蔡沛志

上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司

汽車線束輕量化的發(fā)展趨勢研究

蔡沛志

上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司

當(dāng)前環(huán)境污染是關(guān)系民生的重大問題，對此國家在汽車行業(yè)提出了節(jié)能減排的措施及油耗要求。節(jié)能減排是汽車行業(yè)的重要工作，而輕量化是各汽車生產(chǎn)廠家的重要課題，輕量化措施主要包括輕量化的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計，線束輕量化是從線束的總量組成上分析，導(dǎo)線的重量占最大的比例，其次是接插件、線束保護等?；诖?，文章就汽車線束輕量化的發(fā)展趨勢進行簡要的分析，希望可以提供一個有效的借鑒。

汽車線束；輕量化；發(fā)展趨勢

1.輕量化的定義

汽車技術(shù)的輕量化，其實就是指在確保汽車安全性能、強度的基礎(chǔ)上，使汽車的整備質(zhì)量最大化的降低，進一步增加汽車的動力性，通過燃料消耗減少來促進排氣污染的降低。一般在汽車整車重量降低10%的情況下汽車燃油效率能夠增加7%，在汽車整備質(zhì)量每減少100kg的基礎(chǔ)上，油耗也可以減少0.7%。另一方面，車輛每減少100kg，二氧化碳的排放量也可以減少5g/km。鑒于此，可以看出汽車的輕量化可以在節(jié)約能源的同時，也可以降低廢氣的排放量。與此同時，汽車輕量化之后，其整體加速性也會相應(yīng)得到提升，其操控的靈活性也會隨之增加，在噪聲、振動、穩(wěn)定性方面得到相應(yīng)的改善。

2.線束的重量組成結(jié)構(gòu)

2.1 導(dǎo)線

傳統(tǒng)汽車的導(dǎo)線都是銅合金導(dǎo)線，線徑的使用由0.35～25mm，每輛汽車的導(dǎo)線使用如果首尾相連約2KM。以一輛B級轎車的重量來估算，導(dǎo)線的重量約25～30KG，汽車每行駛100KM，車輛將消耗近0.1kg的汽油。

導(dǎo)線做為線束重要的組成者，研究如果選用更輕，更可靠的替代產(chǎn)品成為線束輕量化領(lǐng)域的熱門話題。近幾年來，鋁導(dǎo)線、特細導(dǎo)線、合金導(dǎo)線以及混合芯體導(dǎo)線層出不窮，越來越被線束廠家和主機廠所重視。

2.2 電源線的輕量化方案

電源線因其承載電流大，線徑粗，端子和導(dǎo)線的拉拔力強，所以利用鋁導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線的方案被越來越被線束生產(chǎn)廠家所接受。因為鋁導(dǎo)線其導(dǎo)線特性和銅比較相近，重量比銅更輕。

2.3 信號線的輕量化方案

雖然銅和鋁的導(dǎo)線性能上比較相近，但是其拉伸強度鋁的性能遠不如銅。小線徑的輕量化方案，生產(chǎn)廠家采取的方案百花齊放。

(1) 0.75mm鋁導(dǎo)線的應(yīng)用

有部分廠家沒有放棄鋁導(dǎo)線的使用，繼續(xù)研究其合金的拉伸強度是否可以彌補其純鋁導(dǎo)線的不足。例如以某導(dǎo)線生產(chǎn)廠家的鋁導(dǎo)線開發(fā)為例。為滿足0.75mm的鋁導(dǎo)線可代替0.5mm的銅導(dǎo)線為目標，設(shè)定鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率目標滿足58%IACS，拉伸強度目標滿足110MPa。雖然純鋁的導(dǎo)電率能達到62%IACS，但是其拉伸強度只有70MPa。那么就需要在鋁導(dǎo)線內(nèi)增加第二種金屬，最優(yōu)的是Fe，但是分析Fe的比例后發(fā)現(xiàn)滿足導(dǎo)電率的要求后加工性能下降。所以繼續(xù)增加第三種元素，第三種元素既要滿足加工性能對Fe缺陷的補償即MS要小，又要拉伸強度的固溶量要高，所以Mg恰恰合適。

