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摘要：從能源安全與生態環境現狀進行分析，提出汽車輕量化的必要性；從鋁導線、線徑細小化、線束總體布局設計、域控制器技術等方面論述汽車線束系統輕量化技術，通過案例驗證，說明汽車電氣系統輕量化的可行性，總結汽車電氣系統輕量化方法。
關鍵詞：線束；輕量化；鋁導線；小線徑導線
0引言
汽車保有量的持續增高，一方面推動社會經濟發展，另一方面給環境與能源消耗帶來了壓力與影響。汽車排放是大氣污染的重要來源，節能減排是汽車行業的重要任務。汽車輕量化是節能減排的重要方面，汽車線束是輕量化的重要組成部分。以某C級車為例，通過線束連接的電器件達到514個，這些線束本身可被拆分成5000多個獨立零件，拆解后長度可達3~4km，線束成本約占整車成本3%。線束輕量化研究越來越受重視。本文從鋁導線、線徑細小化、線束總體布局、域控制器技術等方面研究線束輕量化，進行案例驗證，總結出汽車線束輕量化方法，為汽車降重、降成本提供一定的經驗借鑒。
1導線小型化設計
1.1應用小型導線的意義
目前，汽車線束導線朝著細小化方向發展，與之前相比，內艙越來越多使用0.13mm²和0.75mm²銅導線。小型化線束是各大線束廠商的重點研究方向，整車線束越來越輕，占汽車重量比率逐漸降低。隨著新技術的發展，越來越多企業采用新型合金細導線（0.17、0.13mm²）替代傳統銅導線，以減輕線束重量。線束中信號回路比電源回路數量大，如果信號線能采用合金細導線，則可以在很大程度上減輕線束重量，這是線束輕量化的一個方向。
1.2小型導線可行性論證
各類導線參數見表1，單位長度下0.13mm²合金導線比0.35mm²銅導線重量減少60%，導線截面積減小65%，同時抗拉強度更優。采用0.13mm²導線可以改善線束的重量和尺寸。在汽車線束中，單根信號導線的回路長度一般不超過5m，因此小線徑合金導線的電阻很小，引起的電壓降消耗不會對信號產生影響。0.13mm²合金導線對于端子的壓接效果高于標準要求，目前基本可以實現合金細導線壓接，符合質量標準。由上可知，0.13mm²導線在機械強度、性能和壓接工藝上均具有可行性[1]。
1.3小型導線應用問題及措施
汽車運行中，導線外包的絕緣體受熱后性能逐步退化，導線電阻逐步升高，選取導線線徑時，需要評估電流是否匹配小線徑導線。在整車線束布置中，發動機艙環境溫度較高且不穩定，對于導線性能具有一定影響和安全風險。對于小線徑導線，建議從內艙開始應用，內艙環境溫度合適而且多為靜態區域；待小型導線技術逐漸完善后，再應用到其他區域。
2鋁導線應用分析
近年來，汽車上整車控制器、傳感器越來越多，連接線束越來越長，整車成本不斷增加。電氣設計師努力嘗試采用數據總線來減少線束回路，但減重效果已逐步達到極限；因此，鋁導線的應用越來越成為發展方向。
2.1鋁導線的優勢
2.1.1密度小
與銅導線相比鋁導線密度小，在相同長度下鋁導線重量更輕，是線束輕量化發展的趨勢之一[2]。銅鋁性質對比見表2，銅與鋁的密度比為10：3，購買1t鋁線的體積約相當于3.3t銅線。
2.1.2價格低、鋁資源豐富
全球銅儲量遠小于鋁，因此銅價格高于鋁，且銅價格呈上升趨勢，鋁價格相對低廉且波動較小。汽車線束用銅量大，采用鋁替代銅，可以有效降低汽車線束的生產成本。
2.2鋁導線的劣勢
2.2.1電阻率高
鋁的電阻率比銅高，意味著在給定的電壓降下，鋁導體必須具有較大橫截面積。
2.2.2機械強度低
鋁導線柔軟易彎曲，且抗振性差。相同條件下，鋁的抗拉強度僅為銅的一半，這會影響端子的壓接拉脫力[2]。
2.3鋁導線應用可行性
鋁導線是線束行業輕量化的發展方向，尤其在蓄電池線束上的應用越來越廣泛。為驗證電源線路使用鋁導線代替銅導線的可行性，在某C級車上，試驗鋁導線代替銅導線技術。選取了傳輸電源的單回路、非絞線回路、非接地回路、非焊點回路，并優選非長時間持續工作干區電源回路。搭載鋁導線前后，分別對銅、鋁導線進行電壓降測試、熱沖擊測試、載流測試等一系列試驗，并進行道路試驗，目前試驗結果均無異常，說明在這些回路上銅、鋁介質無明顯差異，鋁導線代替銅導線的方案可以在部分回路上推廣。
