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汽車線束失效方式探討及可靠性研究
點擊次數：1636 發布時間：2021-8-4
IPX9K高溫高壓試驗箱用于外殼防護等級IEC（IP補充碼加強型試驗）之電產品檢驗，依DIN40050之標準中相關的規格承制。要為提供汽機車零配件，電機電子產業，仿真自然環境或人為因素所設計之防水測試試驗機。
滿足標準：
ISO16750-1-2006道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗(壹般規定) ；
ISO20653道路車輛-防護等級(IP代碼)-電氣設備對外來物,水和接觸的防護；
GMW 3172（2007）車輛環境、可靠性和性能壹般要求；
VW80106-2008 汽車上電氣和電子部件壹般試驗條件；
QC/T 417.1（2001）車用電線束插接器第1部分
IEC60529電器外殼保護分類等級（IP）碼；
DIN40050-9 外殼防護等級IP代碼；
GB4208外殼防護等級
IPX9K高溫高壓試驗箱技術規格
型 號 | 東莞賽思SE-IPX9K | |
內箱尺寸 | 80×80×80(cm) | 100×100×100(cm) |
噴嘴角度 | 0°，30°，60°，90°距離為100～150mm（可調節） | |
噴水時間 | 每個位置/30秒（可調節） | |
流 量 | 14～16 L / min | |
水 壓 | 8-10Mpa | |
水 溫 | 常溫～ 80°/± 5°C | |
試驗臺尺寸 | Φ400mm（高度可調節） | |
試驗臺轉速 | 5～17r/min （可調節） | |
試驗臺承重 | ≤20kg | |
控制器 | 意大利ASK觸摸屏+ PLC控制器（控制軟件賽思自行開發） | |
觀察窗 | 鋼化玻璃 | |
內箱材質 | SUS304不銹鋼 | |
外箱材質 | 雙面鍍鋅鋼板，表面噴塑處理 | |
腳輪 | 可固定式PU 活動輪4 個 | |
噴淋機組 | 增壓水泵+進口高壓泵+可加熱水箱+4 個噴嘴 | |
水箱 | 用于高壓沖水100L 可加熱至90°C | |
電磁閥 | 耐溫高溫高壓進口電磁閥 | |
電子流量計 | 可實時顯示噴水流量（控制器直接顯示），免清洗耐高溫高壓 | |
噴嘴材料 | 304 不銹鋼，螺紋與支架連接，且支架可伸縮調節（賽思設計） | |
旋轉電機 | 日本進口馬達，數顯轉速（含減速機） | |
壓力表 | 德國進口耐高溫高壓壓力表 | |
試驗用水 | 循環用水，節約用水 | |
玻璃刮水系統 | 汽車雨刮式刮水，標配為手動刮水 | |
電源 | AC380V 50Hz 三相四線+接地線/總功率10kw | |
汽車線束系統是相對薄弱和易損壞的零件，在整車開發及使用過程中頻發由于線路問題導致的整車功能失效問題。本文主要通過對車輛制造環節線束系統引起的失效問題進行系統的歸納總結，提出基于PDCA 方案的改進措施，有效地控制了線束在車輛開發及制造環節中的失效模式。
隨著汽車上電路數量與用電量的顯著增加，如何在有限的汽車空間中更有效合理地布置大量整車線束已成為汽車制造業面臨的問題。文章對汽車生產中的線束失效問題進行歸納、總結和整理，并提出改善方案，為汽車線束的設計及布置起到一定的指導作用。
1 汽車線束布置及失效方式
1.1 汽車線束布置方式
隨著車輛安全、智能及舒適性的發展，傳感器、攝像頭及ECU 占據了一定的空間，從而造成線束的布置空間越發狹小，同時功能的增加意味著導線數量及體積不斷增大。整車可裝拆性和運輸便利性等也對線束提出了更高的要求。
示出某車型線束分布圖的零件，不論是在制造、裝配中，還是后續的使用中，極易破損或失效。文章從線束的制造、運輸及整車的裝配和后續使，為便于運輸和裝配，其將整車線束切割成10 個部分。
1.2 汽車線束失效方式
線束是整車中較為薄弱用等各個環節對線束的失效方式進行整理，并對典型問題進行剖析。
1.2.1 線束制造失效
汽車線束主要由導線、端子、接插件、包裹物、卡釘和線槽支架等構成，不規則零部件的構成注定了線束制造是一種自動化程度較低、勞動密集型產業。
眾多的人工操作影響了線束的標準化，因此線束制造過程中的失效是一種隨機、不可控的失效方式。表示出汽車線束在制造過程中最常見的失效方式。需在制造的各個環節保證線束的制造質量：對機械設備設定合理的規格參數，建立標準化人工操作及比對面板，最后對線束進行抽查檢測，從而保證線束的制造質量。
1.2.2 線束裝配失效
線束在實車上的布置依據整車裝配工藝會被打散成多個部分，從而提高了可裝配性和可維修性，但同時線束接口及定位件的增多意味著失效的概率增加。文章結合整車在裝配環節出現的失效案例進行分類匯總，以提高線束的裝配可靠性。
圖2 示出汽車總裝車間主要工段分布。可以看出，線束的裝配從總裝內飾工位幾乎持續到終裝工位，跨度非常大，同時接觸區域較多。結合其失效方式及表現形式，大致分為固定性失效（40%）、功能性失效（20%）、外觀性失效（20%）及其他失效方式（20%）。
1）固定性失效為線束本身的定位件在固定孔位或扎帶處脫落，此類失效不影響功能和整車使用。
2）功能性失效是一種比較嚴重的失效方式，會引起整車某個功能的缺失，嚴重的將影響到汽車行駛及駕駛者的安全。
3） 外觀性失效是一種影響客戶感知的失效形式。
線束多布置在客戶不易感知的區域，但由于線束供應商工藝或空間等因素，附著在其上的零件裝配會受影響，從而帶來匹配或美觀問題。此類問題在前期設計時要考慮線束或接插件運動包絡區域是否與周圍零部件有干涉風險，從而選擇合適的位置布置固定點，保證在滿足功能的情況下提高美觀性。
表2 示出汽車線束裝配過程中失效方式及控制方式匯總。
1.2.3 線束耐久性失效
耐久性失效是一種隨著汽車使用，在中間環節形成的失效方式，是伴隨汽車生命周期隨機產生的，具有不可預測性，一旦失效會引起客戶對品牌的極大抱怨。此類失效多在運動件包絡區域內發生，在線束達到一定的磨損程度后產生，因此在初期不易察覺。
2 線束設計可靠性提高措施
線束設計是一個不斷提高和優化的過程，同時應考慮其全生命周期。文章結合PDCA 的控制方案提出線束開發設計閉環控制方案。
在整車設計初期，就對線束的布置、運動包絡進行充分考慮和識別，同時結合線束零部件的DV/PV 試驗，不斷增強設計薄弱環節；最后在實車裝配階段及售后階段進行持續關注，并同時把發生的問題進行歸類總結，輸入到下一個車型的前期開發中，從而避免問題的重復發生，提高虛擬設計和實車表現的一致性。
3 結論
線路在整車系統中屬于比較容易出現問題的一類零件，只有在前期設計和項目階段做好充分的管路評估，才能高效地控制線路問題。文章結合某車型線束本身制備和整車裝配工藝，總結了線束各種失效方式及控制方式，同時提出線束PDCA 的控制方法，結合后期失效模式，在線束布置初期進行集成模擬及動態包絡的虛擬分析，提高了線束開發的質量，為線束在前期設計階段提供了很好的借鑒。