編者按
文章針對汽車線束輕量化-0.13mm2合金導(dǎo)線的應(yīng)用趨勢進行分析和研究。從應(yīng)用范圍、質(zhì)量占比、導(dǎo)電性能、機械強度和加工工藝等幾個方面分析0.13mm2合金導(dǎo)線在整車低壓線束中的應(yīng)用可行性，從而降低整車線束的質(zhì)量，實現(xiàn)輕量化的目的。
汽車線束約占整車質(zhì)量的5%，汽車線束由導(dǎo)線、包裹材料、接插件、卡釘、支架等零件組成，其中導(dǎo)線占比約為70%，導(dǎo)線的輕量化分析變得尤為重要。
整車線束從功能分類大致可以分為3類：供電導(dǎo)線、搭鐵導(dǎo)線和信號導(dǎo)線，本文重點分析0.13mm2合金導(dǎo)線替代傳統(tǒng)信號線的優(yōu)勢及相關(guān)風(fēng)險。對于信號導(dǎo)線，傳統(tǒng)車型上我們在綜合考慮導(dǎo)電性能、機械性能以及加工工藝上，會優(yōu)先選擇含銅量大于99.9%的純銅，導(dǎo)線線徑會優(yōu)先選擇0.35mm2或0.5mm2的導(dǎo)線，但是從線束輕量化的角度還有非常大的優(yōu)化空間。
0.13mm2導(dǎo)線對比0.35mm2以及0.5mm2導(dǎo)線，如果依然是純銅導(dǎo)線，導(dǎo)電性能上不會有太大的差異，但是因為銅絲較少機械性能相比會弱化很多，在加工工藝上，會存在非常大的風(fēng)險，在端子壓接、超聲波焊接等區(qū)域非常容易出現(xiàn)斷絲、 壓接不牢靠等問題，會極大提高產(chǎn)品的不合格率，所以對于 0.13mm2導(dǎo)線需要通過Sn、Mg、Ag等金屬來提升其機械性能。
在各大主機廠中，寶馬車型使用CuAg較多，在大眾集團、奔馳以及通用等OEM中有CuMg和CuSn兩種規(guī)格合金導(dǎo)線，福特部分車型中有使用CCS（銅包鋼） 合金。因為合金金屬的差異，CuSn的合金價格會比CuMg便宜 10% 左右，CuAg價格比CuSn的價格貴。
綜上所述，本文重點分析的是0.13mm2的CuSn和CuMg合金的輕量化應(yīng)用。
一、0.13mm2導(dǎo)線應(yīng)用范圍
整車線束的布置區(qū)域大致可以分為3個部分：底盤區(qū)域、發(fā)動機艙區(qū)域和內(nèi)艙區(qū)域。以傳統(tǒng)燃油車為例，發(fā)動機艙環(huán)境最為惡劣，底盤區(qū)域次之，內(nèi)艙相對環(huán)境最佳且多為靜態(tài)區(qū)域。對于0.13mm2導(dǎo)線的推廣和應(yīng)用，優(yōu)先建議在內(nèi)艙區(qū)域使用，生產(chǎn)工藝上也只需考慮端子選型和超聲波焊接要求，而在底盤和發(fā)動機艙區(qū)域，還需要額外考慮防水防塵以及運動區(qū)域的動態(tài)使用要求，建議在供應(yīng)商設(shè)備投入和整車試驗較完善的情況下，再逐步往底盤區(qū)域和發(fā)動機艙區(qū)域推廣使用。
在整車的震動區(qū)域應(yīng)用合金導(dǎo)線時，建議在樣車階段做振動試驗以驗證導(dǎo)線的機械強度，避免后續(xù)跑車或者高低溫環(huán)境下導(dǎo)線斷裂的情況。
二、0.13mm2合金導(dǎo)線質(zhì)量占比
