汽車線束回路設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

線束產(chǎn)品作為汽車電器功能的連接載體，實(shí)現(xiàn)各電器零部件之間的電路連接。而各電路連接的起點(diǎn)和終點(diǎn)則構(gòu)成了線束產(chǎn)品內(nèi)的回路。

1前言

線束產(chǎn)品作為汽車電器功能的連接載體，實(shí)現(xiàn)各電器零部件之間的電路連接。而各電路連接的起點(diǎn)和終點(diǎn)則構(gòu)成了線束產(chǎn)品內(nèi)的回路?？梢哉f(shuō)線束回路是線束產(chǎn)品的核心，線束產(chǎn)品的回路設(shè)計(jì)的品質(zhì)直接決定整車線束的安全與可靠性。隨著車輛電氣化程度的提高，電器部件數(shù)據(jù)增加，各電器之間的信號(hào)交互也越來(lái)越密切，汽車線束回路的數(shù)量也急劇增加，一般車型的線束回路數(shù)據(jù)已達(dá)近1000條(圖1)。

如何優(yōu)化統(tǒng)籌如此眾多的回路數(shù)，是汽車線束設(shè)計(jì)所面臨的難題。

現(xiàn)有的汽車線束設(shè)計(jì)技術(shù)資料主要在線束物料選擇及制造加工環(huán)節(jié)對(duì)線束設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)，但對(duì)線束回路的規(guī)劃及設(shè)計(jì)理念缺少系統(tǒng)的分析，本文從成本和性能兩個(gè)方面，對(duì)線束回路設(shè)計(jì)的相關(guān)重點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明，并提供了具體的控制路徑，對(duì)線束回路設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)作用。

2基于成本的回路設(shè)計(jì)方法

線束回路約占線束物料成本的90%，包含導(dǎo)線及接插件，要控制線束設(shè)計(jì)成本，必須從線束回路設(shè)計(jì)優(yōu)化著手。針對(duì)導(dǎo)線使用而言，如何用最少的導(dǎo)線長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)回路連接功能，是回路設(shè)計(jì)首先要考慮的問(wèn)題。這其中涉及兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)要素：電器零部件的布置位置和線束布置路徑的選擇。這兩個(gè)要素獨(dú)立而又相互關(guān)聯(lián)，對(duì)導(dǎo)線長(zhǎng)度的使用影響重大。

首先需要基于零部件原理確定其回路的連接方式，進(jìn)而確定在整車環(huán)境下各零部件布置的初步位置，而線束布置路徑的選擇則是基于零部件布置位置的基礎(chǔ)上，用最短的線束長(zhǎng)度覆蓋盡量多的零部件布置區(qū)域，這也是整車電器拓?fù)涞碾r形。

在完成整車拓?fù)浯罱ê螅托枰獙?duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，通過(guò)核算具體的導(dǎo)線用量來(lái)判斷零部件的布置位置和線束布置路徑是否合理(目前市面上已有大量軟件可實(shí)現(xiàn)該功能)，具體方法為通過(guò)對(duì)零部件逐一調(diào)整的方式來(lái)進(jìn)行對(duì)比，如圖2和圖3中對(duì)比BCM不同布置位置的設(shè)計(jì)，來(lái)校核整車導(dǎo)線使用長(zhǎng)度用量，進(jìn)而確定BCM布置在哪個(gè)位置更優(yōu)。

在這個(gè)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)相互影響的情況：零部件A布置調(diào)整會(huì)影響到零部件B位置的選擇。所以在逐一確定完各零部件及線束路徑對(duì)導(dǎo)線使用長(zhǎng)度的影響后，將對(duì)導(dǎo)線長(zhǎng)度影響較大的作為首輪優(yōu)選方案，在此基礎(chǔ)上重新搭建拓?fù)?，再次?duì)其它次要方案進(jìn)行對(duì)比分析，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線長(zhǎng)度最省的拓?fù)湓O(shè)計(jì)平臺(tái)。

完善的拓?fù)淇梢源_保導(dǎo)線用量最省，同時(shí)針對(duì)導(dǎo)線使用而言，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念中對(duì)導(dǎo)線的選用有明確的要求，為了避免端子插接的混淆，往往會(huì)采用較多的線色來(lái)進(jìn)行區(qū)分，但隨著制造水平及檢驗(yàn)方式的不斷完善，其實(shí)導(dǎo)線的線色可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)調(diào)整，以最少的導(dǎo)線種類來(lái)實(shí)現(xiàn)回路功能，也是從設(shè)計(jì)角度減少回路設(shè)計(jì)成本的方法。

針對(duì)接插件而言，如何最少的使用接插件和減少轉(zhuǎn)接回路是回路設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。在這里線束設(shè)計(jì)工程師需要轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師，需要將減少接插件使用和轉(zhuǎn)接回路的設(shè)計(jì)工作前移到電器零部件的設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，主要有兩個(gè)方面需要考慮。

一方面是可以根據(jù)車型配置進(jìn)行電器零部件功能回路區(qū)分，比如安全氣囊控制器，可以將基本的功能回路設(shè)計(jì)在同一接插件內(nèi)，而高配或擴(kuò)展功能布置在另一接插件中，這樣就可以在低配車型上僅用一個(gè)接插件，也可實(shí)現(xiàn)電器回路功能。

