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【摘要】本文介紹了最近行業(yè)中汽車線束和連接器的研究進(jìn)展情況。汽車線束通過(guò)高強(qiáng)度0.13mm2電線、鋁線及發(fā)泡護(hù)板技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化仍是目前重要的趨勢(shì)之一。柔性化平面電路（FPC）及平面電纜（FFC）在部分特殊空間得到應(yīng)用。高壓線束的超聲波焊接因成本低、可靠性好成為目前高壓線束研究的熱點(diǎn)之一。通過(guò)模塊化可減少線束的長(zhǎng)度。采用無(wú)線傳輸是汽車電器工程師追求的最終目標(biāo)。汽車連接器則在增加觸點(diǎn)、防彎針技術(shù)研究的同時(shí)向著小型化、高壓化、高速化發(fā)展。高壓連接器通過(guò)矩形端子降低加工成本的同時(shí)有集成化趨勢(shì)。連接器的自動(dòng)化裝配很好地保證了連接器的安全性、穩(wěn)定性，并提升了裝配效率。

【關(guān)鍵詞】汽車；線束；連接器

汽車線束猶如人體的血液與神經(jīng)系統(tǒng)，貫穿汽車各個(gè)部位，連接所有的電子零部件，傳遞電力與數(shù)據(jù)。線纜即是路徑，連接器即是連接的節(jié)點(diǎn)，汽車線束（圖1）是線纜、連接器以及各種附屬零部件的總成，搭建起了汽車電力與數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。連接器是為汽車電器輸入信號(hào)和電源的連接器件，由端子、護(hù)套及其附件組成（圖2）。汽車線束與連接器對(duì)汽車的安全性、穩(wěn)定性、可靠性起著至關(guān)重要的作用。汽車智能網(wǎng)聯(lián)化帶來(lái)了信息流大量增加，汽車電子電氣迎來(lái)了升級(jí)，汽車架構(gòu)從分布式—域集中—中央計(jì)算的方式逐步進(jìn)化，車身域控制器作為區(qū)域決策中心，逐漸被應(yīng)用。汽車智能網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化、5G技術(shù)及車載以太網(wǎng)的應(yīng)用等將引起汽車線束與連接器技術(shù)的變革。本文結(jié)合課題組與行業(yè)的研究成果介紹汽車當(dāng)前汽車線束和連接器行業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1汽車線束技術(shù)發(fā)展

