萊尼公司展示新型鋁材料汽車線束系統(tǒng)

也許在未來的某一天，無需使用電線的汽車將成為可能，但就目前的科技水平來看，線束系統(tǒng)依然是汽車不可或缺的一部分，相關(guān)的工程師們一直致力于降低該系統(tǒng)的重量和復(fù)雜程度，同時(shí)提高其功能的穩(wěn)定性和可靠性。在2013年美國汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）年會(huì)上由線束系統(tǒng)供應(yīng)商德國萊尼公司展出的全新線束系統(tǒng)得到了業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。

閉合管路應(yīng)用在線束系統(tǒng)中,進(jìn)行過熱保護(hù)

現(xiàn)在配置在汽車上的線束系統(tǒng)的重量大多在15~30公斤之間，雖然說這已經(jīng)是輕量化后的結(jié)果，但專業(yè)人士相信還有更大的減重空間可以被挖掘。汽車上數(shù)據(jù)總線的出現(xiàn)，使得只需一根普通電線或雙絞線就可以把區(qū)位電子模塊連接在一起，成功取代了原先厚重的線束系統(tǒng)，幫助廣大汽車制造商們一定程度上減輕了整車質(zhì)量，但這也無形中增大了電荷負(fù)載。還有一種降低線束系統(tǒng)重量的方法，是通過精密的軟件來優(yōu)化線路截面尺寸，萊尼公司也開發(fā)了一款此類軟件，名為TOODEDIS，它是基于Scilab語言用于數(shù)值優(yōu)化的Java軟件，涵蓋了多種電氣和熱力學(xué)模型，在不影響原有的線路布局的前提下，用于優(yōu)化線束的相關(guān)參數(shù)。

雖然廣大汽車制造廠商都會(huì)提供線束系統(tǒng)的電力載荷信息，但萊尼公司的工程師們更愿意通過實(shí)車試驗(yàn)來確定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由此得到的結(jié)果顯示，傳統(tǒng)的12伏供電系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)剛剛啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電壓在9~16伏之間，另外不同電子模塊電壓的差異和極端狀況下高出正常好幾倍的電壓值都會(huì)增大線束系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的復(fù)雜性，以及影響所選用的保險(xiǎn)絲的可靠性。

減小線束橫截面尺寸和大量使用數(shù)據(jù)總線已經(jīng)成功降低了線路所占體積，使得像儀表板下面這類狹小空間也能得到了更合理的利用，但是通過這種方法所能減輕的重量已經(jīng)達(dá)到了極值，更深度的優(yōu)化還要通過其他的手段。正是由于這個(gè)原因，汽車界開始考慮使用其他材料來取代銅制線束，因?yàn)殂~導(dǎo)線如果要提高電力性能，就必須以增大橫截面尺寸為代價(jià)。

這樣的背景條件下，萊尼公司開始重新評(píng)估鋁的價(jià)值，再考慮到鋁能夠有效地防止被腐蝕，越來越多的人推崇它作為新的線束材料。鋁的優(yōu)勢(shì)還不僅如此，地球上鋁的總儲(chǔ)量是銅的12倍，而價(jià)格僅有銅的1/8，并且整體來說價(jià)格波動(dòng)也較小。鋁較輕也是一個(gè)非常重要的特性，保證同樣導(dǎo)電性能所使用鋁的質(zhì)量僅為銅的一半。但因?yàn)槊芏容^小，相同尺寸的鋁的導(dǎo)電性比銅線束低了42%，換句話說為了獲得與銅線束一樣的導(dǎo)電性，鋁需要在原有的尺寸上增大61%，即鋁材質(zhì)線束的直徑要增大25%。除此之外，材料鋁的易彎曲性和抗震性都不及銅。

銅和鋁的價(jià)格對(duì)比，鋁更便宜

再回頭看看抗腐蝕的問題，特別是鋁線束搭配使用材料銅的電子元件時(shí)，就需要一個(gè)密封非常好的搭接接頭。外界環(huán)境和條件不同，所使用的密封方法也有差異，最簡(jiǎn)單有效的是在接頭處使用熱縮套管，這種密封方式采用了超聲波焊接技術(shù)，焊接處有皺褶，保證接頭移動(dòng)時(shí)也始終處于密封狀態(tài)。

