莱尼公司展示新型铝材料汽车线束系统

2013-04-27 18:56:54来源: 互联网

也许在未来的某一天,无需使用电线的汽车将成为可能,但就目前的科技水平来看,线束系统依然是汽车不可或缺的一部分,相关的工程师们一直致力于降低该系统的重量和复杂程度,同时提高其功能的稳定性和可靠性。在2013年美国汽车工程师学会(SAE)年会上由线束系统供应商德国莱尼公司展出的全新线束系统得到了业内人士的关注。

闭合管路应用在线束系统中,进行过热保护

现在配置在汽车上的线束系统的重量大多在15~30公斤之间,虽然说这已经是轻量化后的结果,但专业人士相信还有更大的减重空间可以被挖掘。汽车上数据总线的出现,使得只需一根普通电线或双绞线就可以把区位电子模块连接在一起,成功取代了原先厚重的线束系统,帮助广大汽车制造商们一定程度上减轻了整车质量,但这也无形中增大了电荷负载。还有一种降低线束系统重量的方法,是通过精密的软件来优化线路截面尺寸,莱尼公司也开发了一款此类软件,名为TOODEDIS,它是基于Scilab语言用于数值优化的Java软件,涵盖了多种电气和热力学模型,在不影响原有的线路布局的前提下,用于优化线束的相关参数。

虽然广大汽车制造厂商都会提供线束系统的电力载荷信息,但莱尼公司的工程师们更愿意通过实车试验来确定数据的准确性。由此得到的结果显示,传统的12伏供电系统在发动机刚刚启动时所产生的电压在9~16伏之间,另外不同电子模块电压的差异和极端状况下高出正常好几倍的电压值都会增大线束系统设计时的复杂性,以及影响所选用的保险丝的可靠性。

减小线束横截面尺寸和大量使用数据总线已经成功降低了线路所占体积,使得像仪表板下面这类狭小空间也能得到了更合理的利用,但是通过这种方法所能减轻的重量已经达到了极值,更深度的优化还要通过其他的手段。正是由于这个原因,汽车界开始考虑使用其他材料来取代铜制线束,因为铜导线如果要提高电力性能,就必须以增大横截面尺寸为代价。

这样的背景条件下,莱尼公司开始重新评估铝的价值,再考虑到铝能够有效地防止被腐蚀,越来越多的人推崇它作为新的线束材料。铝的优势还不仅如此,地球上铝的总储量是铜的12倍,而价格仅有铜的1/8,并且整体来说价格波动也较小。铝较轻也是一个非常重要的特性,保证同样导电性能所使用铝的质量仅为铜的一半。但因为密度较小,相同尺寸的铝的导电性比铜线束低了42%,换句话说为了获得与铜线束一样的导电性,铝需要在原有的尺寸上增大61%,即铝材质线束的直径要增大25%。除此之外,材料铝的易弯曲性和抗震性都不及铜。

铜和铝的价格对比,铝更便宜

再回头看看抗腐蚀的问题,特别是铝线束搭配使用材料铜的电子元件时,就需要一个密封非常好的搭接接头。外界环境和条件不同,所使用的密封方法也有差异,最简单有效的是在接头处使用热缩套管,这种密封方式采用了超声波焊接技术,焊接处有皱褶,保证接头移动时也始终处于密封状态。

铜和铝特性对比

另外的密封方法还有紫外线熔融聚合树脂连接,以及二次成型接头。铝线束不是仅仅处于实验阶段,而是已经由莱尼公司限量生产了,并应用在了阿斯顿马丁、捷豹和雷诺的部分车型中,丰田公司还把铝线束用在了驾驶室内线束系统中。

铝导线连接铜材质电子元件,使用热缩套管接头,以抗腐蚀

来自莱尼公司的消息称,铝线束的加工工艺要比铜线束复杂很多,较差的力学性能更使得压接力不足以保证与其它元件的连接,因此工程师们采用光学监控来实时采集铝线束的性能数据。之所以如此看重铝导线,是因为如果使用铝,原来15公斤重铜材料的线束系统将降低2.2公斤的重量。

线束芯材料始终是有关线束可靠性的核心问题,莱尼公司展示了处于最后测试阶段的全新线束系统的二维和三维设计图,其应用了一个过热保护垫。传统的线束系统像一棵大树,拥有大量易弯曲的分支,并使用导管和胶带来固定这些线束;而新型设计布线极其精密,更有利于电子元件发挥供能,降低它们由于过热或瞬时高压损坏的概率,另外保护罩的设计使得该线束系统还能够有效地防尘、防潮,以及防止燃油和化学制品的污染。这套全新的线束系统使用了聚氨酯作为线束的绝缘外皮,这种材料在-40~120摄氏度的区间内,热稳定性都相当不错。线束系统周围布满塑料泡沫,最大程度上防止线束的移动。

新型线束系统用于车辆多个系统中

如果要大规模自动化批量生产这种全新的线束,则要先投入大量的资本来制造生产所需的机械设备,但这样做是值得的,因为新设备将会节省大量生产制造成本,还会简化生产线的装配流程和提高精确性。随着紧凑设计的流行,发动机舱的体积越来越小,简单的安装方式也是让广大汽车厂商接受铝线束的优势所在;发动机舱温度往往很高,这又显现出新型线束的一个潜在优点:通过测量线束外表面的温度,可以对整个系统进行过热保护。

莱尼公司在铝线束得基础上开发了闭管线束系统和表面薄毡线束系统。闭管线束系统能够通过出三维结构图展现出来,但线束需要首先分布好,再把闭合管路与泡沫材料同时放置到线束周围,这样整个线束系统就做到了防污隔热:而表面薄毡线束系统不需放置在管路中,但只能通过二维布局图反映其特性。莱尼公司已经为这两套系统做好了万全的准备,等待着来自汽车制造厂商的订单。

关键字:新型  系统

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0427/article_7053.html
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