面對(duì)汽車電子電器架構(gòu)的不斷演變，汽車線束將面對(duì)新的技術(shù)變革。汽車電線束在不斷提高其安全性的前提下向輕量化、高壓化、模塊化及加工智能化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯?；跍p小空間、系統(tǒng)降重降低油耗的要求，整車線束中鋁線、高強(qiáng)度細(xì)線、護(hù)板發(fā)泡等線束輕量化技術(shù)不斷得到應(yīng)用。1）細(xì)導(dǎo)線技術(shù)。汽車上普遍使用的信號(hào)線的線徑導(dǎo)線為0.22mm2、0.35mm2，信號(hào)線的導(dǎo)線利用率一直很低，0.22mm2、0.35mm2的銅導(dǎo)線可以承受10A左右的電流（環(huán)境溫度24℃），但是信號(hào)線內(nèi)真正流通的電流往往只有幾毫安，這樣資源的浪費(fèi)成為很多線束生產(chǎn)廠家關(guān)注的焦點(diǎn)。更小線徑的電線如高強(qiáng)度0.13mm2電線（圖3）代替0.22mm2、0.35mm2的信號(hào)線是電線行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。細(xì)線的應(yīng)用關(guān)鍵在于提高細(xì)線的強(qiáng)度及壓接工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)[1]。2）鋁導(dǎo)線技術(shù)?；谙到y(tǒng)降重和成本控制，新型基材鋁及鋁合金導(dǎo)線（圖4）是整車線束輕量化的主要發(fā)展方向。鋁（Al）的質(zhì)量比銅（Cu）輕2/3左右，這種輕型材料可以降低電纜線束的整體質(zhì)量。即使考慮到導(dǎo)電性和密度的關(guān)系，具有相同電阻的鋁線仍然比同等的銅線輕50%左右。鋁是一種供應(yīng)量充足、容易獲取導(dǎo)電用的基礎(chǔ)材料，其價(jià)格將相對(duì)穩(wěn)定且低于銅的價(jià)格，對(duì)成本有著比較好的控制[2]。鋁線應(yīng)用關(guān)鍵在解決銅鋁接觸的電偶腐蝕問(wèn)題，目前主要采用銅鋁端子壓接或鋁線與銅端子超聲波焊接的方式來(lái)解決電偶腐蝕問(wèn)題。對(duì)于焊接端子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也非常重要，通過(guò)專利結(jié)構(gòu)[3]設(shè)計(jì)（圖5）可以很好保證拉脫力達(dá)到銅線的拉脫力。通過(guò)銅鋁轉(zhuǎn)換頭將銅電纜和鋁電纜相連接專利設(shè)計(jì)（圖6）[4]，也能夠?qū)崿F(xiàn)鋁電纜替代銅電纜。這樣既保留了銅端子的優(yōu)點(diǎn)，亦使電線束的質(zhì)量縮小為原來(lái)1/4~1/2，解決了端子空間的限制問(wèn)題。鋁線技術(shù)除在比較粗的汽車蓄電池線應(yīng)用外，細(xì)線上也開(kāi)始得到應(yīng)用。鋁線在高壓線束上的應(yīng)用更有意義[5]，有利于電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的增加。3）薄壁（圖7）及新型低密度絕緣材料導(dǎo)線技術(shù)。0.13mm2細(xì)線采用超薄壁PVC可減重13%，減少體積24%。采用低密度PPE絕緣材料0.35mm2線減重30%，直徑降低27%[6]。4）護(hù)板支架的微發(fā)泡技術(shù)。聚氨酯發(fā)泡技術(shù)可有效降低線束質(zhì)量，作為支架可防止翹曲、提高精度、抗油污和粉塵能力強(qiáng)，安裝后沒(méi)有噪聲等優(yōu)點(diǎn)[6]。利用聚氨酯發(fā)泡成型完成的線束（圖8來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）具有很好的導(dǎo)向性，安裝方便。工人只需要在拿到線束之后按照成型的方向和路徑就可以一步到位，進(jìn)行安裝而且不容易出錯(cuò)，且可依據(jù)車身空間做自由的三維造型制成各種不規(guī)則形狀。但發(fā)泡材料制成的線束需要在前期有很大的固定設(shè)備投資，故很多線束廠商沒(méi)采用。5）光導(dǎo)纖維技術(shù)?；诠鈱?dǎo)纖維（圖9）數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等電子設(shè)備的互聯(lián)和控制。開(kāi)發(fā)并搭載光導(dǎo)纖維等新型基材導(dǎo)線技術(shù)也是整車線束系統(tǒng)輕量化的發(fā)展方向之一，同時(shí)能優(yōu)化改變線束布置。6）線束的模塊化設(shè)計(jì)。線束零部件的組合數(shù)量和復(fù)雜程度是由車輛配置表上有多少選擇配置來(lái)決定的。隨著汽車功能配置的增加，汽車線束越來(lái)越復(fù)雜。通過(guò)低壓線束設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和功能的模塊化來(lái)簡(jiǎn)化線束是目前行業(yè)追求的目標(biāo)，特斯拉在線束模塊設(shè)計(jì)（圖10）上為線束設(shè)計(jì)提供了一些啟示。7）無(wú)線傳輸。云計(jì)算和5G的鋪設(shè)速度加快，云平臺(tái)的計(jì)算、存儲(chǔ)能力和5G的傳輸速度為智能座艙的域控制器的大數(shù)據(jù)量、低延遲需求提供了保障。而其中智能座艙域?yàn)槠嚱鼛啄臧l(fā)展的核心。圍繞智能座艙及自動(dòng)駕駛域控制器的產(chǎn)品也將成為未來(lái)需求量最大的產(chǎn)品。智能座艙（圖11）安全性不大的車載連接逐漸開(kāi)始無(wú)線化傳輸?shù)奶剿?a href="http://www.uv63h8.cn/lunwen/jixielunwen/qichejishulunwen/202203/753448.html" target="_blank">研究。8）柔性化平面電路及平面電纜的應(yīng)用。采用平面材料柔性化平面電路或平面電纜（圖12圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）在配線空間非常有限的汽車車頂、車門(mén)等可以在提高車廂空間的前提下保證線束布線的有效性。9）高壓線束超聲波焊接技術(shù)。由于大平方超聲波焊接的高壓線束的拉脫力、接觸電阻、穩(wěn)定性相對(duì)傳統(tǒng)的壓接技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)，超聲波焊接技術(shù)開(kāi)始在高壓線束上得到推廣應(yīng)用（圖13）。采用導(dǎo)體與高壓端子尾部超聲波焊接的方式來(lái)保證其機(jī)械和電氣性能，這種方式不僅可以實(shí)現(xiàn)銅導(dǎo)體與銅端子的焊接，而且能實(shí)現(xiàn)鋁導(dǎo)體與銅端子的焊接[3]。10）電動(dòng)車電池包銅排或鋁排的應(yīng)用。緊湊型電池組內(nèi)，包括硬銅排和軟銅排（圖14）都在新能源汽車電池包中得到應(yīng)用[7]。為實(shí)現(xiàn)輕量化鋁排也開(kāi)始嘗試應(yīng)用到電池組內(nèi)。目前，3D打印技術(shù)在線束設(shè)計(jì)制造上也有技術(shù)人員開(kāi)展探索。

