浅析汽车线束轻量化设计

时间:2019-08-09 08:00:01 来源:汽车广播网 当前位置:阿琳谈娱乐 > 小说 > 手机阅读

       随着汽车智能化、电动化的发展深入以及新的排放要求的规定,对汽车轻量化技术这个研究热点提出新的要求,线束作为汽车的神经网络,也更应重视自身的轻量化设计,之前也有不少文章写过关于汽车线束轻量化的分析,笔者认为在汽车线束设计时可以系统地从以下几个方面来考虑轻量化改进和设计。                             


1) 优化线径                


      在设计线束的时候,线径的选择是非常重要的问题。导线的选择主要根据用电设备的负载电流的大小来选择其线径;同时还需考虑用电设备在车身所处位置环境温度。             


      为避免设计不足和过度冗余设计的情况,需要在设计之初可以利用软件进行仿真模拟,从而计算出所需要的保险丝和导线线径。但是由于导线线径的计算和电流大小、导线材质以及实际所处环境都有关系,仿真模拟计算相对理论化,如要获得更为准确的结果还可通过试验获得数据。在实际样车中通过做整车电流保护实验,根据实际的测量结果对导线的选择再做优化,降低不必要的线径等等。这样的设计验证过程基本保证在车辆上市之前的线束设计达到最优,有效的降低整车的重量,同时节约了成本,保证电器系统的安全性。                               



   


2) 导线截面小型化                


      现代汽车的整车电气系统是一个十分复杂的系统,其线束除了有电源回路以外,还有很多信号回路。这些信号回路通常电流都比较小,很多信号回路采用0.35 mm2线径的导线即可满足需求。随着新技术的发展,一种新型的合金细导线 0.17 mm20.13 mm2可以用来替代传统的铜导线,减轻线束的重量。当前主要合金形式包括CuSnCuAgCuMg和铜包钢。线束中信号回路数量的比重比电源回路所占比重要大,因此如果信号线能采用合金细导线,则线束能在很大程度上减轻重量,又是线束轻量化的一个很好的发展方向。                                                               


   


      当前0.13mm2的基础上已经研发出了更细更轻0.08mm20.05mm2导线。当然加工工艺也会相对较难,目前的成本还比较高。                     


3) 新材料应用                


  a)铝导线             

      所有整车线束中蓄电池线束虽然简单,但其使用大截面的导线和承载大电流的端子,所以重量较重,重量一般会在2~3千克左右。如果是蓄电池安装在车辆后部,这个线束就需要更长,会达到6~7千克。要减轻蓄电池线束的重量首当其冲。在当前线束行业的发展中,铝导线以其质轻、价廉和柔软的特性越来越受到重视,应用也越来越多,尤其是在蓄电池线的应用上。                


      当然在应用新材料的新设计中必须考虑DFM可制造性),由于铝材料本身的性质容易被氧化,又较柔软,所以压接后的机械性能和电气性能比较低。另外铜和铝接触会产生电偶腐蚀。所以压接方式有别于常规的铜导线。 目前的压接工艺有摩擦焊、等离子焊、超声波高频焊等,另外一种新的压接技术----电磁脉冲焊也在研发当中;                 


       此外至于0.75-1.5mm2的电源线,有部分厂家没有放弃铝导线的使用,继续研究其合金的拉伸强度是否可以弥补其纯铝导线的不足。这样掺有另外两种金属的铝合金就很好的替代了铜合金导线,即在导电率和拉伸强度上满足了设计要求,也大大降低了导线的重量。但是面临的问题却较为棘手    与之配合的端子及端子的压接成为新的课题。                      


b) 铝的Busbar应用         


     由于铝的导电性能要比铜导体差,为了达到相同的导电性能,在使用铝导线替代铜导线时需要增大线径约 1.6倍,这样就增加了线束的尺寸,降低了线束的柔软性能,但是如果导线的外径对安装和在车辆内部的布局造成很大的困难,所以其应用也有很大的局限性。            