另一方面也可根據(jù)回路的連接區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，比如同樣是安全氣囊控制器，有的設(shè)計(jì)人員會(huì)考慮將底盤(pán)的功能設(shè)計(jì)在同一接插件中，將接儀表臺(tái)板的功能設(shè)計(jì)在另一接插件中，這樣的規(guī)劃就可以減少各區(qū)域回路的相互轉(zhuǎn)接。這種基于區(qū)域的功能回路設(shè)計(jì)對(duì)于連接引腳較多的電器部件(例如BCM控制器)效果尤為顯著。

3基于性能的回路設(shè)計(jì)方法

線束回路是實(shí)現(xiàn)電路連接的核心，其電路連接的安全與可靠性是必須要滿足的要求，回路設(shè)計(jì)中的導(dǎo)線和接插件都必須遵循負(fù)載、環(huán)境的要求，這些內(nèi)容在其它的設(shè)計(jì)資料上已有詳細(xì)的描述，本文僅從回路的路徑選擇上說(shuō)明如何確?；芈沸阅艿脑O(shè)計(jì)。

首先回路的設(shè)計(jì)必須要對(duì)無(wú)法探測(cè)的失效模式進(jìn)行規(guī)避，如圖4所示的熔斷絲后部與繼電器線圈端和觸點(diǎn)端并接的回路，這樣的設(shè)計(jì)在整車電路設(shè)計(jì)中很普遍，當(dāng)繼電器線圈端和觸點(diǎn)端端子不同時(shí)，這樣的設(shè)計(jì)顯然是合理的，但當(dāng)繼電器線圈端和觸點(diǎn)端端子相同時(shí)，這樣的設(shè)計(jì)在端子插入繼電器孔位插錯(cuò)的情況下，目前的電檢設(shè)備還無(wú)法識(shí)別這樣的失效方式。

所以這種回路設(shè)計(jì)方式在某些情況下是不能采用的。當(dāng)然不同的設(shè)計(jì)工程師面臨的設(shè)計(jì)環(huán)境和制造環(huán)境有差異，具體的失效模式也會(huì)有所不同，但回路設(shè)計(jì)中失效模式的規(guī)避是首先要考慮的。

另一個(gè)方面，目前汽車電子化水平顯著提高，作為一個(gè)電子載體，汽車上面臨的電磁環(huán)境也更復(fù)雜，而線束回路設(shè)計(jì)如何減少電磁干擾是一個(gè)不可避免的課題。導(dǎo)線耦合干擾(圖5)、電源干擾、搭鐵干擾、輻射干擾等都會(huì)對(duì)電器件正常工作產(chǎn)生不利影響，而線束中各回路捆扎在一起，線束回路之間，線束與金屬導(dǎo)體之間產(chǎn)生的導(dǎo)線耦合干擾在線束上表現(xiàn)得尤為突出。

在回路設(shè)計(jì)中要減少導(dǎo)線耦合干擾，首先要區(qū)分干擾回路和敏感回路。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，感性類負(fù)載回路比如點(diǎn)火線圈、喇叭、電機(jī)等屬于干擾回路，而影像、雷達(dá)探頭、低功率的LED燈、各類傳感器等回路屬于敏感回路，在設(shè)計(jì)過(guò)程中干擾回路和敏感回路需要分開(kāi)布置。試驗(yàn)表明，增加導(dǎo)線間距可降低高頻干擾(圖6)，在無(wú)法進(jìn)行區(qū)分的情況下，需通過(guò)導(dǎo)線注入干擾的方式進(jìn)行功能測(cè)試，以判斷回路設(shè)計(jì)的正確。

同時(shí)為降低線束輻射及耦合的影響，應(yīng)盡可能降低電路回路面積和線束長(zhǎng)度。在汽車整車設(shè)計(jì)中，需要盡量縮小線束的回路面積，特別是電源線與搭鐵線，要求回路中線束盡量并行走線，同時(shí)盡量緊貼金屬車身固定，減少回路面積，分開(kāi)走線距離不超過(guò)50cm。

除了干擾回路和敏感回路的布置考慮外，對(duì)于線束上使用的抗干擾部件雙絞線和屏蔽線也需要在回路設(shè)計(jì)中予以重視，以達(dá)到屏蔽預(yù)期：絞合雙絞線的兩根電線線徑、長(zhǎng)度應(yīng)相同，絞距最好為10~20mm，具體絞距以試驗(yàn)測(cè)試為準(zhǔn)；屏蔽層搭鐵端子應(yīng)在始末兩端將屏蔽層360°與屏蔽外殼進(jìn)行連接，屏蔽層與屏蔽外殼對(duì)信號(hào)線形成完全屏蔽。對(duì)于屏蔽線纜連接的部件外殼不是金屬結(jié)構(gòu)的，可以使用金屬導(dǎo)電卡子將屏蔽層壓裝在與車身可靠連接的金屬板上，屏蔽效能應(yīng)達(dá)到60dB。

4結(jié)論

本文從成本和性能兩個(gè)方面，對(duì)汽車線束回路設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，并結(jié)合工作實(shí)踐對(duì)具體方法的應(yīng)用進(jìn)行了說(shuō)明，提煉出線束回路設(shè)計(jì)的關(guān)重點(diǎn)，對(duì)線束設(shè)計(jì)工程師在回路設(shè)計(jì)過(guò)程中具有指導(dǎo)意義。