汽车线束轻量化

汽车线束是汽车电路的网络主体，是由铜材冲制而成的接触件端子（连接器）与电线电缆压接后，塑压绝缘体或外加金属壳体等，以线束捆扎形成连接电路的组件，主要由导线、端子、接插件及护套等组成。汽车线束产品属于定制型产品，不同整车厂商及其不同车型均有着不同的设计方案和质量标准。线束与汽车同步诞生的。汽车的初始状态，结构简单，机械控制占主导地位，在很长的一段时期内，人们更着重汽车机械性能方面的研究，汽车电线束仅作为整车的一个部件，始终没有得到过重视，对其技术质量的评价也只是电路的导通与否，汽车电线束的加工工艺为手工的铰接、焊接、栓接等落后工艺，其连接器等零件的可靠性、互换性和缺陷的可维修性就更差了。

80年代初，随着机械制造业的发展，拉动了压接工艺的进步和成熟，尤其是全自动压接机的问世，使汽车电线束的制造技术产生了质和量的飞跃，汽车电线束的单线抗拉强度大大提高，机械性能趋于稳定，压接点的电压降可得到有效控制，信号在传输过程中的损耗降低，整车的可靠性成倍提高，同时汽车线束的功能由单一的供电回路扩大到信号传递。

进入90年代后，除原有的仪表系统、发动机系统、照明系统等日益完善外，相继出现了安全气囊系统、刹车防抱死系统、中控锁电动门窗系统、防盗系统、电动座椅系统以及汽车音响系统和汽车导航系统等等，大大提高了汽车的智能和可靠性。汽车线束产品属于汽车零部件，处于整个汽车产业链的中游，其上游产业为铜材、橡胶、塑料、电线线材等，下游则主要为汽车整车制造商及部分零部件配套供应商。

汽车线束行业产业链示意图

资料来源：华经产业研究院整理

轻量化是未来汽车线束发展主基调

汽车制造业见证了机器人自动化的最高部署。焊接，组装，机器维护，材料去除，零件转移等是最适合机器人自动化的组装操作。但是，对于需要判断和决策的任务，机器人的性能仍有改进的空间。线束是汽车的神经系统，由多种尺寸和形状的电线和连接器组件组成。线束在主控制单元，电池和汽车的各个部件之间传递各种控制和电源信号。将此类电缆与连接器组装在一起需要很高的技术水平，并且最耗时。它涉及将电缆与适当的连接器配对，并将复杂的布线结构固定在汽车内部。传统上，机器人很难在车身上安装线束。因此，为了简化与线束相关的复杂问题，正在采用多种方法来简化线束体系结构并提高机器人的功能，简化线束制造的目标需要坚持不懈地推动自动化，线束自动化；轻量化是其发展的神经系统。

1)特斯拉的专利申请（US）要求在车辆制造过程中易于组装线束。该专利还公开了减少导线的总长度。

2)YazakiCorporation（其核心产品是汽车线束组件）正在致力于将控制信号从车辆的电子控制单元（ECU）无线传输到扩展系统中的电子设备。该公司最近获得了一项专利（USB2），其中要求保护一种车辆线束结构，该结构旨在将多个主要设备与通信线和信号线互连。每个系统都包括一个主设备ECU和一个有线连接到主电源线的辅助设备，其中两个设备进行无线通信，从而减少了通信信号的额外接线。在附图中，扩展系统中的每个电子设备包括无线通信接口。ECU确保与扩展系统中每个电子设备的无线通信通道，实现双向数据通信以达到控制目的。

3)在美国专利申请No.A1（受让人：YazakiCorp.），可以在连接电源和电气部件的同时简化电路主体的结构。通过将干线束穿过管状外部构件的中空部分（例如，类似用于止水的索环）插入，可以减少构成干线束的电线的数量。与电路主体中的典型布线相比，这要容易得多

4)以色列的中小企业雅马电子公司（YamarElectronics）专门研究在嘈杂的直流电源线上进行通信的技术。其目标是减少导线，从而降低成本和重量。Yamar引入了使用DC-BUS技术的“汽车电力线通信”，并使用现有的CAN和LIN协议在电力线上合并数据，从而消除了额外的束缚。提出的解决方案可以将总线束的长度从2km减少到20米。Yamar的专利申请USA1要求一种收发器以及通过噪声通道（AC/DC线）进行异步数据传输的方法。该解决方案可用于车辆和商用卡车，以减少额外的布线要求。

汽车线束作为整车重要零部件，占整车总重量的2%，且随着汽车电子设备的增加而继续扩大，线束轻量化对单车能耗的降低越来越重要。汽车线束中铜导线重量占比达到75%，是主要的轻量化方向。

汽车线束轻量化主要包括材料轻量化、结构轻量化和布局优化。1）材料优化，铝导线导电特性与铜接近，重量更轻，越来越多地被应用到电源线和信号线中；2）结构优化，信号线使用特细的铜导线，在保障电流导通的同时还可降低50%的线束重量；3）布局优化，汽车零部件顶级供应商博世和一流整车厂宝马提出了域控制架构和电源分配架构的展望，新能源车领先车厂特斯拉在Model3上实现了域控制架构和电源分配架构的量产配套。

随着车辆技术继续推进，尤其是在自动和辅助驾驶领域，线束的复杂性只会继续升级。先进的驾驶员辅助系统（ADAS）以及最终的自动驾驶汽车极大地增加了车辆上将配备的传感器和执行器的数量。即使制造商合并了ECU以创建更集中的车辆体系结构，传感器和执行器的显著增加也将导致线束的尺寸和复杂度不断增长。汽车工业向电动和电子汽车特征及部件的这些趋势有望推动线束制造行业的增长。根据FutureMarketInsights的一份报告，全球汽车线束市场预计到年将达到.3亿美元的价值，由于市场导向的趋势，大家都想分一杯羹，各线束大厂都在研究用其它材质替代现有的铜材质，达到整车轻量化的目标；轻量化要求，在航空航天上也是一个越来越大的挑战。早期几大线束配套厂商TE,Sumitomo,Furukawa,Yazaki等公司都对使用铝或者铝合金替代铜作为导电和信号传输的材质，也提出了一些可行性比较高，操作性比较强的方案。（这些技术性的文章，有的公开的，有的是保密性的，如果有心，都可以获得。）因为使用铝会比铜减重20%-40%，而且在成本上有优势，同时在可能受水影响的区域使用这种耐腐蚀的材质，不需要做单独的耐腐蚀处理。当然还有其他替代选项，最终目标都是取代笨重的铜电缆，但是，各种相关方案目前都是应用上没有得到普及。“多年来，人们曾多次预测铜的内在衰落，但先进芯片技术与信号完整性设计方面的改进结合在一起，使工程师们能够找到扩展铜实际带宽的方法。”包括英国Trackwise开发的柔性线路板的线束技术（IHT），该技术有助于制造任何长度的柔性印刷电路。其公司制造了世界上第一个，最长的26米FPC，无需额外的线束即可支持电力和通信信号的控制和传输由于其轻量级优势，该技术已在航天器中使用，并且可以在汽车中采用以实现同等优势，但是业界认为未来的线束将被设计为系统优化和可制造性，希望能更简单和更小更轻，汽车线束市场轻量化仍然是未来发展的主基调，但是任重道远，冰冻三尺非一日之寒，暂时还没办法快速达到我们的期望！