在傳統(tǒng)車型中，信號線大多使用0.35mm2和0.5mm2的導(dǎo)線，其質(zhì)量分別是4.5kg /km、6.5kg/km，而0.13mm2的質(zhì)量僅有2.0kg/km（0.13mm2純銅導(dǎo)線和合金導(dǎo)線質(zhì)量近似），應(yīng)用0.13mm2對于信號線的質(zhì)量較少可以達到55%~69%。整車低壓線束的信號導(dǎo)線大致可以分為Lin、CAN、Ethernet、LVDS等，其中Lin和CAN導(dǎo)線的用量居多，Ethernet、LVDS等是半成品導(dǎo)線且價格比較高，在整車應(yīng)用中的比例相對較小。以某品牌新能源純電動SUV為例，整車Lin網(wǎng)絡(luò)使用的全部是0.35mm2導(dǎo)線，用量大約為80m，導(dǎo)線銅重約為0.36kg，CAN網(wǎng)絡(luò)使用的全部是0.35mm2導(dǎo)線，用量大致為120m，導(dǎo)線銅重大致為0.54kg，如果將上述所有導(dǎo)線都有優(yōu)化為0.13mm2導(dǎo)線，線束銅重將減少0.5kg。
高度復(fù)雜的電子電氣架構(gòu)導(dǎo)致今天整個汽車構(gòu)造復(fù)雜，成本也非常高。甚至汽車的不安全性都息息相關(guān)。在可預(yù)期的未來智能化普及之后，域控制器對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊髸⑾乱淮囃耆蕴W(wǎng)化，優(yōu)化執(zhí)行器、傳感器和控制器的線束連接，減少線束的長度和用量。其中以特斯拉為代表的新能源純電動車，通過集成控制器的做法，推廣使用Zone Control區(qū)域控制器的概念，減少了功能控制器和執(zhí)行器的數(shù)量，優(yōu)化控制器和執(zhí)行器的連接，整車導(dǎo)線用量會劇減，線束的成本大幅降低且整車的導(dǎo)線長度在新一代的Model Y車型上只有約2400m，以大眾B級車為例，整車的導(dǎo)線長度約為5000m，C級車線束長度高達6000m，導(dǎo)線的輕量化成果顯而易見。圖1是博世劃分的汽車電子電氣架構(gòu)的演進趨勢。
圖1 電子電器架構(gòu)的演進趨勢圖
在這張趨勢圖中能看出domain control（域控制器）的變化，通過設(shè)立多個主節(jié)點、各個主節(jié)點之間用以太網(wǎng)傳輸來解決大帶寬的需求，而分布的控制器只需要收集對應(yīng)執(zhí)行器、傳感器的信號然后在主節(jié)點之間傳輸，能大量減少兩兩之間的通信，甚至可以完全取代傳統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)，比傳統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)能節(jié)省很多導(dǎo)線，輕量化效果同樣效果卓著。
三、0.13mm2導(dǎo)線機械強度
相比0.35mm2的純銅導(dǎo)線，CuSn合金導(dǎo)線的抗拉強度是110N，拉伸強度約為620N/mm2，而CuMg合金導(dǎo)線的抗拉強度是118N，拉伸強度約為670N/mm2，0.35mm2的純銅導(dǎo)線抗拉強度僅為75N，拉伸強度約為670N/mm2，顯而易見，合金導(dǎo)線的機械強度要明顯優(yōu)于純銅導(dǎo)線。
在彎曲測試方面CuSn和CuMg合金導(dǎo)線的性能也是優(yōu)于0.35mm2的純銅導(dǎo)線，如圖2所示。
圖2 彎曲測試圖
在整車應(yīng)用中，因為存在很多震動區(qū)域，比如門鉸鏈區(qū)域、發(fā)動機艙震動區(qū)域等，在2013年曾發(fā)生一起某品牌小型SUV線束斷裂事故，事故描述為：駕駛座窗戶升降失靈，檢查后確認(rèn)左前門線束車門鉸鏈處電線塑膠皮老化開裂n根、一根斷裂（線束完全接上后故障消除）。震動區(qū)域無疑對線束的性能會造成影響，尤其如果在高溫環(huán)境下，甚至?xí)霈F(xiàn)斷裂；在極端低溫環(huán)境下，線束也會因為冰晶凍結(jié)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。
