汽車(chē)線(xiàn)束輕量化淺見(jiàn)
之前有不少文章都寫(xiě)過(guò)關(guān)于汽車(chē)線(xiàn)束輕量化的分析,有一定道理;其實(shí)在汽車(chē)輕量化的大趨勢(shì)下,所有零部件都離不開(kāi)這個(gè)話(huà)題;汽車(chē)線(xiàn)束,作為汽車(chē)的經(jīng)脈也不可避免甚至是必然的趨勢(shì),想象一下,以高爾夫嘉旅為例,一條內(nèi)艙線(xiàn)束10.5KG左右,如果通過(guò)輕量化工作能減少到7~8KG或者更小,這對(duì)節(jié)能減排,提升動(dòng)力節(jié)省油耗及控制整車(chē)成本有莫大的益處。
下面讓我們一起來(lái)看看要對(duì)一條成品線(xiàn)束進(jìn)行輕量化應(yīng)該從哪幾個(gè)方面著手。
一.從設(shè)計(jì)方面考慮。一條線(xiàn)束的主要重量從設(shè)計(jì)階段就基本定型了,按照所需功能和整車(chē)布局來(lái)設(shè)計(jì)線(xiàn)束的分支和走向,輸出就是2D圖紙和3D裝配圖。在這個(gè)階段,選擇和定義了大部分連接器/電線(xiàn)/端子和塑料件類(lèi)型;就像很多線(xiàn)束公司要做的VA/VE一樣,在設(shè)計(jì)階段就決定了VA/VE的絕大部分價(jià)值,如果在設(shè)計(jì)階段能在基于完善功能的前提下考慮重量因素,比如,盡量減少分支或者使用同一分支回路(合并分支)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同功能; 減少分支意味著相關(guān)電線(xiàn)/連接器/卡釘/膠帶等一系列零件都會(huì)消失,明顯減少負(fù)重;其次,如果不能減少分支,那么基于整車(chē)走向布局盡量縮短分支(不繞線(xiàn))也在考慮范圍內(nèi),在保證功能的前提下縮短分支長(zhǎng)度,不失為一種明智的選擇。
所以說(shuō),從設(shè)計(jì)階段全面綜合考慮減輕重量是最理想最能從源頭上控制的一種方式。
二. 從物料上面考慮。一條成品線(xiàn)束使用的物料眾多,包括電線(xiàn)/連接器/端子/塑料件/卡釘以及膠布等,下面我們來(lái)看看每種材料輕量化的可行性。
1.電線(xiàn)材質(zhì)。電線(xiàn)作為線(xiàn)束最主要的部件和載體,其重要性不言而喻。目前銅芯導(dǎo)線(xiàn)是行業(yè)主流因?yàn)殂~材質(zhì)是目前可知的導(dǎo)體中,導(dǎo)電率和安全性比較出色的導(dǎo)體,也是最適合汽車(chē)線(xiàn)束的導(dǎo)體(考慮價(jià)格因素)。但是自從2005年以來(lái),銅價(jià)飆升之后,鋁作為最有可能取代銅的導(dǎo)體再次被擺上了臺(tái)面。讓我們來(lái)對(duì)比下銅和鋁的關(guān)鍵參數(shù),首先,銅鋁密度比重為3.29:1,也就是說(shuō)1噸鋁等于3.29噸銅,看到了么,先不說(shuō)價(jià)格,從重量上鋁就有很大的優(yōu)勢(shì),輕量化大有希望;第二個(gè)參數(shù)是導(dǎo)電率,銅鋁比率為1:0.629,鋁在導(dǎo)電性能上弱于銅,并且鋁的機(jī)械強(qiáng)度不如銅,也就是說(shuō),在汽車(chē)線(xiàn)束上,暫時(shí)鋁還沒(méi)有辦法完全替代銅,但這是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì),特別是在價(jià)格和重量?jī)纱笠蛩赜绊懴,線(xiàn)束加工中越來(lái)越多的設(shè)備也對(duì)應(yīng)鋁線(xiàn)材加工包括銅鋁混合,比如超聲波焊接機(jī), Schunk的LS-200型號(hào)焊接機(jī)就是銅和鋁都可以焊接(大平方線(xiàn)徑)甚至混合焊接的新型機(jī)器。
除此之外,有人還找到了一種折中的技術(shù),用銅包鎂鋁導(dǎo)線(xiàn)來(lái)替代銅線(xiàn),銅和銅包鎂鋁密度比為2.2:1,即1噸銅包鎂鋁等于2.2噸銅,輕量化實(shí)現(xiàn)了并且導(dǎo)電性也比單純的鋁要好,部分現(xiàn)行法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(NF)就是這樣做的,德國(guó)甚至中國(guó)國(guó)內(nèi)都在研究使用鋁代替銅,只要克服了導(dǎo)電率基本就能實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新。
2.電線(xiàn)橫截面。在材質(zhì)相同長(zhǎng)度相同的前提下,橫截面越大,重量就越重,考慮到機(jī)械強(qiáng)度方面的因素,目前主流最小橫截面仍然保持在0.35mm?,近幾年部分廠(chǎng)家開(kāi)始使用0.13mm 的導(dǎo)線(xiàn),在保證信號(hào)傳輸正常的前提下,使用較小橫截面的導(dǎo)線(xiàn)可以降低成本和重量;另外,目前導(dǎo)線(xiàn)按標(biāo)準(zhǔn)分為德標(biāo)(FLRY),日標(biāo)(AVSS),國(guó)標(biāo)和美標(biāo)等幾大類(lèi),其中德標(biāo)電線(xiàn)絕緣層更薄,柔韌性更好,相對(duì)應(yīng)的,同樣線(xiàn)徑的導(dǎo)線(xiàn)重量也更輕,所以,在輕量化要求下,德標(biāo)電線(xiàn)考慮優(yōu)先使用。
