线束 | 浅析汽车线束轻量化&如何实现轻量化~

     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。

【文②】

【解决方案】汽车线束如何实现轻量化？

引言：目前，“汽车轻量化”的概念已经渗透到汽车制造的方方面面，比如以塑代钢减轻汽车自重、汽车内饰的轻量化、汽车座椅的轻量化等，这些设计理念都代表着“汽车轻量化设计”的未来发展趋势。而作为隐藏在汽车内部宛如汽车“神经系统”的线束，在轻量化方面也大有可为之处。

近日，在2014国际汽车零部件关键技术论坛上，本刊记者与德尔福派克电子电气系统架构工程经理金英男女士进行了一场面对面的交谈，深入了解德尔福针对细线径导线和铝导线的研发及应用提出的一系列解决方案，共同探讨汽车线束系统轻量化的技术突破与未来的发展趋势。 

细线径导线和铝导线

——汽车线束减重的创新解决方案

作为全球领先的乘用车、商用车及其它细分市场的电子与技术供应商，德尔福始终坚持以“安全、绿色、互联”为理念的技术研发。德尔福派克电子/电气架构系统事业部作为德尔福五大事业部之一，在主线束系统总成、大功率线束总成等方面进行技术创新，致力于为整车提供外径更小、重量更轻的轻量化汽车线束。

据金英男介绍，线束是汽车中最重、最复杂的部件之一。随着汽车电子化、信息化的迅猛发展，人们对汽车电子电气功能的要求不断提高，汽车狭小的空间内所放置的电子电气设备也随之增多，导线数量也相应不断增加。1950年，一辆汽车内只有50根导线；2012年，一辆汽车内有1200根导线；相信到2020年甚至更远的未来，汽车内的导线数量将继续增加。

德尔福新型铝导线

金经理给了我们一组数据：据统计，目前一辆高档汽车的导线使用量达2km，重量在20~30kg左右。线束重量每减少10%，燃油经济性可提高3%。如果一辆汽车每消耗1加仑汽油可以行使20英里(约合32km)，那么按每年行使15000英里(约合2414km)计算，燃油经济性每提高3%，每人每年就可以节省22.5加仑(约合85L)汽油。“线束减重在帮助整车减重、提升燃油经济性方面有着不容忽视的作用，将会越来越受到汽车制造商的重视。”金经理说。

除了导线数量的增加，汽车内部“蜘蛛网”般的导线排布也变得更为复杂，在这种情况下，如何合理布线成为业内的重大课题。而对于汽车零部件的设计来说，则希望线束尺寸越来越小、重量越来越轻。金经理表示：“就汽车线束而言，德尔福的细线径导线和铝导线为汽车制造商提供了简单、明智的解决方案。” 

汽车线束重量可分别减轻66%和48%

“汽车用导线一直在往细化的方向发展。”金经理在描述汽车线束的发展历程时说，“10年前汽车发动机舱里的线束中，很少看到0.3mm2和0.35mm2的导线；6、7年前，在汽车线束设计中几乎45%50%的导线都是0.3mm2的导线。而我们现在做的，就是将这些0.3mm2的导线用更轻、更细的导线来替代。”

德尔福本着“安全、绿色、互联”的设计理念开发出0.13mm2无卤素超薄壁导线，

大大减轻了线束重量。据介绍，德尔福无卤素薄壁导线是聚氯乙烯（PVC）和交联聚乙烯（XLPE）等传统导线的环保型替代产品，拥有比薄壁PVC 导线更耐高温，层壁更薄、更轻的绝缘层。0.13mm2导线一般用在开关信号、传感器信号等的电流回路，相比0.3mm2导线，单线外径减少40%，重量减少高达66%，且不含卤素和重金属，可回收再循环使用。金经理介绍说，德尔福的无卤素薄壁导线具有行业里最强的抗压和抗损能力，耐磨性方面也明显超过了美国汽车工程协会和国际标准化组织的试验标准，它还具有超强的防火能力，因其卓越的性能在业界备受赞誉。

然而，细线径导线在实际应用中也遇到了很多挑战。金经理表示，细线径导线在电子行业有很多应用，但是在汽车行业应用中，因为汽车工作的环境比较恶劣，所有材料都处在振动中、潮湿或者灰尘很多的地方，这对材料和工艺的要求非常高，新材料的应用要很好地融合到现有工艺上去。针对这些应用中的挑战，德尔福采用了一系列创新解决方案。

德尔福铝导线端子和铝导线

首先是0.13mm2导线的抗拉强度问题，德尔福使用了铜镁合金，添加0.2%的镁，大大提高了导线的机械强度。现在，德尔福0.13mm2导线已经超过0.22mm2和0.35mm2的PVC导线抗拉强度。此外，德尔福0.13mm2导线并没有直接使用传统的0.3mm2导线的端子压接，而是研发出L型端子，利用一高一低的压接翼技术，让导线的电气性能和机械性能在同一个压接高度上同时达到最优。同时，为了更加普及0.13mm2导线的应用，德尔福开发了一种新型的Double-X压接工艺：将0.13mm2导线剥头剥长一些，将它折弯后进行压接，这种压接方式相当于压接0.26mm2导线，可以直接使用现有的0.3mm2端子体系，应用比较广泛。

除了采用细线径导线，在导线的导体材料应用上，德尔福在经过多次比较、研究之后，用铝导线替代了传统的铜导线。金经理说明了德尔福选择铝导线的原因：“我们选择导体材料要求十分严格，要求材料的导电率必须超过58%，伸长率超过8%，选择的金属全球储备量还要充足。根据每年的预计用量统计，铝可比铜多用100年，其导电率高达60%~64%，而且用铝导线代替铜，线束重量可减轻48%。基于这些优势，德尔福选择了铝导线。”

据悉，德尔福从1969年开始从事铝导线开发，2012年开始生产铝导线，在铝导线的研发和应用方面拥有丰富的经验。针对铝导线在空气中易氧化、电气性能和机械性能不稳定等问题，德尔福开发了一种带毛刺的端子，端子的压接翼带有一个倒刺，在压接过程中，倒刺会刺破铝导线的氧化膜，与导体里的新鲜铝接触，而且该接触面是在无空气的情况下接触，故而导电性能更佳，且倒刺抠住铝，也能相应增加机械强度。应对铝导线因电偶腐蚀造成的氧化，德尔福则采用了密封工艺来截断铜铝接触面与空气的接触，防止氧化。

“一种新技术、新产品在应用过程中，遇到技术难点是不可避免的；随着人们攻克一个个难关，新技术的应用范围也就越来越广泛。当然，这并不代表汽车的所有线束都会进行新老更替。像德尔福的0.13mm2导线并不是无限制地替代整车上的所有线束，因为0.13mm2导线电阻率较高，在大电流的地方未必适用，虽然它可替代信号线，但不能替代电源线。”金经理最后总结道，“德尔福在新型导线的研发和应用方面领先于其它供应商，在过去几年里更取得了长足的进步。0.13mm2无卤素超薄壁导线已投入生产，制造基地遍布世界各地，目前国内外多个整车厂有很多项目应用了0.13mm2导线，其应用越来越成熟和普遍。

目前大线径铝导线的应用越来越广泛，已经有不少车型在应用，接下来初级和中级铝导线也将广泛地应用到各个项目上去。在新型导线的开发和应用上，我们愿意为全球的客户提供支持。”