2汽車連接器技術(shù)發(fā)展

智能網(wǎng)聯(lián)、電動(dòng)化和5G技術(shù)以太網(wǎng)的應(yīng)用同樣也推動(dòng)著汽車連接器技術(shù)的發(fā)展。1）小型化。隨著汽車智能化的發(fā)展，功能模塊的增加，同樣汽車系統(tǒng)的空間需要擠進(jìn)更多的模塊。在保證汽車連接的安全、穩(wěn)定、可靠性的同時(shí)，汽車連接器的小型化趨勢(shì)明顯。0.64、1.2、1.5規(guī)格連接器應(yīng)用呈增長(zhǎng)趨勢(shì)（圖15）。2.3規(guī)格的連接器應(yīng)用呈下降趨勢(shì)，同時(shí)0.5規(guī)格的連接器也逐漸開(kāi)始應(yīng)用。出于對(duì)空間的要求，小Pin距的連接器越來(lái)越多。材料與結(jié)構(gòu)的突破使連接器規(guī)格變小，載流能力提升。2）超多線連接器防彎針技術(shù)。多線連接器端子間相對(duì)位置要求更為嚴(yán)格，端子中心不一致的細(xì)微偏移會(huì)引起對(duì)插困難、彎針，甚至導(dǎo)致連接失效的嚴(yán)重后果。行業(yè)中有的企業(yè)發(fā)貨時(shí)采用貼膠帶來(lái)防端子彎針，只能防止線束運(yùn)輸過(guò)程中磕碰端子彎針故障，無(wú)法控制護(hù)套對(duì)配造成的彎針。我們課題組開(kāi)發(fā)了聯(lián)動(dòng)式固定卡的專利結(jié)構(gòu)[8]（圖16）來(lái)防止發(fā)貨和對(duì)插時(shí)端子擺動(dòng)。在不增加工序和使用專用工裝的情況下即完全防止了端子運(yùn)輸、裝配過(guò)程中的端子彎針現(xiàn)象。3）多觸點(diǎn)接觸。為了保證電接觸的穩(wěn)定、可靠性，不僅高壓連接器采用冠簧和彈簧增加接觸點(diǎn)[9]，低壓連接器也不斷出現(xiàn)多觸點(diǎn)設(shè)計(jì)。最近我們課題組設(shè)計(jì)了一種懸臂-簡(jiǎn)支梁多觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)插座端子[10]（圖17），采用懸臂-簡(jiǎn)支梁彈片結(jié)構(gòu)，當(dāng)插頭端子插頭插入穩(wěn)定時(shí)，b點(diǎn)與插座端子箱體部底壁內(nèi)側(cè)接觸。懸臂-簡(jiǎn)支梁彈片中間1個(gè)（或以上）凹點(diǎn)或2個(gè)（或以上）凸點(diǎn)設(shè)計(jì)，形成多觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。4）高速化。隨著5G技術(shù)應(yīng)用及車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)汽車架構(gòu)的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)傳輸速度要求越來(lái)越高。汽車電子架構(gòu)的不斷演變，車內(nèi)多樣性的數(shù)據(jù)通信模塊及接口需求不斷增長(zhǎng)，更需要實(shí)現(xiàn)更高速、更精準(zhǔn)的通信，如：集成了局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）、控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN），以及百兆，千兆以太網(wǎng)傳輸?shù)认嚓P(guān)的網(wǎng)關(guān)模塊，遠(yuǎn)程通信、行車記錄儀等模塊，射頻連接器應(yīng)用越來(lái)越多，以太網(wǎng)高速連接器也將得到應(yīng)用（圖18）。5）細(xì)鋁線端子。細(xì)鋁導(dǎo)線的應(yīng)用，催生了各類適配鋁導(dǎo)線的端子開(kāi)發(fā)。