(2)銅合金的特細導(dǎo)線

信號線的導(dǎo)線利用率一直很低，0.5mm/0.35mm的銅導(dǎo)線可以承受10A左右的電流(環(huán)境溫度24℃)，但是信號線內(nèi)真正流通的電流往往只有幾毫安，這樣資源的浪費成為很多線束生產(chǎn)廠家關(guān)注的焦點。0.13mm2、0.08mm2、0.05mm2導(dǎo)線已經(jīng)問世，在多家企業(yè)應(yīng)用。

如何降低線徑，使低線徑的導(dǎo)線既能滿足信號傳輸?shù)囊?，也能滿足壓接的拉伸強度，端子插入的柱力等是特細銅導(dǎo)線普遍使用和更廣泛推廣的關(guān)鍵問題。為了滿足機械性能的要求，在銅導(dǎo)線中增加合金同樣是決此問題的方法。CuSn、CuAg、CuMg和銅包鋼是這幾年來各線束生產(chǎn)廠家青睞的產(chǎn)品。

(3)混合材質(zhì)的特細導(dǎo)線

在成本節(jié)約和能源控制方面日系企業(yè)一直都是實至名歸的第一位。最早在SUMITOMO研發(fā)的一款0.13mm2導(dǎo)線為最細的導(dǎo)線，其采取的是用混合材質(zhì)的方式，采用中心為一種銅材質(zhì)，外圍為另外一種材質(zhì)，并且中心和外圍的銅絲線徑也不相同。雖然這種導(dǎo)線也滿足的傳輸?shù)碾娦阅芤?，但是缺點也很明顯：制作工藝繁瑣，生產(chǎn)成本高，不能超聲波焊接，端子的壓接屬于非常規(guī)性壓接，需要特殊設(shè)備。

3.汽車輕量化實現(xiàn)的主要途徑及趨勢

3.1 新型材料的使用

一般情況下，汽車底盤、車身、發(fā)動機這三個方面的重量，可以占到一輛汽車總重量65%左右。再加之汽車車身內(nèi)外覆蓋件的重量是排至重量的首位。這就需要把汽車自身重量對降低發(fā)動機的功耗的影響程度進行降低的同時，也相應(yīng)的使汽車總重量的雙重效應(yīng)有效的降低。鑒于此，首要工作就是需要在制造材料上尋找突破口。實際的操作步驟就是:第一步采用強度高、密度小的輕質(zhì)型材料,包括了陶瓷材料、塑料聚合物材料、鋁鎂合金等;第二步采用工藝性能好、同彈性模量、截面厚度較薄、同密度的高強度鋼；第三步采用具有新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)的用材,包括了激光焊接板材、金屬基復(fù)合材料板連續(xù)擠壓變截面型材在內(nèi)的用材。

3.2 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著汽車輕量化技術(shù)不斷的發(fā)展,輕量化對策主要集中在輕量化的結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計過程中。輕質(zhì)材料(復(fù)合材料、鎂、塑料、鋁、高強度鋼)在汽車上的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)設(shè)計與相應(yīng)的制造、裝配、連接、防腐等工藝的研究活動的實際應(yīng)用有機的融合在一起。眾所周知，在現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展過程中，CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)的應(yīng)用與汽車設(shè)計、制造等各個環(huán)節(jié)息息相關(guān)，在實際的汽車發(fā)展過程中起著重要的作用。

3.3 其他輕量化材料

繼金屬和塑料之后又興起了第三大類材料那就是精細陶瓷。雖然僅有20年左右的發(fā)展史，但是它具有良好的化學(xué)性能(耐氧化、耐熱沖擊等)和力學(xué)性能(耐腐蝕、硬度高、耐磨損等)。把精細陶瓷材料應(yīng)用到汽車零件中，不僅輕量化了汽車，而且因為它具有耐磨損、耐熱、耐腐蝕，在汽車熱交換器和汽車發(fā)動機燃燒室等應(yīng)用時，它大大降低了油耗，同時也大大提高了使用功率，也間接的起到了輕量化設(shè)計的效果。

結(jié)束語

伴隨輕量化技術(shù)的發(fā)展逐漸趨于成熟，其生產(chǎn)成型技術(shù)、配件的連接也不斷提高。因此，需要進一步加強技術(shù)的研究，從而更好的促進汽車行業(yè)的發(fā)展。

[1]從汽車環(huán)保和輕量化展望復(fù)合材料發(fā)展趨勢[J].聚氨酯，2010，07: 50-51.