對于0.13mm2的合金導(dǎo)線在高溫環(huán)境以及震動區(qū)域的使用可靠性建議在樣車階段做震動實驗、跑車實驗來驗證導(dǎo)線是否安全。
四、0.13mm2合金導(dǎo)線加工工藝
0.13mm2合金導(dǎo)線的銅絲數(shù)量和0.35mm2的導(dǎo)線是一致的，但是因為線徑差異，0.13mm2合金導(dǎo)線的單根銅絲線徑會小很多，所以對于導(dǎo)線剝線和端子壓接有非常高的要求，在人工剝線或者設(shè)備開線時，極易出現(xiàn)剝斷銅絲的現(xiàn)象，這樣會導(dǎo)致端子壓接不合格，如果僥幸流入市場，會造成對應(yīng)功能不穩(wěn)定或者故障等問題。所以對于0.13mm2合金導(dǎo)線絕對不允許單根銅絲斷裂問題，線束供應(yīng)商在生產(chǎn)階段一定要有檢測手段。目前Komax提供的自動開線和自動壓接設(shè)備中有電容刀頭可以對斷線進行檢測，在設(shè)備操作過程中檢測到的斷線截面，會自動截斷一定長度的導(dǎo)線，再繼續(xù)進行剝線和壓接，這樣既保證了導(dǎo)線的品質(zhì)，設(shè)備也依然可以正常運行。
五、0.13mm2導(dǎo)線導(dǎo)電性能
以裸銅線的導(dǎo)電率作為基準(zhǔn)的話，裸銅線的含銅量大約是99.9%，導(dǎo)電率為100%，在常溫20℃環(huán)境下，導(dǎo)電性≥58.58mΩ/mm2；而在銅鎂合金導(dǎo)線中，Mg的含量約在0.14%~0.26%，CuMg合金導(dǎo)線的導(dǎo)電性≥44mΩ/mm2，導(dǎo)電率約為75%。在銅錫合金導(dǎo)線中，Sn的含量約在0.25%~0.35%，CuSN合金導(dǎo)線的導(dǎo)電性≥42mΩ/mm2，導(dǎo)電率約為72%。以0.35mm2的裸銅線為例，其導(dǎo)線電阻值約為54.4Ω/km，CuSn和CuMg合金的電阻值約為170Ω/km，在汽車線束中，因為單根信號導(dǎo)線的回路長度一般不會超過5m，最長大約是從由行李廂經(jīng)過儀表到BCM或者網(wǎng)關(guān)，所以即便是0.13mm2的合金導(dǎo)線，其導(dǎo)線電阻也是非常的小，不會對信號產(chǎn)生影響。
通常導(dǎo)線的電阻隨溫度升高而增加，在整車環(huán)境中，尤其對于傳統(tǒng)燃油車型來說，發(fā)動機艙因為有發(fā)動機環(huán)境非常惡劣，環(huán)境溫度也非常高，對于導(dǎo)線性能有一定影響。對于0.13mm2合金導(dǎo)線的推廣使用，建議從內(nèi)艙開始。
本文從0.13mm2合金導(dǎo)線的應(yīng)用范圍、質(zhì)量占比、導(dǎo)電性能、機械強度和加工工藝進行分析，詳細(xì)介紹了CuSn以及CuMg合金導(dǎo)線的優(yōu)勢，替代0.35mm2和0.5mm2的純銅導(dǎo)線的可行性。
導(dǎo)線作為線束中占比最大的一部分，推廣0.13mm2合金導(dǎo)線甚至更低的小平方導(dǎo)線是重要途徑之一。
在新能源車型中，輕量化即意味著行駛里程的增加，平均每5kg的質(zhì)量節(jié)約意味著1km行駛里程的增加，應(yīng)用0.13mm2的合金導(dǎo)線對于整車輕量化具有重大意義。
參考文獻：
[1]劉英莉,張旭,程斌.汽車線束輕量化的發(fā)展趨勢研究[J]. 2016(1):1-3.
[2]馬雷剛.淺談汽車線束輕量化設(shè)計[J] 2017(7):55-57.
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