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汽车线束的路径与布置概述(基础设计)

1拓扑结构

创建EDS拓扑结构,需用到如下相关的,前期高层级的车辆信息:

? 整车布置—如卡车、轿车、2门、4门等;

? 装配方法—如门分装、前端模块分装等;

? 装配采购件—如仪表板、座椅等;

? 设备位置—如模块、配电设备等;

? 车辆约束条件—如在白车身上的可通过性等;

如下图的线束基本拓扑结构所示,线束基本路径的建立,不仅需要依据各项布置原则,还要有对以下内容的工程评价设计输入:

? 线束主干布置;

? 线束分段;

? 线束对接插件布置;

? 接地点位置;

? 橡胶件位置。

范例——整车EDS拓扑图

2 主干布置路径

一旦EDS线束分段完成,线束主干布置路径则为线束中的主干线。其通常以最短的长度最大化的连接附近需要电源、接地或信号的电气件,由3D设计师在CAD环境下操作完成建模。


主干布置路径的设计原则包括:

? 避免在小的结构开口处通过线束。

? 安装时应满足线束的最小弯曲度和装配性。

? 选择与相邻车辆零部件干涉风险最小的路径。

? 布置线束时应避免遗漏或连接错误。

? 避免将线束或电源分配中心布在可能受化学、水溅的影响处或有潜在地面飞溅物处(即车轮转动时易溅到石子和地面物的地方)。应避开但不限于如下地方:有水、制动液、助力转向液、冷却液、燃油、蓄电池液和雨刮洗涤液的区域。

? 避开高温区。

? 避开高压或大电流区,以减小关键信号电路受噪音耦合或导线间电磁干扰影响。

常用线束尺寸

在项目前期当整车电气配置仍未100%可知时,你已需要创建带线径估算的CAD模型。

若新项目是基于已有项目的,此处可考虑采用已有项目最终的线束直径。若无,则请遵循上述原则。

仪表板线束和车身线束主干段的线径约为40mm,从主干段引出的分支约为15-25mm。

若线束分支是接仅有少数回路的用电器时,其线径应设计小些;若线束分支是与其他线束对接时,其线径应设计大些。

随着更多系统信息的获知,需调整线径使其更加精准以接近实际。

一般而言,所添加的线束包裹材料会使线径增加约20%。


3 线束分段

线束分段是指将整车EDS分隔为多个线束类,线束段间通过插件对接、多接点连接或接线盒转接。上述涉及到的拓扑内容,大致说明了何为设计线束分段。

线束分段的驱动因素有:

? 从发动机舱引至室内。

? 连至车架或独立底盘。

? 在A柱和B柱处连至车门。

? 如果有的话,连至行李箱或掀背门。

? 连至PIA或子总成结构,如IP,座椅,中控台,顶蓬,大灯,尾灯,发动机等。

? 特殊装配要求:如为满足主线束间装配要求的连接线,或EMC要求的连接线。

4 线束对接插件布置/选择

线束插件对接是主线束间、主线束与连接线间的插件连接。

当选择线束对接插件时,需考虑下列因素:

? 避免使用在尾部或侧面有固定卡的插件——若插件有二次固定卡,其位置最好在插件的顶部或底部。

? 避免使用其孔位呈环形排列的插件,因为孔位横竖排列的插件更易装配。

? 无论何地都要避免使用油脂类插件。

? 在密集区域应使用不同颜色的插件,以辅助于装配操作。为避免插件错装,还可以使用插件可做区分或不同型号端子匹配的插件。

? 根据在车上的布置位置,决定选择是否带密封的插件。

? 线束对接插件必须在OEM规定的对接插件清单中选取。选取的插件必须满足标准USCAR 21,或经批准的差异评估文件。

? 必须考虑对接插件实际能有的布置空间,基于此来选择插件尺寸和型号。

? 若线束对接插件须通过橡胶件过孔,则要考虑其尺寸大小。橡胶件过孔至少是要通过此孔的线束大小的1.5倍

? 通常当装配力要求超过70N时,考虑使用机械辅助式连接器(杠杆或螺栓连接)。

? 当电气配置已知时,在该车型的生命周期内应预留20%的电气配置增长量。故线束对接插件,也应在其最大配置所需孔位数的基础上再增加20%的孔位预留。

? 混合动力汽车的线束对接插件,按照SAE EA1128要求为橙色。

? 布置在湿区的所有线束对接插件都要水平放置(插件出线方向与车身底板平行)。

5 铰接点位置

一个接点,就是两个及以上的导线通过夹紧或焊接连在一起。


确定接点位置有众多的输入因素,如下列几点:

? 根据回路长度及线径来优化接点位置,以减少导线用料。

? 必须遵守客户公布的控制规范。

? 满足客户方面的指导原则和最佳实践。

? 满足客户或李尔系统工程中关于电路设计的要求。

? 满足数据总线/网络线,安全及行驶相关电路的特殊要求。

? 满足在车中的位置。

? 满足机械的/捆扎的或运用超声波的制造能力和方法,可在线束工厂中查阅与其相关的特殊要求。

? 满足制造包装,使线束能够弯曲折叠放入集装箱。

为了最终确定接点位置,工程师必须考虑所有的输入。在估算车辆接点位置时需考虑以下条件:

? 不能将接点放在封闭的橡胶件内,因为反复的弯曲会使接点失效。当接点位置接近封闭的橡胶件时,必须将其放在任何线束缠绕或弯曲区域外,一般应距橡胶件尾部75-100mm。

? 不能将接点放在动态运动区域,如在运动件的运动范围内,发动机上及连接至车身的静态零部件上。

? 不能将接点放在线束弯曲(90°-180°)区域,尤其要注意在车辆上的固定处、制造及装配操作处、线束入集装箱的折叠处。

? 不能将重要电气回路(如安全及行驶相关回路)中的接点放在湿区。

? 不能将接点放在易滴水处。

? 不能将接点放在定位件下。

? 不能将接点放在距线束分支小于50mm处,因为弯曲处的应力可能会破坏接点。

? 不能将接点放在距定位件小于50mm处,50mm应从接点侧的定位件外端边缘算起,而不能从定位件的贴合中心算起。

? 同回路中的接点间距不能小于50mm。同线束中的两个非密封接点的压接中心的间距不能小于50mm,因为接点胶带可能会从接点处滑落而将其暴露在易与其他接点相接触的位置,若此情况无法避免,请改用涂胶热缩管。

? 当接点是用胶带包缠而非涂胶热缩管时,线束中相近的接点间会通过胶带相互摩擦,或从接点胶带处滑脱。

? 接点距连接器尾部不能小于100mm。

? 不许在距密封型插件端子1米内放置非密封的接点,以防止水沿导线进入接点。

? 无论何时都不能将接点裸露于外。

? 尽量避免接点放于湿区。

? 避免将接点放于可能会接触到化学物品或有液体飞溅(如发动机液及其添加剂、蓄电池液及制动液等)的地方。

? 接点应放于线束主干上。若主干空间不足或需综合平衡各方因素时,方可酌情考虑放于分支上。

? 接入CAN回路的单根导线,其最大长度须小于2米,要与系统工程师最终商定。

确定接点在整车中的位置,须与3D CAD工程师一起。

接点所放位置引起的线束直径增加,不许超过其在CAD模型中的要求。

接点两端应平衡,即有相同导线数或仅差1个,如2个对2个、2个对3个、3个对4个等。

一个接点所接回路最多为8-10个。


线束工厂,都应有实现0.13mm2的铜包钢导线接点的能力


若存在易熔线,接点间或接点与压接端子间应有150mm的距离。


可向负责领导咨询所有的制造与包装(物流)情况,以便提取与接点位置相关的信息。

避免高压线中有接点。

这些规则和指南不能代替我们顾客的要求。

6 线束可制造性设计

当在整车环境下,用3D CAD工具设计和布置线束时,必须考虑其可制造性。

线束3D CAD模型决定了其尺寸、形状及最终在车内安装位置的贴合性。虽然线束是通过3D设计,但却是在2D的制造板或夹具上制造的,故整个设计过程都需考虑线束的可制造性。

二维制造夹具(或板)的CAD示意图

制造夹具(或板)实物

线束旋转装配线上的制造夹具(或板)

需考虑的内容如下:

? 分支不可直接从夹具处分出,也不可沿垂直于制造板方向分出。

? 直接(或含扎带)引至连接器的分支距相邻类似分支应不小于60mm,以便于包裹物手工包缠和在电检台上固定。

? 两扎带相邻的外边缘的间距应不小于50mm,以便于在制造板上用定位叉固定。

? 从扎带边缘到标记或标签的距离不应小于30mm。

? 一个分支点处的分支数不应超过4个,以便于胶带手工包缠。

? 分支至少应长150mm,若小于150mm则不易用胶带包缠和在电检台上固定。

? 不应将扎带的捆扎伸出端朝向板面而背对操作工,因为多余伸出部分需裁减,若朝向板面则不易操作。扎带错误朝向见图8所示,扎带正确朝向见图9所示。

? 定位件距套管或波纹管外边缘至少应为30mm,该距离是到定位件的外边缘,而非其匹配接触面的中心。

? 扎带朝向应平行于制造板,因该方式即便于线束制造,又可保持在车内安装的最佳状态。

? 当与支撑件/扎带相邻的分支点较大或分支数较多时,我们需特殊考虑。其常用图示表达并非总能与实际制造情况相一致。若扎带距该类分支点小于75mm,在制造时需用到特殊工具,故需尽量避免这种情况发生。

? 当进行电源分配中心、汇流条式电气中心或其他硬线连接件布置时,它的引出分支方向应与其安装方向相垂直。

7 同步MCAD信息至ECAD

我们的许多客户都要求,ECAD数据与MCAD模型交互或同步

要注意,当一条线上有多个相同的连接器时,则必须进行ECAD与MCAD的交互。


对于非密封或仅有一个密封件的连接器而言,连接器后端的最外缘孔到线束分支的导线长度,应为连接器宽度的一半,即尺寸A=1/2 B,且其应距连接器后端面至少10mm。


B. 对于仅有一个密封件的连接器而言,要求如图所示,A=B。


导线长度距连接器尾端如图所示不应小于10mm。

8 成品的安装设计

当线束被安装到整车或如座椅、顶蓬、门饰板等总成件上时,需考虑:

? 沿重力方向最易安装。

? 不允许操作者进入车内安装线束或进行线束连接器与设备对接。

? 所有设备都应在车上可靠固定,以便于可单手操作连接器对接。

? 不允许操作者拿起设备去与线束对接。

? 线束与设备连接,线束间插件对接等操作必须是可视的。

? 装配线束时,不允许有进出车辆的个人行为出现,在车外 “一臂”的距离内应能安装主干线束, “一臂”距离约有400mm。

? 操作者在进行装配操作时应手不过头。

? 不允许操作者弯折和扭曲自己,进行线束装配或连接器对接。

确保足够有效的手操作空间,以进行手工操作或杆锁连接器操作。许多主机厂都有包含手脚的CAD人体模型,将这些人体模型、线束数模及周边几何体在三维环境中整合在一起,在所有边界条件完整的状态下来充分验证线束设计的有效性。

当进行大电流紧固系统的建模,需要一个件(如螺栓、螺母或其他)作为附属去装配时,需与主机厂的紧固件团队和制造团队沟通,以选择适合的紧固件和确定紧固要求。若紧固件或紧固要求选择不当则易造成连接失效而导致短路。这些紧固点需在DFMEA中明确说明。

9 接地规定和接地端子

规定:

? 螺栓接地-使用带防漆保护罩的M6或M8的焊接螺栓。

? 螺母接地-使用带M6或M8的焊接螺母或自攻螺钉。

端子:

? 单压-对明确要求或大线径回路最适用。

? 双压或多压-减少接地端子数量,避免在接地点处有多个端子叠压。

? 互锁-一种线束级的复杂结构方式。

? 超声波焊接-可将超过20个的回路焊在一起进行接地,以减少接点数量。

接地端子选择标准

1 系统需求:

? 明确要求(专用)或未做规定(一般)

? 回路数

? 线径大小

2 车辆接口需求

? 规定的类型与尺寸

? 在同一点共搭接地

? 防旋转

? 除漆

? 抗腐蚀

? 密封

3 高压接地端子

? 搭铁端子应加镀层,以防止电腐蚀和磨损,首选镀层为镀镍。

? 贴合面(即汇流条)和紧固的压接面,应与环形接地端子内外径相匹配,以保证其所需的最大接触面积。

? 对持续电流、峰值电流、占空比驱动电流回路,需经分析来确定与其适配的环形端子。

? 当两个及以上的不可互换的接地端子固定在同一点时,应对端子设计“键槽”以防错。

10 静态和动态间隙要求

线束装配路径-静态/动态-要求描述:当线束装配路径邻近运动件(如皮带、风扇、座椅、电缆,包括橡胶电缆、发动机和车身凸出物等)和静止件时,零部件与相邻线束间应保有最小的间距。

注:这些要求必须满足表标称设计要求。

若不能满足核查清单中的要求,应明确评估其风险,将可能的附属需求在DFMEA中记录并按它来处理。

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