銅和鋁特性對(duì)比

另外的密封方法還有紫外線熔融聚合樹脂連接，以及二次成型接頭。鋁線束不是僅僅處于實(shí)驗(yàn)階段，而是已經(jīng)由萊尼公司限量生產(chǎn)了，并應(yīng)用在了阿斯頓馬丁、捷豹和雷諾的部分車型中，豐田公司還把鋁線束用在了駕駛室內(nèi)線束系統(tǒng)中。

鋁導(dǎo)線連接銅材質(zhì)電子元件，使用熱縮套管接頭，以抗腐蝕

來自萊尼公司的消息稱，鋁線束的加工工藝要比銅線束復(fù)雜很多，較差的力學(xué)性能更使得壓接力不足以保證與其它元件的連接，因此工程師們采用光學(xué)監(jiān)控來實(shí)時(shí)采集鋁線束的性能數(shù)據(jù)。之所以如此看重鋁導(dǎo)線，是因?yàn)槿绻褂娩X，原來15公斤重銅材料的線束系統(tǒng)將降低2.2公斤的重量。

線束芯材料始終是有關(guān)線束可靠性的核心問題，萊尼公司展示了處于最后測(cè)試階段的全新線束系統(tǒng)的二維和三維設(shè)計(jì)圖，其應(yīng)用了一個(gè)過熱保護(hù)墊。傳統(tǒng)的線束系統(tǒng)像一棵大樹，擁有大量易彎曲的分支，并使用導(dǎo)管和膠帶來固定這些線束；而新型設(shè)計(jì)布線極其精密，更有利于電子元件發(fā)揮供能，降低它們由于過熱或瞬時(shí)高壓損壞的概率，另外保護(hù)罩的設(shè)計(jì)使得該線束系統(tǒng)還能夠有效地防塵、防潮，以及防止燃油和化學(xué)制品的污染。這套全新的線束系統(tǒng)使用了聚氨酯作為線束的絕緣外皮，這種材料在-40~120攝氏度的區(qū)間內(nèi)，熱穩(wěn)定性都相當(dāng)不錯(cuò)。線束系統(tǒng)周圍布滿塑料泡沫，最大程度上防止線束的移動(dòng)。

新型線束系統(tǒng)用于車輛多個(gè)系統(tǒng)中

如果要大規(guī)模自動(dòng)化批量生產(chǎn)這種全新的線束，則要先投入大量的資本來制造生產(chǎn)所需的機(jī)械設(shè)備，但這樣做是值得的，因?yàn)樾略O(shè)備將會(huì)節(jié)省大量生產(chǎn)制造成本，還會(huì)簡(jiǎn)化生產(chǎn)線的裝配流程和提高精確性。隨著緊湊設(shè)計(jì)的流行，發(fā)動(dòng)機(jī)艙的體積越來越小，簡(jiǎn)單的安裝方式也是讓廣大汽車廠商接受鋁線束的優(yōu)勢(shì)所在；發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度往往很高，這又顯現(xiàn)出新型線束的一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)：通過測(cè)量線束外表面的溫度，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行過熱保護(hù)。

萊尼公司在鋁線束得基礎(chǔ)上開發(fā)了閉管線束系統(tǒng)和表面薄氈線束系統(tǒng)。閉管線束系統(tǒng)能夠通過出三維結(jié)構(gòu)圖展現(xiàn)出來，但線束需要首先分布好，再把閉合管路與泡沫材料同時(shí)放置到線束周圍，這樣整個(gè)線束系統(tǒng)就做到了防污隔熱：而表面薄氈線束系統(tǒng)不需放置在管路中，但只能通過二維布局圖反映其特性。萊尼公司已經(jīng)為這兩套系統(tǒng)做好了萬全的準(zhǔn)備，等待著來自汽車制造廠商的訂單。