新材料与工艺手册

[车身轻量化] 汽车线束轻量化

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发表于 2014-7-28 13:46:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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%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。”  


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