為了解決氧化問(wèn)題，適配鋁導(dǎo)線端子壓接結(jié)構(gòu)應(yīng)有良好的密封結(jié)構(gòu)，從而使得導(dǎo)體鋁不與空氣直接接觸。Tyco公司開(kāi)發(fā)出了一種適合鋁線壓接的端子[11]。圖19是對(duì)應(yīng)修改后新的端子結(jié)構(gòu)。銅鋁復(fù)合帶材沖壓端子是細(xì)鋁線應(yīng)用的最佳方案之一（圖20），國(guó)外該技術(shù)已開(kāi)始應(yīng)用，突破銅鋁復(fù)合帶材的制備工藝技術(shù)是目前面臨的挑戰(zhàn)之一。6）針對(duì)柔性電纜連接器最近網(wǎng)上報(bào)道的I-PEXMINI-FLEXFPC/FFC連接器（圖21來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)），稱為零插入力（ZIF）或低插入力（LIF）連接器。對(duì)于需要更高FPC保持力，可以使用具有FPC開(kāi)孔鎖定功能的附加機(jī)械鎖定選項(xiàng)來(lái)確保安全連接。Molex也開(kāi)發(fā)了具有雙底部、底部和頂部觸點(diǎn)位置，提供各種電路尺寸和電纜樣式選擇FFC和FPC連接器（圖22來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)），期望在汽車行業(yè)得到應(yīng)用。7）高壓矩形連接器技術(shù)。圓柱型高壓連接器為機(jī)加工方式，加工成本高。為降低加工成本連接器企業(yè)紛紛研究矩形高壓連接器（圖23）[12]。特別是國(guó)際企業(yè)開(kāi)發(fā)的疊片式高壓連接器（圖24）[13]通過(guò)調(diào)整疊加的單片彈叉的數(shù)量來(lái)配置不同電流，以滿足整車系統(tǒng)的不同電流使用環(huán)境，實(shí)現(xiàn)模塊化配置，方便后期物料的統(tǒng)一，具有高壓連接器設(shè)計(jì)的顛覆性。8）高壓連接器集成化。DC/DC、OBC、PTC、PDU等小功率電器高壓電電器合并為三合一和多合一（圖25），高壓連接器有合并為一款多線連接器的趨勢(shì)。目前，已有部分車型高壓連接器是采用非屏蔽的方式，把控制EMC的責(zé)任全部交給各個(gè)用電器件，采用硬件濾波的方式進(jìn)行。9）CAE仿真技術(shù)助力連接器設(shè)計(jì)。隨著開(kāi)發(fā)周期的縮短、新材料及新工藝的應(yīng)用對(duì)連接器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提出了更高的要求。CAE仿真在連接器前期設(shè)計(jì)驗(yàn)證中逐步得到應(yīng)用，如通過(guò)連接器的CAE力學(xué)分析（圖26）、熱分析（圖27）等來(lái)完善連接器的設(shè)計(jì)，加快開(kāi)發(fā)速度等。10）裝配自動(dòng)化。為保證連接器裝配的穩(wěn)定性，連接器的裝配逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化（圖28），相對(duì)人工裝配不僅保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，而且效率得到了大幅提升。

3結(jié)論

汽車線束技術(shù)在不斷提高其安全性的前提下，向輕量化、高壓化、模塊化方向發(fā)展。線束的關(guān)鍵附件連接器則在通過(guò)增加觸點(diǎn)、防彎針技術(shù)提高其安全穩(wěn)定性的同時(shí)向小型化、高壓化、高速化發(fā)展。高壓連接器則在通過(guò)沖壓成型的矩形端子來(lái)降低成本，并有集成化的趨勢(shì)。CAE仿真助力了連接器的設(shè)計(jì)。自動(dòng)化裝配對(duì)保證連接器穩(wěn)定性、可靠性和提高裝配效率具有重要的作用。

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作者：趙平堂 單位：天海汽車電子集團(tuán)股份有限公司研究院