3線束連接方式設計
目前各類控制器、傳感器遍布整車，主要包括制動系統、安全氣囊系統、主動懸架系統、多媒體系統、舒適系統等。目前高端車型控制器的平均數量為60個左右，隨著智能駕駛的發展，電子元器件數量迅速增加。某C級車上60多個ECU間通過網關通信，系統控制成本與通信量均很大，且各個子系統之間完全獨立，很難進行有效的資源共享和互操作，硬件成本高。如果每個系統間用線束單獨連接，則線束數量和重量非常大，且通信效率低，采用以下方法進行優化。
3.1CAN-LIN總線架構設計
CAN總線技術促進了汽車線束輕量化，如圖1所示，以發動機與儀表板的數據交換為例，采用硬線傳輸比總線傳輸多出若干條回路。高端車型常采用電控單元通信，避免點對點單一通信及所帶來的大量布線?？偩€技術使用盡量少的導線傳遞信息，電器部件只需與臨近控制器相連，降低整車線束重量，對線束輕量化意義較大。
3.2域控制器架構設計
每輛車中不同的ECU有不同的供應商，供應商生產自己品牌的控制器、執行器，提供與之配套的應用程序、操作系統，這導致ECU間沒有直接聯系，部件之間缺少信息交互，整體算力無法共享；軟件開發也只能針對某一部件或具體系統進行，無法實現整車級。隨著汽車芯片計算能力的提升，域控制器逐步成為汽車電子行業的研究熱點。將控制器功能集成在域控制器上，可以有效克服分布式架構中嵌入式軟件和底層驅動交互不一致及冗余的缺點。通過域控制器技術，可以減少微控制器數量，降低整車重量、成本以及軟件操作的復雜度。以某電動車域控制器為例，共有3個大的域控制器，分別負責車身系統、儀表系統以及自動駕駛系統，其中車身域控制器集成了車身電子的所有基礎驅動，整合了車身各類電控系統功能，規避了控制器之間通信不一致帶來的風險。通過域控制器架構，使線束重量進一步降低。
3.3模塊化線束設計
線束的模塊化設計可以使線束的連接和布置在一個比較優化的狀態下進行，線束設計不斷趨于輕量化，使總體質量控制在合理范圍。車身大線束由若干個線束模塊構成，如制動線束模塊、空調線束模塊、安全氣囊線束模塊等，當所有模塊集成到成品線束后，可以為任何特定的客戶配置提供支持。在線束散件較多的情況下，通過模塊化設計可以建立線束散件數據庫，并統一化設計規則，方便散件的模塊化和標準化，也便于圖紙管理。
3.4合理化線束布置
通過合理化線束布置設計，可以極大減少線束長度，降低導線用量。1）優化線束布置圖2為某B級車后排座椅加熱線束分支走向優化前后對比，優化后座椅線和車身總線束路徑縮短，降低導線的總體用量。由上可知，通過合理布局，可以較大幅度實現線束輕量化，更好地實現線束布置。圖3為某車型車頂A柱線束走向優化前后對比。優化后右側A柱線束合并到左側A柱線束，不僅省去右側A柱線束，也減少了固定右側A柱線束的5個卡釘，降低了導線總體用量，節省成本。2）接地點布置線束接地點設計是典型的汽車線束設計，通過優化接地點位置縮短線束長度。線束接地原則為盡量選擇就近接地，且優先考慮在內艙接地，可布置在距離底板內板至少100mm的上方。線束開發過程中，很大一部分工作是優化線束設計，優化線束接地路徑可以降低線束重量，避免電磁干擾問題、電器功能性問題等[3]。圖4為線束接地點優化前后對比，優化后接地回路就近螺栓接地，節省了線束長度，同時降低線束重量。3）焊點布置焊點是若干線束匯集接在一起的位置，盡量布置在幾個設備的中間，節省線束總長度。優化焊點位置，是線束降本工作重點。圖5為優化焊點位置的前后對比，優化焊點位置可以節省線束的長度。
4結束語
以汽車線束輕量化作為研究方向，探究各類輕量化方式。從鋁導線、小型導線、線束總體布局、域控制器技術、模塊化設計等方面論述汽車線束輕量化，通過實例驗證，說明汽車線束輕量化的可行性，并總結汽車線束輕量化方法。
作者：鄭藝 單位：同濟大學 汽車學院
