汽车线束失效方式探讨及可靠性研究
时间：2021-08-04 阅读：1167
IPX9K高温高压试验箱用于外壳防护等级IEC（IP补充码加强型试验）之电产品检验，依DIN40050之标准中相关的规格承制。要为提供汽机车零配件，电机电子产业，仿真自然环境或人为因素所设计之防水测试试验机。
满足标准：
ISO16750-1-2006道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验(壹般规定) ；
ISO20653道路车辆-防护等级(IP代码)-电气设备对外来物,水和接触的防护；
GMW 3172（2007）车辆环境、可靠性和性能壹般要求；
VW80106-2008 汽车上电气和电子部件壹般试验条件；
QC/T 417.1（2001）车用电线束插接器第1部分
IEC60529电器外壳保护分类等级（IP）码；
DIN40050-9 外壳防护等级IP代码；
GB4208外壳防护等级
IPX9K高温高压试验箱技术规格
型 号 | 东莞赛思SE-IPX9K | |
内箱尺寸 | 80×80×80(cm) | 100×100×100(cm) |
喷嘴角度 | 0°，30°，60°，90°距离为100～150mm（可调节） | |
喷水时间 | 每个位置/30秒（可调节） | |
流 量 | 14～16 L / min | |
水 压 | 8-10Mpa | |
水 温 | 常温～ 80°/± 5°C | |
试验台尺寸 | Φ400mm（高度可调节） | |
试验台转速 | 5～17r/min （可调节） | |
试验台承重 | ≤20kg | |
控制器 | 意大利ASK触摸屏+ PLC控制器（控制软件赛思自行开发） | |
观察窗 | 钢化玻璃 | |
内箱材质 | SUS304不锈钢 | |
外箱材质 | 双面镀锌钢板，表面喷塑处理 | |
脚轮 | 可固定式PU 活动轮4 个 | |
喷淋机组 | 增压水泵+进口高压泵+可加热水箱+4 个喷嘴 | |
水箱 | 用于高压冲水100L 可加热至90°C | |
电磁阀 | 耐温高温高压进口电磁阀 | |
电子流量计 | 可实时显示喷水流量（控制器直接显示），免清洗耐高温高压 | |
喷嘴材料 | 304 不锈钢，螺纹与支架连接，且支架可伸缩调节（赛思设计） | |
旋转电机 | 日本进口马达，数显转速（含减速机） | |
压力表 | 德国进口耐高温高压压力表 | |
试验用水 | 循环用水，节约用水 | |
玻璃刮水系统 | 汽车雨刮式刮水，标配为手动刮水 | |
电源 | AC380V 50Hz 三相四线+接地线/总功率10kw | |
汽车线束系统是相对薄弱和易损坏的零件，在整车开发及使用过程中频发由于线路问题导致的整车功能失效问题。本文主要通过对车辆制造环节线束系统引起的失效问题进行系统的归纳总结，提出基于PDCA 方案的改进措施，有效地控制了线束在车辆开发及制造环节中的失效模式。
随着汽车上电路数量与用电量的显著增加，如何在有限的汽车空间中更有效合理地布置大量整车线束已成为汽车制造业面临的问题。文章对汽车生产中的线束失效问题进行归纳、总结和整理，并提出改善方案，为汽车线束的设计及布置起到一定的指导作用。
1 汽车线束布置及失效方式
1.1 汽车线束布置方式
随着车辆安全、智能及舒适性的发展，传感器、摄像头及ECU 占据了一定的空间，从而造成线束的布置空间越发狭小，同时功能的增加意味着导线数量及体积不断增大。整车可装拆性和运输便利性等也对线束提出了更高的要求。
示出某车型线束分布图的零件，不论是在制造、装配中，还是后续的使用中，极易破损或失效。文章从线束的制造、运输及整车的装配和后续使，为便于运输和装配，其将整车线束切割成10 个部分。
1.2 汽车线束失效方式
线束是整车中较为薄弱用等各个环节对线束的失效方式进行整理，并对典型问题进行剖析。
1.2.1 线束制造失效
汽车线束主要由导线、端子、接插件、包裹物、卡钉和线槽支架等构成，不规则零部件的构成注定了线束制造是一种自动化程度较低、劳动密集型产业。
众多的人工操作影响了线束的标准化，因此线束制造过程中的失效是一种随机、不可控的失效方式。表示出汽车线束在制造过程中最常见的失效方式。需在制造的各个环节保证线束的制造质量：对机械设备设定合理的规格参数，建立标准化人工操作及比对面板，最后对线束进行抽查检测，从而保证线束的制造质量。
1.2.2 线束装配失效
线束在实车上的布置依据整车装配工艺会被打散成多个部分，从而提高了可装配性和可维修性，但同时线束接口及定位件的增多意味着失效的概率增加。文章结合整车在装配环节出现的失效案例进行分类汇总，以提高线束的装配可靠性。
图2 示出汽车总装车间主要工段分布。可以看出，线束的装配从总装内饰工位几乎持续到终装工位，跨度非常大，同时接触区域较多。结合其失效方式及表现形式，大致分为固定性失效（40%）、功能性失效（20%）、外观性失效（20%）及其他失效方式（20%）。
1）固定性失效为线束本身的定位件在固定孔位或扎带处脱落，此类失效不影响功能和整车使用。
2）功能性失效是一种比较严重的失效方式，会引起整车某个功能的缺失，严重的将影响到汽车行驶及驾驶者的安全。
3） 外观性失效是一种影响客户感知的失效形式。
线束多布置在客户不易感知的区域，但由于线束供应商工艺或空间等因素，附着在其上的零件装配会受影响，从而带来匹配或美观问题。此类问题在前期设计时要考虑线束或接插件运动包络区域是否与周围零部件有干涉风险，从而选择合适的位置布置固定点，保证在满足功能的情况下提高美观性。
表2 示出汽车线束装配过程中失效方式及控制方式汇总。
1.2.3 线束耐久性失效
耐久性失效是一种随着汽车使用，在中间环节形成的失效方式，是伴随汽车生命周期随机产生的，具有不可预测性，一旦失效会引起客户对品牌的极大抱怨。此类失效多在运动件包络区域内发生，在线束达到一定的磨损程度后产生，因此在初期不易察觉。
2 线束设计可靠性提高措施
线束设计是一个不断提高和优化的过程，同时应考虑其全生命周期。文章结合PDCA 的控制方案提出线束开发设计闭环控制方案。
在整车设计初期，就对线束的布置、运动包络进行充分考虑和识别，同时结合线束零部件的DV/PV 试验，不断增强设计薄弱环节；最后在实车装配阶段及售后阶段进行持续关注，并同时把发生的问题进行归类总结，输入到下一个车型的前期开发中，从而避免问题的重复发生，提高虚拟设计和实车表现的一致性。
3 结论
线路在整车系统中属于比较容易出现问题的一类零件，只有在前期设计和项目阶段做好充分的管路评估，才能高效地控制线路问题。文章结合某车型线束本身制备和整车装配工艺，总结了线束各种失效方式及控制方式，同时提出线束PDCA 的控制方法，结合后期失效模式，在线束布置初期进行集成模拟及动态包络的虚拟分析，提高了线束开发的质量，为线束在前期设计阶段提供了很好的借鉴。