基于产品制造工艺的线束设计方法研究

苟荣非，龙昭灯，彭晓燕

（长安汽车工程研究总院电装中心，重庆 401120）

汽车线束作为整车电器连接网络，其内部至少有约1000个连接回路，而每个回路均需要经过下线、压接、插端子、包扎、附件组装、检测等工位完成，这些工位中60%需要靠人工手动操作完成。所以，对于汽车线束制造这类劳动密集型产业来说，围绕人所开展的各种改善，比如降低人员操作的难度、提高人员操作效率等，从某种意义来说就是提升产品性能的改进。

目前行业内针对线束设计的方法多围绕整车电气原理、线束物料选配等整车应用层面开展，而从线束制造角度发掘线束设计改善点的研究相对较少。本文将从产品制造工艺角度研究提升线束设计水平的方法，从根本上降低产品制造风险，提高线束设计品质。

1 制造效率提升的设计方法

在整个线束制造过程中，制造效率的提升体现在机械设备使用效率提升和人工装配效率提升。机械设备的应用在线束制造过程中主要为端子压接，所以在物料选择时，应减少端子使用种类，这样不但可以提高压接模具的使用效率，减少换模、调模所带来的时间浪费，同时端子种类减少后，对于压接品质的控制范围缩小，一定程度上也便于压接品质的控制。

对于人工装配效率的提升，从线束制造角度来看，较繁琐的工作是线束分支点的缠绕和线束胶带的包扎。如果线束无分支点，那么整个线束的制作速度将大大提升，但实际的汽车线束因大量汽车零部件需要对接，所以分支较多，而这种现象随着汽车用电功能的增加，还在加剧。所以针对线束设计中分支长度、分支点的位置选择、胶带的缠绕方式等一系列耗费人工大量装配时间的位置，需要在线束设计中提前进行优化，结合实际生产应用，形成如下设计要求。

1）从主干到接插件尾部的分支长度不小于60 mm。

2）孔式接头的分支长度不小于60 mm，同时孔式接头安装中心距离线束主干的距离不小于20 mm。

3）主干上各分支点之间距离不小于100 mm。

4）对于小于60 mm的支线，避免使用波纹管进行包覆，其分支可采用点缠或不进行包扎。如果需要保护，可采用不需要缠绕胶带的套管进行保护。

5）在采用波纹管进行保护的主干，尽量避免或减少在波纹管包覆部分设置分支点。在分支位置限制的情况下，可采用反绑或回折工艺满足分支位置要求。

6）接点应设置在线束主干上，避免在小分支上设置节点，简化工装板加工及线束组装。

7）导线根数较少（一般指少于3根或线束外径小于5 mm）的线束分支，避免采用胶带直接花缠或满缠，避免员工包扎时胶带扭曲折皱。

8）并接导线的长度不小于150 mm，以便操作者在接点压接机或超声波焊接机上进行操作。

2 可靠性提升的设计方法

影响线束可靠性的因素多、范围广，各个环节对可靠性都会产生影响。从线束制造角度提升线束连接可靠性的设计方法，主要体现在以下两方面：避免线束自身受到损伤；避免线束在实车上受到损伤。

对于线束产品自身受到损伤的现象，在实际应用中时常有出现线束内部节点刺破、端子的压接根数过多导致压接不良等。这些问题的产生，其实是在产品设计时，未考虑到加工风险，在设计上增加了线束失效的几率。所以在线束设计时，应将易导致线束不可靠的因素予以规避，总结起来应注意以下方面。

1）各接点之间应避免相互重叠，其之间的距离不小于20 mm。

2）接点离分支点的距离不小于50 mm。

3）接点不能分布在线束弯折区域。

4）并接线左、右两侧导线数量差异不大于1，尤其针对需要防水的节点，导线数量差异过大将导致密封困难。

5）同一并接点处的并接导线根数不超过8。

6）同一端子（包括插接件端子和孔式搭铁端子）其压接导线根数不超过2。

7）禁止将扎带直接安装在裸露的导线上。

8）插接件的选择应便于导通台探针检测，避免探针直接插入端子的电气连接面。如图1所示。

图1 便于导通检测与否的插接件示例

9）插接件应选择带端子二次锁止的产品。

对于线束在实车上受到损伤的问题，最常见的就是插接件尾部导线受力，对于有运动余量、装配余量要求的部位，线束的长度如果设计不当，易导致线束拉拽，影响接触性能。同时对于插接件尾部导线出线有侧偏时，插接件尾部导线还应设置出线方向。

在线束长度和插接件尾部出线方向设计考虑后，在设计中还应将插接件尾部导线未包扎的距离在设计中予以体现，避免胶带或包覆物挤压插接件后部导线。一般情况下设计要求如图2所示。