3.盡量減少特殊電線(xiàn)使用。在某些傳輸信號(hào)保真率較高的功能設(shè)備連接方面,屏蔽線(xiàn)經(jīng)常被考慮使用,屏蔽線(xiàn)價(jià)格高重量大,如果能不用那就盡量不要使用,我們完全可以考慮使用高質(zhì)量的雙絞線(xiàn)來(lái)代替屏蔽線(xiàn),實(shí)際效果也差不了多少。
4.端子及插接件。如同上面提到的,如果要使用小線(xiàn)徑電線(xiàn),那么對(duì)應(yīng)連接器和端子都得相應(yīng)變小,所以,想要變輕,第一點(diǎn)就是縮小插接套件的體積,連接器和端子都變小;業(yè)界內(nèi)TE是比較著名的導(dǎo)入輕型插接套件的廠(chǎng)家,代表類(lèi)型就是Nano-MQS 系列插接件。
從下面對(duì)比圖片可以清楚看出差異:
這里有一點(diǎn)需要提到,電線(xiàn)線(xiàn)徑/插接件都變小了,但是通過(guò)的電流并沒(méi)有改變,意味著插接件公母端子都必須提高導(dǎo)電性能以及電流承載能力,銅材質(zhì)外層電鍍某種導(dǎo)電性更佳的金屬(比如金/銀)也是常用的一種方式。
5.其他塑料件。保險(xiǎn)絲盒/保護(hù)導(dǎo)槽/卡釘扎帶/橡膠件/波紋&絕緣保護(hù)套管等等都是常見(jiàn)的線(xiàn)束輔助材料。
關(guān)于保護(hù)線(xiàn)槽,在汽車(chē)發(fā)展的初期一度還有金屬結(jié)構(gòu)材料,我們目前使用的大部分都是高強(qiáng)度的塑料護(hù)板/線(xiàn)槽,想輕量化,第一,可以在材質(zhì)上做文章,盡量使用較輕的聚酰胺(尼龍)來(lái)構(gòu)造;第二,減小尺寸,確定需要保護(hù)的關(guān)鍵部位,其他可以采用厚膠布等保護(hù),如果能做到完全取消當(dāng)然更好,這需要在設(shè)計(jì)階段就考慮.
關(guān)于橡膠件,其作用是密閉保護(hù)電線(xiàn),起到防外部塵埃和液體腐蝕的作用. 在某些關(guān)鍵部位,比如發(fā)動(dòng)機(jī)艙和駕駛艙連接之處,這里不但不能取消還得加強(qiáng)防護(hù),其他的密封需要不高的區(qū)域,完全可用”發(fā)泡”工藝來(lái)取代橡膠件;另外關(guān)于波紋/絕緣套管,除了像光纖線(xiàn)/天線(xiàn)等信號(hào)傳輸較高部位需要嚴(yán)加保護(hù)外,其他大部分可以考慮使用加厚的布基膠布來(lái)取代。
關(guān)于保險(xiǎn)絲盒,E-BOX和外支架合在一起,上面插入不同阻值的保險(xiǎn)絲和繼電器;第一,也是從塑料件(E-BOX盒+外支架)材質(zhì)著手考慮,使用更輕的材料;第二,根據(jù)回路原理,盡量減少保險(xiǎn)絲和繼電器的數(shù)量,能合并就合并,這也是需要在設(shè)計(jì)階段考慮,如果減少一條帶端子的電線(xiàn),那么這里就不需要插入保險(xiǎn)絲或繼電器去和這個(gè)端子匹配,從而實(shí)現(xiàn)輕量化.
關(guān)于膠布,膠布本身并不重,不過(guò)如果纏繞過(guò)多過(guò)密那就不一樣了.首先,包膠方式默認(rèn)為經(jīng)濟(jì)的敞開(kāi)式包膠(花纏),對(duì)于保護(hù)要求不高的部位,敞開(kāi)式包膠可以節(jié)省膠布用量,并且這里還有一個(gè)要點(diǎn),花纏間隔按照不同客戶(hù)要求而不同,比如一汽大眾要求間隔1~2個(gè)膠布寬度,如果是9mm寬的膠帶,那么間隔就是9mm~18mm, 如果客戶(hù)沒(méi)有明確要求,那么18mm就是我們的選擇 ,重量自然就下來(lái)了。如果真的需要密閉式包膠,纏繞密度也是我們需要注意的地方,20%~30%的覆蓋率對(duì)于大部分線(xiàn)束而言已經(jīng)足夠了。膠布纏繞這一部分需要根據(jù)客戶(hù)工藝和質(zhì)量的要求來(lái)做,在滿(mǎn)足要求的基礎(chǔ)上我們可以靈活操作,盡量減小重量。
寫(xiě)在最后,汽車(chē)線(xiàn)束輕量化是未來(lái)線(xiàn)束發(fā)展的一大趨勢(shì),我們從業(yè)者需要在這條路上不斷探索和研究; 未來(lái)科學(xué)技術(shù)日新月異,比如信號(hào)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)越來(lái)越成熟,可以想象一下,線(xiàn)束的某些分支插接件可能就不需要了,替換而來(lái)的是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信號(hào)傳輸,相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)還有更多輕量化機(jī)會(huì)等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和挖掘,共勉。
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