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汽車線束失效方式及可靠性研究
1 引 言
線束是汽車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在整車的運(yùn)行中傳遞電壓、信號(hào)及大量的數(shù)據(jù)，圖1為各用電器線束連接示意圖。特別是在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)背景下，這就要求線束載體不僅僅起到通斷作用，對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速率及響應(yīng)能力提出了更高的要求，同時(shí)由于線束的物理布置空間有限，對(duì)其失效性和售后返修帶來(lái)更大挑戰(zhàn)。
由于汽車安全性、舒適性及環(huán)保要求不斷提高，汽車上電路數(shù)量與用電量顯著增加，從而使整車線束成倍增加，在有限汽車空間中如何更有效合理布置已成為汽車制造業(yè)面臨問(wèn)題。本文結(jié)合汽車生產(chǎn)中產(chǎn)生的線束失效問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)、整理，并提出了有效的改善方案，為汽車線束的設(shè)計(jì)及布置起到一定指導(dǎo)作用。
2 汽車線束布置及失效方式
2.1 汽車線束布置方式簡(jiǎn)介
隨著車輛安全、智能、舒適性的發(fā)展，傳感器、攝像頭及ECU占據(jù)了一定的空間，從而造成線束的布置空間越發(fā)狹小，同時(shí)功能的增加意味著導(dǎo)線數(shù)量及體積不斷增大。整車可裝拆性、運(yùn)輸便利性等也對(duì)線束提出了更高的要求。下圖2 是上汽通用某車型的線束發(fā)布圖， 為便于運(yùn)輸和裝配，將整車線束切割成11個(gè)部分。
線束是整車中較為薄弱的零件，不論在制造、裝配及后續(xù)使用中極易破損或失效的。本文從線束的制造、運(yùn)輸及整車的裝配和車輛后續(xù)的使用等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)線束的失效進(jìn)行整理，并對(duì)典型問(wèn)題剖析。按失效模式可以分為線束制造失效、整車裝配失效、耐久性失效等幾大類。
2.2 汽車線束失效方式
2.2.1 線束制造失效
線束主要由導(dǎo)線、端子、接插件、包裹物、卡釘和線槽支架等構(gòu)成，不規(guī)則零部件的構(gòu)成從而注定了線束制造是一種自動(dòng)化程度較低、勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。眾多的人工操作影響了線束標(biāo)準(zhǔn)化，因此線束制造過(guò)程中的失效是一種隨機(jī)、不可控的失效方式。
如下表1是線束在制造過(guò)程中常見(jiàn)的失效方式，需在制造的各個(gè)環(huán)節(jié)保證線束的制造質(zhì) 量。機(jī)械設(shè)備設(shè)定合理的規(guī)格參數(shù)，人工操作建立標(biāo)準(zhǔn)化操作及比對(duì)面板，后對(duì)線束進(jìn)行抽查檢測(cè)而保證線束的制造質(zhì)量。
2.2.2 汽車裝配失效
線束在實(shí)車上的布置依據(jù)整車裝配工藝會(huì)被打散成多個(gè)部分，從而提高了可裝配性和可維修性。但同時(shí)線束接口及定位件的增多意味著失效的概率增加，本部分結(jié)合整車在裝配環(huán)節(jié)出現(xiàn)的失效案例進(jìn)行分類匯總，以提高線束的裝配可靠性。
如上圖3可以看出線束的裝配從總裝內(nèi)飾工位幾乎持續(xù)到終裝工位，跨度非常大，同時(shí)接觸區(qū)域較多。結(jié)合其失效方式及表現(xiàn)形式大致分為如下幾類：
固定性失效為線束本身的定位件在固定孔位或扎帶處脫落，此類失效不影響功能，不影響整車使用。
功能性失效是一種比較嚴(yán)重的失效方式，會(huì)引起整車某個(gè)功能的缺失，嚴(yán)重的將影響到車輛行駛及駕駛者的安全。
外觀性失效是一種影響客戶感知的失效形式。線束多布置在客戶不宜感知的區(qū)域，但由于線束供應(yīng)商工藝或空間等因素會(huì)導(dǎo)致附著在其上的零件裝配受影響，從而帶來(lái)匹配或美觀問(wèn)題。
此類問(wèn)題在前期設(shè)計(jì)時(shí)要考慮線束或接插件運(yùn)動(dòng)包絡(luò)區(qū)域是否與周圍零部件有干涉風(fēng)險(xiǎn)，從而選擇合適的地方布置固定點(diǎn)，保證在滿足功能的情況下提高美觀性。如下圖5為線束在裝配過(guò)程中被金屬銳邊磨損失效的典型事例。表2為失效方式及控制方式匯總。
2.2.3 耐久性失效
耐久性失效是一種隨著車輛使用，在中間環(huán)節(jié)形成的失效方式，是伴隨著車輛的生命周期隨機(jī)產(chǎn)生的，具有不可預(yù)測(cè)性。一旦失效會(huì)引起客戶對(duì)品牌的極大抱怨。此類失效多為線束在運(yùn)動(dòng)件包絡(luò)區(qū)域內(nèi)發(fā)生，在達(dá)到一定的磨損后產(chǎn)生的，因此在初期不易察覺(jué)。如下表3為耐久性失效匯總表。
如下為兩種典型失效方式，圖6為發(fā)動(dòng)機(jī)線束與空調(diào)補(bǔ)液管之間震動(dòng)接觸造成的磨損，圖7為車輛輪速傳感器在運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)悶頭受力后脫落。綜上需嚴(yán)格控制線束在運(yùn)動(dòng)包絡(luò)區(qū)域的布置，同時(shí)針對(duì)線束的磨損需遵循嚴(yán)格的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。
3 線束設(shè)計(jì)可靠性提高措施
由上可知線束設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷提高、不斷優(yōu)化的過(guò)程，同時(shí)應(yīng)考慮其全生命周期。結(jié)合PD- CA的控制方案提出如下圖8線束開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)閉環(huán)控制方案。在整車設(shè)計(jì)初期，就對(duì)線束的布置、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)進(jìn)行充分考慮和識(shí)別，同時(shí)結(jié)合線束零部件的DV/PV實(shí)驗(yàn)，不斷提高設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)，后在實(shí)車裝配階段及售后階段持續(xù)進(jìn)行關(guān)注，并同時(shí)把發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行歸類總結(jié)，輸入到下一個(gè)車型的前期開(kāi)發(fā)中，從而避免問(wèn)題的重復(fù)發(fā)生，提高虛擬設(shè)計(jì)和實(shí)車表現(xiàn)的一致性。
4 結(jié)論
線路在整車系統(tǒng)中屬于比較容易出現(xiàn)問(wèn)題的一類零件，只有在前期設(shè)計(jì)和項(xiàng)目階段做好充分 的管路評(píng)估才能的控制線路問(wèn)題。本文結(jié)合通用某車型線束本身制備和整車裝配工藝， 總結(jié)了線束各種失效方式及控制方式，同時(shí)提出線束 PDCA的控制方法，為線束在前期設(shè)計(jì)階段提供了很好的借鑒。