线束在实车上受到损伤的情况，还有一类比较普遍的是，线束产品装车时偏离了正常的设计，比如：设计和制作时线束卡子在某位置，但实车装配时，线束卡子位置变化了。出现这样的情况除了制造中扎带未束紧外，还需考虑线束过细时，扎带是否可以束紧，同时扎带是否位于较易滑脱或位置偏差较大的区域。设计的目的就是为了降低风险、提升品质，这些易出现问题的地方就是在设计时应该予以规避的内容。

图2 插接件尾部未包扎的距离

3 降低制造控制难度的设计方法

在线束产品开发过程中，会遇到一些问题，出现频次高，已要求供应商制造时重点控制，但还是无法避免。比如：分支方向的控制。在抱怨供应商控制不力的同时，是否有考虑过设计是否合理，是否在设计上增大了线束制造上的控制难度。在实际开发中，我们有遇到某个案例，同一分支点出来3个分支，每个分支的长度相差只有5 mm，而每个分支的端子相同，不同分支间还有同色线，导致在装配过程中，时常出现端子插错的情况。这就是未基于产品制造工艺进行线束设计所带来的弊端。结合实际开发，总结出如下降低制造控制难度的设计方法。

1）在主干上，同一分支点处的分支数量不大于3。

2）同一分支点处的各分支出线方向应保持统一。

3）同一分支点的各分支长度有差异时，其长度差异不要小于20 mm，降低工艺控制难度。

4）避免在PVC套管或波纹管等管类包覆外安装过孔橡胶套。

5）带节点回路，如果接点另一端具有相似的端子或长度，应保持各导线规格统一。

6）对于导线过细的线束部分，直接安装扎带或卡扣时，会出现扎带或卡扣滑动现象，应在图纸上标注对线束的处理方式，以确保扎带或卡扣装配牢靠。

7）从粗主干上分出的细分支（线束外径φ值差异超过20），为确保分支不在主干上缠绕，应增加反绑工艺，固化分支方向。

8）扎带或卡扣的选择时，其种类应尽量少，避免使用外形类似的不同件号的扎带或卡扣，如果需要使用，应采用不同颜色予以区分。

9）同一插接件中，同样线径的各导线应避免颜色相同和相近，避免导致插接错乱现象。主要有以下几种类型：主色和辅色相互颠倒的导线同时存在于一个插接件中；蓝色和黑色，橙色和红色易产生辨识错觉，应避免其存在于同一插接件回路中作为差异区分点。

4 整车性能改善的设计方法

线束产品在整车上的性能改善主要集中在线束异响改善和装配性能提升。线束异响往往在车辆开发后期才会被识别，这样会导致设计更改难度增大，一般易出现异响的区域在顶棚和车内上，其线束设计需要有针对性的特殊处理方法。比如：在包扎固定卡子时，常规的要求是胶带不要超出固定卡扣边缘（图3）。但是在车门或顶棚上有使用该卡扣，同时卡扣边缘与钣金直接接触时，为避免卡扣边缘撞击金属所产生的异响，在设计时，反而要求胶带要包覆卡扣边缘。

图3 常规的卡扣包扎要求

装配性能提升主要体现在线束装车后的成型效果良好，不出现过度扭曲或影响其它零部件装配的情况。比如线束在门槛上布置时，由于该处还会布置门槛护板，如果线束扭曲，不但会导致门槛护板装配困难，还会导致线束被压损，所以在该区域，设计时会要求线束采用波纹管或硬质PVC片进行保护，使线束更平直，同时也对线束进行保护。总结起来对整车性能改善的设计方法如下。

1）四门及行李厢过孔橡胶套内的导线应松散，避免使用胶带等其它包覆物包扎。

2）顶棚线和门线应优先选择海绵或绒布进行包扎。

3）分支点处的包扎柔软后线束更易装配。若采用波纹管保护，应将波纹管与分支点的距离控制约在20 mm为宜，同时波纹管的包扎如果没有美观要求或在车内不可见，可选择采用花缠或点缠进行包覆。

4）在位于车门及顶棚处对噪声要求较高的区域，对卡扣类卡子进行胶带缠绕固定时，胶带缠绕的厚度应高于卡扣锁止点高度或胶带缠绕时覆盖卡扣锁止点。

5）在车内门槛或A柱处线束需要卡接在内饰安装卡扣的位置，线束应采购波纹管或硬质套管保护，避免线束内部分导线被卡扣压损。

6）位于湿区的接点应采用含胶热缩管进行密封处理。

7）橡胶件内线束总线径不能超过橡胶件内径的三分之二为宜。

8）扎带宽度的选择应与所捆扎导线的外径相匹配，线束外径大于15 mm的，其固定扎带宽度不应小于8 mm。

5 结束语

线束设计方法的研究是一个持续优化的过程，很多设计方法是随着线束行业所面临的问题而出现的。本文旨在通过大量失效模式和实际经验总结，研究基于线束产品制造的设计方法，降低工艺制造难度的同时也提升了线束产品品质。本文所提到的设计方法可作为线束设计从业人员的设计指南予以应用。

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