2024-01-20
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轮线束总成作为汽车标准配置被广泛应用于现在的每一辆汽车，由于其设计的复杂性，导致无论哪个品牌的汽车在新项目开发的过程中，都可能出现试验无法通过，反复优化设计的问题。
1.背景
轮线束常用材料为ABS护线套、EPB护线套、双绞线、单芯线、保护管、橡胶件、注塑件、端子、雨塞、连接器、胶带等。
在车轮线束设计时，设计软件无法识别出不同的线束走向是否会产生折痕问题，保护管生产制造方也没有明确的设计弯曲半径建议。
某车型轮线束装车后发现轮线束表面存在折痕问题，不良状态如图1所示。观察车轮线束实物，静止水平放置时，表面状态正常，没有折痕。但是轮线束安装在汽车底盘上后，表面出现折痕。
图1 轮线束表面折痕
保护管内线芯数量较少，填充不饱满，容易弯曲变形出现折痕。
解决措施：减小保护管内外径尺寸或增加管厚度，增加保护管的填充率，不同填充率的效果图，如图2所示。
图2 保护管不同填充率效果图
轮线束加工过程中保护管扭转或布线设计不合理，轮线束装配时扭转一定角度（45°以上）安装在汽车上，会导致保护管变形，产生折痕。
解决措施：线束加工过程中，管线要摆放平整，无扭转的安装在注塑模具上，然后才能注塑加工，如图3所示。或者模具设计不合理，需要重新设计验证模具，调整合适的注塑件角度。
图3 轮线束加工过程图
轮线束运动区域尺寸设计冗余小或弯曲半径小，线束被弯折出现折痕。
解决措施:优化设计布线，设计足够的尺寸冗余和线束弯折半径。
将保护管的填充率增加至70%以上，折痕消失，5h 后再次观察仍无折痕。
无折痕状态如图 4 所示。
图4 调整轮线束保护管填充率后静态观察折痕消失
轮线束装配好后，汽车进行整车强化坏路耐久试验，试验完毕后，拆卸检查轮线束，发现线束动态区有折痕，如图 5所示。根据以往经验，折痕是不被允许的，有折痕的轮汽车线束后续肯定会失效。
图5 整车强化坏路耐久试验后轮线束状态
5.轮线束布优化
经过仔细评估和试验验证，需要更改线束布局，否则折痕问题无法解决，并且轮跳试验寿命测试也无法满足要求现有轮线束设计的运动包络，如图6所示，运动弯折角度过大，轮跳试验无法通过测试，试验后 X光扫描和轮线束拆解断丝情况，如图7所示。
图6 轮线束运动包络
将车轮线束运动段两端固定到轮跳设备的夹具上，模拟实车状态进行轮跳试验，常温进行 100 万次循环的轮跳试验，试验频率为2.5Hz，-35℃进行25 万次循环试验，试验频率为1Hz。
5.2 轮跳试验判定条件
轮跳部分不应出现外观可视的折痕、破损等现象;整个试验过程中和试验后不允许出现短路、断路等问题:试验前后电压降变化率小手10%；X光扫描线芯导不允许有断丝。
重新优化线束数据，改进了线束弯曲半径 (不低于2 倍线缆直径或管径)，将保护管换成 ABS、EPB 线缆，运动段尺寸增加，线束走向调整，如图 8所示。将保护管改成ABS、EPB 线缆的目的是为了解决折痕的问题，因为按照改进后的线束数据，使用保护管模拟线束走向，仍然出现保护管变形产生折痕的问题，但使用 ABS、EPB 线缆可以解决折痕问题。如果仍想使用保护管加工轮线束，并且还不能有折痕问题，那么就要改变轮线束的周边环境，白车身的支架及车轮现有的零件都要调整位置或重新设计。变化太大，且整车的底盘都需要重新设计验证，周期和成本都是无法承受的。
我们对优化后的数据进行了如下验证:将轮线束数据放在整车环境中验证，确认与周边底盘环境零件距离足够，无干涉问题:对轮线束数据进行模拟仿真，确认线束运动状态条件下和周边底盘环境零件距离足够，无干涉实车安装改进后的轮线束，确认线束走向和数据是否相符:然后启动轮跳试验测试和整车强化坏路耐久试验，验证无问题。
轮跳试验和整车强化坏路耐久测试后的X光扫描结果和线束拆解结果均合格，如图9所示。
汽车轮线束折痕有很大的质量风险，会导致线束功能失效，轮线束不允许出现折痕问题。影响因素如下：
保护管填充率不小于 70%，保护管的厚度尽量控制在1.3mm以上，填充率过小或管壁很薄都容易使聚氨酣管出现折痕问题。
线束加工工艺设计时，要注意线束走向，线束应该没有扭转的安装在汽车上。如果线束安装时，出现扭转的现象容易产生折痕和影响线束使用寿命。
线束布线设计时，最小弯曲半径控制在2倍线缆直径以上，如果使用保护管作为防护材料，弯曲半径还要进一步放大，这样可以有效改善折痕问题。如果设计环境不允许，无法调大轮线束最小弯曲半径，则建议使用 ABS、EPB线缆来解决折痕问题。
03
此次案例还对轮线束走向设计进行了改进。同样的线材在不同的轮线束走向设计下，轮跳试验测试结果是不一样的。
常见的轮线束运动段设计走向分三种:运动注塑件方向平行，线束走向夹角趋于0的“I”形(图9)、运动段注塑件方向垂直，夹角趋于90°的“L”形(图10)，运动段注塑件方向平行，线束走向夹角趋于180°的“U”形(图11)经过大量试验试验验证，同样的汽车底盘支架环境下轮线束设计寿命“I”形≤“L”形≤“U”形。例如本论文中提升线束寿命的方式就是把线束走向设计由“L”形优化为“U”形后，线束轮跳试验测试通过，X 光扫描导体无断丝，折痕问题解决。
图10“I”形运动段轮线束布局
图12 “U”形运动段轮线束布局
汽车底盘环境恶劣，轮线束为汽车的安全件。本文对车轮线束折痕问题的各因素进行了分析，并提出了解决措施司时对轮线束运动段布局走向进行归类和改进，最终产品通过轮跳试验测试，问题解决，对汽车底盘线束设计提供了科学的指导意见。
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