      铝Busbar是由单根铝棒加上绝缘材料成型,并不是由很多根细铝丝绞合而成的,所以没有任何的柔韧性,但其导电性却相当于相同外径的铜导线,所以同样外径的铜导线可以被相同外径的铝Busbar代替,在空间布局上不会有影响,这样就会大幅度降低整个线束的重量,约比铜导线降低一半以上。但由于铝Busbar是由单根铝棒加上绝缘材料制成,所以加工工艺上要比常规铜导线或铝导线要复杂很多。所以从经济性上来说,铝Busbar        越长,其重量和成本越有优势,一般更适用电瓶后置的车型,                 


c)  FLUY 导线        


       目前导线供应商可供应的新一代FLUY汽车电缆横截面从0.35 mm²    2.5 mm²,相比传统电线,新一代FLUY汽车电缆采用一种特殊PVC    (聚氯乙烯)材料绝缘,使电缆壁厚最小化,仅0.16    毫米。这使单芯电缆的直径缩小了11%。当产品在布线系统中广泛使用,能使汽车线束捆的直径缩小15%                                     


        FLUY汽车电缆不仅是一种省空间的技术,而且能使单根电缆的重量减少7%。如果大部分布线由这种新一代电缆组成,一辆中型客车可减重1.5    千克。               


   


    创新的FLUY汽车电缆具有和传统的FLRY产品系列相同的导体结构,并且具有良好的耐磨性。此外,现有的加工工艺和接触部件仍能使用。           


 4) 电子电气架构优化                


     众所周知,汽车线束(主要是铜导线)的成本随着电子系统的增多在不断的增加。同时随着系统的增多,装配的空间也越来越受限制。如何在满足用户需求的情况下最大限度的减少汽车的线束,同时节省电子电气系统的装配空间,这些在电子电气架构的设计过程中越来越重要。因此汽车流程在设计的前期,在电子电气架构的设计与优化方面投入了更多的重视,做好设计与优化工作能够有效的减轻将近20%的线束及相关零件重量,降低30%     的相关零件成本,还可以将汽车具有的各种使用性能以及装备过程中的便捷性在一定程度上进行改善。通过建立电子电气架构的开发平台,能够研发出可以与新车型相互匹配的电子电气系统,缩短汽车开发的整个周期,降低开发过程中所花费的成本。                                    

      线束的设计属于电子电器架构的物理架构。其包括模块的位置,整车线束的分割等等,是比较复杂的系统工程,必须充分考虑设计、工艺、制造以及售后。目前有许多不同的线束分割形式,其线束的主干走向因线束的分割不同而各不相同,穿防火墙的位置,线到线的接口位置和数量也各不相同,各种线束的分割有各自的优点和不足之处,所以在设计之初必须结合所有的相关要求综合考虑,采用最优的架构形式。               

       电子电气架构优化的宗旨是在充分考虑相关模块影响的同时,避免回路在车身里重复走动,最大程度缩小相关回路的长度,尽量利用网络传输相关信号,减少硬线连接。


5) 新的电源架构        


       随着汽车内可用的奢侈和舒适系统需求的增长,需要提高强大的娱乐和信息系统,采用更大功率的舒适系统,如强大的取暖元件、前窗除霜系统、多种类驾驶辅助系统等等。发展汽车48V总成架构的源动力,是基于对现代汽车未来需要的预测,以及对于更大电力驱动的要求。     

     新的供电系统实现48V/12V双电源共存,采用半导体电源和硬件电路设计相结合,与传统的供电系统有完全的兼容性,既保证大功率负载的正常工作,又可采用较细的电缆为低功率负载供电,大量节约了材料,降低了损耗。因此,研究48V/l2V双电源汽车已成为国内外汽车行业研究的热点。随着这种48V/12V双电源汽车技术的不断发展,双电源供电系统的研究显示出越来越重要的地位,受重视的程度也将不断加强,研究得将更加深入,理论也将不断完善。与此同时,作为过渡阶段的48V/12V双电源供电系统,也将逐步推动高压电源在汽车电气系统上的推广和应用。                          


 写在最后


       不断的创新在推动着汽车的轻量化,线束的轻量化也不断的在探索新的突破,线束的组成部分有很多,其实都有潜在轻量化设计及优化的可行性,每位设计者可以根据行业设计准则、主机厂的要求及目标本着从实车环境出发,实事求是去完成心中那件艺术品;                                     

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