边件的干涩,在线束布置方面,线束也需要做电气性能的安全防护,如防水,防尘,防电磁干扰,温度控制等方面。

3)线束的热保护

温度对线束的影响很大,这不光体现在线束材料本身的耐热性,还有温度变化引起的电气性能的变化。在线束布置设计中,应该特别关注高温区域的线束布置。汽车上,高温区域主要有以下几个区域:

  1. 排气管
  2. 排气歧管
  3. 废气再循环管或阀
  4. 消声器
  5. 催化转换器
  6. 涡轮增压装置

温度这块,对于线束布置来讲,有以下的要求:

  1. 线束距离以上高温区域装置的最小距离不低于150mm,催化器需要做到300mm以上,并且需使用耐高温的包扎物。
  2. 许多因素都会影响到热源(空气流动、传热方式、热的程度等)附近处线束布置的可行空间,因此必须获取准确的温度场数据来决定线束如何布置和选用何种保护。对于高温区域,样车出来后,需要进行温度场分析,以便确定线束布置和线束包扎物设计的合理性。
4)线束防水与防尘保护

防水与防尘保护是线束布置过程中经常要考虑的内容,对于这点,线束布置主要有以下几个方面:

  1. 线束穿过钣金,需要设置滴水点(75mm以上),避免外部的水或者其他液体经线束流入车身内,或者在虹吸效应的影响下,水可能顺着线束流进驾驶室的接插件。

线束三维布置设计规范/要点(全)

图:线束过孔时滴水点设置

  1. 在湿区有可能溅水的区域,如发动机舱,为避免插件进水,设计时应该让接插件水平放置固定(插件出线方向与车身底板平行)。
  2. 在湿区有积水的地方,或者流水槽流水的地方,禁止放置接插件和接地端子
  3. 湿区卡扣扎带应使用带密封垫形式的。
  4. 车门钣金上在防水膜内的线束固定点距离防水膜涂胶边界要大于30mm,防止将防水膜顶起后漏水,防水膜开孔位置必须高于线束分支点位置,防止水沿着线束倒流进车内。
  5. 在车轮处、地板下面的线束,需要增加相应的防护。避免在越野、沙石路或冬天冰雪路面上行驶,飞溅起坚硬的石头、冰雪块将线束打烂。
  6. 前后保线束对插件固定位置应布置在线束走向的高处,避免布置在最低点,做好线束的防水防尘保护,但需校核是否方便装配。

关于干湿区的介绍可以查看:https://www.suncve.com/dry-and-wet-area-harness-waterproof/

5)电气安全防护

对于线束来说,安全是第一位,线束布置设计上的安全防护主要有以下几点:

  1. 正极端子(蓄电池正极、起动机正极)必须设置绝缘塑料保护罩或其它不易变形的保护措施,同时保证保护措施不易脱离。
  2. 线束不能与油管、制动管理采用同一固定点,不能穿过,或者 交叉进行布置。
  3. 蓄电池正极端子和蓄电池盖板或发动机盖之间必须留有不小于20mm的间隙,避免短路,引起蓄电池瞬间大电流放电造成蓄电池爆炸。
  4. 考虑汽车碰撞时,线束不能受到挤压。线束挤压破裂,内部短路可能会瞬间引起火灾,对驾乘人员造成进一步伤害。
  5. 设计时线束分支必须有足够的松弛度(大于线束最小长度25mm),使其不对所连电器件产生预应力。线束绷得太紧,容易引起线束固定点位置错动,导致两固定点之间距离瞬间增大,从而拉长线束造成线束内部接点拉脱/虚接、导线参数变化,甚至拉断导线。

4轻量化设计及线束布置的成本考虑

在满足线束的易于装配性,可维修性及设计可靠性的基础上,还需要特别注意线束布置设计的轻量化,及线束成本。有以下几个方面可以考虑:

1)电气回路尽可能缩短

电气线束回路一定要尽可能缩短,回路短了不光可以减重,更可以降本,而且短的回路还可以降低线路段消耗电量损耗。

对于大的线径来说,缩短回路带来的改善很大,如蓄电池正极电缆。

2)尽可能的减少线束分段。

在实际线束三维设计中,增加线束分段,就必须要增加线束间的对接接插件,而增加对接插件,势必增加线束的重量和成本。同时也会增加线路上的压降,不利于电气性能的稳定。

一些德系的车子能看到贯穿发动机舱、乘客舱、行李舱的一根大线,这就是少分段的典型设计。

3)不要过设计

避免使用不必要的线束固定点,有些区域线束固定点的区域可以做到300,这时候做150没有任何意义,增加了线束重量和成本不说,对装配车间来说,也是一种浪费。

4)减少不同规格的卡扣的使用,减少新增物料的使用

线束固定件,如卡扣、扎带、橡胶件能借用就借用,尽量去避免新增物料的产生。

与此同时,尽可能减少扎带/卡扣的种类,在同一个线束上,避免出现一会7mm的圆孔扎带,一会又是7x12的腰型孔的扎带,这些非常不利于线束的生成加工。

5线束布置美观,隐藏/横平竖直

除了以上线束布置要点外,线束工程师在布置线束的时,还应该考虑线束布置形态的美观性,做到线束布置尽可能的隐藏,线束布置的横平竖直。整洁大方的线束布置形态也是反映线束布置工程师设计水平的重要参考。毕竟不是专业人士,关注的都是你做的好不好看,你说是吧?

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