【轻量化】浅析汽车线束轻量化

近年来，汽车的轻量化成为人们的研究热点也成了现在研究的一种方向。线束作为汽车总成一个必不可少的组成部分，整车线束的重量也约占整车重量的5%左右。作为整车线束最主要的组成部分-导线，它的选型及发展趋势对线束的轻量化起着举足轻重的作用。

     目前铝材料在高压导体和汽车用低压导线领域已成为铜的主要对手，虽然铝在导电率和安全性能上微逊于铜，但是随着铜价高涨以及铝线的推广和技术的进步，线束也开始逐步采用铝线。铝导线推广也是成为今后汽车用导线发展的一种趋势。

     自2005年以来，铜价飚升，不论用户与电缆制造商都是“望铜兴叹”，因此一直想寻求其替代品。世界电线电缆从五十年代开始曾三次提出以铝代铜的方案，例如现汽车行业投资金支持电线电缆行业从事以铝代铜的研究工作，这在过去是从未发生过的，说明铜价上涨影响已非常大。目前法国汽车工业已开始使用铝芯导线，德国汽车工业也在研究汽车线芯使用铝导体，在于轻量化的考虑，由于铜和铝密度比重比为：3.29:1，在目前铜作为线束导线主要导电载体的情况下，如果铝线能替代铜线，在整车导线的重量也将大大降低。但是不得不提的是，铜和铝的导电率比为： 1:0.629， 铝在导电性能上还是稍弱于铜。不过我们可以采用符合部分现行法国标准（NF）的汽车铜包铝镁导线来减轻整车 的线束重量。铜包铝镁密度为4.00g/cm3，铜密度为8.89g/cm3，密度比约为1:2.2，因此，1000kg铜包铝镁合金线的长度会相当于2200kg纯铜线的长度。

     现大部分汽车用导线因为考虑到导线的机械强度方面的问题，一般最小截面积都选择为0.5mm2。但从目前对日欧车系的线束导线进行分析，部分车型已开始使用0.35mm2的导线，采用0.35mm2的导线替代0.5mm2的导线，在同等单位长度上将节约30%的重量。

     从导线的总成结构来分析，0.35mm2的导线在外绝缘层及导线的芯线直径上均能满足线束的机械性能的要求。同时，全球线束顶级供应商德尔福派克也正在推行0.13 mm2的导线，导线机械强度与端子压接已不成问题，但0.13 mm2的导线的电阻率较大，因此对其所传输的信号类型上要所有考虑。德尔福推出的0.13 mm2的导线已经在国外的一些车型上已得到了应用。但在国内由于考虑到安全性、工艺性及使用风险性等问题，新的产品并未采用这种新型导线。鉴于铜价的高涨，线束信号传递用的导线越来越细也将成为趋势。

     线束用导线的外绝缘层也在不断的进行技术革新，使得电线的重量减轻、性能提高。目前国内外的按导线线皮分，有厚皮线、屏蔽线、同轴线、高温硬皮线、薄皮线等等。按标准来分主要有日标（AVSS等）、国标（QVR）、德标（FLRY）、美标等几大系列。其中德标（FLRY）的导线绝缘皮更薄，柔韧性好，相应的同样线径的导线质量也是相对最轻的。我们可以将原来笨重的厚皮导线使用相同标准要求的硬薄皮线，并且能通同等的电流，在一些信号保真率要求比较高的电子设备方面，电子设备的供应商通常要求一些性能卓越的屏蔽线来进行信号传输，其要求通常是大大的超过了实际的需求，所以从价格，成本上方面去考虑，我们也可以适当的用性能一样优越的导线更换屏蔽线之类的质量重、价格高的导线，比如CAN总线，在CAN总线的物理层定义里面，有两种导线可以选择： 屏蔽线以及双绞线，如果CAN系统提出，要求使用屏蔽线， CAN总线涉及全车ECU，由于其总线节点分支也比较多，该部分的屏蔽导线引起的重量也是明显的，但根据实际状况，国内外开发的CAN系统均采用0.35平方的双绞线来进行信号传输，并完全能保证信号传输的保真性。

     世界上的整车线束布置从线束分段上面基本上分为整体式、功能分段式、区域分段式等几种。其中由于各个整车厂的设计思路以及工艺要求的不同，线束布置的型式也就不同，欧洲车系通常使用整体式的线束布置，而日系汽车以丰田为代表，其线束布置主要根据车辆区域来进行分段。而国内、印度、美系车等则是按照功能和区域来进行分段。

     从布置的轻量化的角度来考虑，线束的整体式的会比较有优势，整体式的线束将通常所使用的单段的仪表板仪表、底板线束，顶棚线束以及发动机舱线束都整合在一起，中间节约了仪表板线束与底板线束的连接、仪表板线束与发动机舱线束的连接、仪表板线束与顶棚线束连接的接插件，同时也节约了连接件的相关支架。

     其次有优势的就是日系汽车的分区域分段式线束布置，由于日系车在线束设计分区设计概念上比较成熟，车身上的设计也是趋于模块化，线束的连接、线束的布置，都能在一个比较优化的设计下进行。由于设计的模块化做的比较好，长时间下来，其线束的固定，连接都采用了轻量化的想法。其线束总体质量也是比较轻的。

     底板线束的布置上还可以分为H型布置、h型布置、 E型布置等各种不同的布置，每种布置对线束的轻量化也是有一定的影响，根据线束的布置形式的字母看出布置大致的形状，而且这些布置均在车身地板上，车身地板上的这些线束的连接件以及固定支架的重量对线束来说也是很客观的。以下描述了的各个布置对整车轻量化影响。

     H型布置的是线束布置中较好的一种布置方式，因为H型的线束布置型式照顾到整车用电器所涉及的全部范围，而且由于这样的布置方式和仪表板线束两端都进行了连接，对接接插件的空间预留量很大，但是在轻量化的方面有一些局限性的。

     H型的布置方式使用底板线束和仪表板线束只留一个接口，其线束两端接口集成为一个，线束与地板对接处的集成度高，空间预留紧凑，能一定程度地减轻地板线束重量，但如果对设计前期定义比较好，未来改动不大的情况下去考虑这种方式比较好。

     发动机舱线束的布置也分H型布置，C型布置，F型型布置。由于机舱保险丝、继电器盒一般来说是集成在发动机舱线束上的，如日系的丰田RAV4车采用H型布置，且保险丝盒用到两个，线束由于需要在前围上开两个孔，同时需要和仪表板线束上对接，从零件数量上来说，这样的布置方式生产出来的线束重量最重。

     C型的布置形式在轻量化上也是比较好的，C型的布置在前围板上只开一个孔，同时仅采用一个保险丝、继电器盒的设计，在发动机舱右边的电器件不多的情况下，C型的布置比较合理，同时节省一定的线束部件及导线长度。

     目前最流行为F型的布置方式，即发动机舱线束一条分支从发动机舱前围板上通过，一条是从发动机舱左边向前布置过去，将所有的电器设备串联起来。这样的方式布置合理，但从制作的线束重量来说是适中的一种方案。

     目前，CAN数据总线的广泛应用，使线束的接线更简化、结构更紧凑， 既可减轻重量, 又能降低成本，因此也成为线束轻量化的一种发展趋势。

线束的技术在不断的发展，随着市场的需求越来越高，线束的轻量化也是势在必行，上述内容探讨了线束在轻量化方面的一些趋势以及总体布置对线束轻量化的影响，对轻量化的研究和技术研究也是无止境的。