目前，環境污染是一個涉及人民生活的重要問題。針對這個情況，國家對汽車工業提出了節能減排和燃油消耗要求。在降低客戶使用成本及燃油消耗的同時，各汽車制造商都在努力降低整車制造成本的同時，將輕量化作為至關重要的課題，也是各種汽車型號可否再一步占領市場的關鍵。線束作為整車部件的重要組成部分，占總重量的2%，并且隨著汽車電子設備數量的不斷增加，其規模不斷擴大，輕量化線束越來越受到人們的重視，本文從分析線束的各個組成部分入手，簡述汽車線束輕量化發展趨勢。

 

 

一、線束重量構成

一般情況下，汽車線束75~80%的重量構成是導線，端子和接插件占15%，外包材料和其他材料占10%。

1、導線

在傳統汽車中，通常采用銅合金導線，導線直徑在0.35~25mm之間，如每臺車的導線頭尾相接大概2KM。用B級轎車的重量估算，導線重25~30KG左右，汽車每行駛100KM，就會耗0.1kg汽油。

導線作為線束的重要組成部分，若選擇更輕、更可靠的替代品，將成為線束輕量化研究的熱點。近年來，鋁制導線、特細型導線、合金制導線和混芯線等不斷出現，日益受到線束制造商和主機廠的關注。

 

1.電源線輕量化計劃

由于電源線需要承載的電流大、線徑粗，且導線與端子間的拉拔力大，因此，采用鋁絲代替銅絲的方案已越來越為線束廠接受。由于鋁絲的導電性與銅的導電性相似，但重量比銅要輕，因此近幾年鋁材已普遍用于2.5mm~50mm的銅合金導線的替換。這種方法比較成熟，輕量化方面取得了明顯的效果。

 

2.信號線輕量化計劃

盡管銅與鋁的導絲性能接近，但在抗拉強度方面上鋁卻遠不及銅。小絲徑的輕量化方案，不同的廠家采用的方案大有不同。

(1)使用0.75mm鋁線

有些廠家并未放棄使用鋁材，在其合金抗拉強度上繼續進行研究，了解能否補償純鋁絲的短板。舉個例子，從一家制造商開發鋁線的來看。為了滿足0.75mm的鋁絲可以替代0.5mm的銅線，將鋁線的導電率設定為58%IACS，拉伸強度指標達到110MPa。純鋁的導電性雖可達62%IACS，但抗拉強度僅為70MPa。然后就要在鋁絲內部加入第二種金屬，最佳的是鐵，但分析鐵的配比發現，滿足導電性要求后，加工性能有所下降。因此繼續增加第三種金屬，既要滿足鐵的加工性能短板，也就是MS要小，拉伸強度的固溶量要高，所以鎂正好適合。

采用這種方法，加入兩種其他金屬的鋁合金可以很好地代替銅合金，即在導電性和抗拉強度方面滿足設計要求，同時還大大減小了導線重量。不過所面對的問題更是棘手。

氧化銅和三氧化二鋁的導電率為10~7s/cm，均為非導電性物質，因此只有通過壓接方式破開氧化膜才能保證其導電性。但壓縮率和保持力之間也存在矛盾，鋁合金導線的適當壓接區比銅合金導線區域窄，且較難操作。廠商為此改進端子壓接槽型式，以提高導線的持力性和電流的流通性。

在解決壓接課題的同時，還要面對防腐問題。鋁的活潑性比銅要強，因此，在與銅端壓接時，接觸部位易發生接觸腐蝕。金屬鋁在硫化環境中易于溶解。為解決這一問題，使用樹脂材料的接觸部位，包括壓接部分到端后端進行樹脂密封可以有效地解決這個問題。

 

(2)銅合金特細導線

信號線路上的導線利用率一直很低，周圍溫度24℃下0.5mm或0.35mm的銅導線能承受大約10A的電流，但在信號線中真正流通的電流往往只有幾毫安，因此資源的浪費成為許多線束制造商關注的重點。現在有多型號導線，如0.13mm²，0.08mm²，0.05mm²的導線，并在許多企業應用。

怎樣減小線徑，使低線徑的導線既能達到信號傳輸的要求，又能達到壓接件的拉伸強度、端子插入柱力等標準，這是特細銅線普遍采用、廣泛推廣的關鍵。解決這個問題的辦法是在銅絲中加入合金以滿足力學性能的要求。CuSn，CuMg，CuMg及銅包鋼是近年來各制造線束廠家常用的材料。

例如，用0.35毫米導線和0.13毫米銅合金制導線舉例，其電氣性能差別很小，但重量和外徑降低了60%和20%，這表明它具有良好的市場前景和經濟效益。然而，0.13毫米的銅合金絲并不能完全取代0.35mm的銅絲。學習過物理學都知道，金屬的承載電流能力是隨溫度變化的，電阻越大，這種變化就越明顯。一般情況下，在110度以下的環境，0.35mm銅絲和0.13mm銅合金絲的性能差別很小，可以在信號線里代替。因此，這限制了0.13mm導線的使用環境，它可以普遍使用于駕駛室，但發動機艙內需根據所在區域進行認真計算再應用。

盡管0.13mm的銅合金導絲具有廣闊的市場前景，但其機械強度和插接件的柱力是今后進一步研究的方向。有別于鋁線的方式，由于線徑太小，其合金內部即使參照新合金也難以在達到力學性能和電性能的同時，也達到經濟效益。因此，一些線束制造商突破金屬強度極限，在導線外包方面尋找解決辦法。令人高興的是，到目前為止許多廠商都有很好的替代資源。

近年來，世界環境保護組織就汽車環保問題提出了回收利用的標準，研制出了新型無鹵絕緣層PPE。它的成份安全環保，而且具有特殊的阻燃性能，正在逐漸被廠商采用。原導線絕緣層為PVC、XLPE，內含鹵素及其它有毒物質，目前從PVC變成了PPE材料。相同規格的0.35毫米導線，使直徑減少27%，面積減少47%。

若對銅合金絲進行較為詳盡的分析就能知道，CuSn的金屬強度特性較好，CuAg的電學性能較好。對導線壓接和性能選擇可作為不同的參考依據。

 

(3)混合材料特細導線

日系公司在節省成本和控制能源方面一直是實至名歸的首選。首次由SUMITOMO開發的0.13mm²導線作為最細的導線，采用了混合材料，中間材料是銅，外圍材料不相同，且中心和外圍銅絲的線徑也不一樣。這類導線符合電氣性能方面的傳輸要求，但缺點也很明顯：制作過程繁瑣，生產成本高，無法用超聲波焊接，接線需要特殊設備，屬于非常規壓接，所以在那時沒有得到推廣。但目前有許多廠家在這方面繼續研究，將這種方案應用于更細的線材。

 

二、接插件小型化

導線和接插件的發展始終是相互促進的，隨著導線的特細加工發展，接插件的小型化速度也越來越快，各個制造商都在大力開發小尺寸的接插件。從20世紀90年代中期開始，0.64個寬度的端子已經出現。這類小端子可用于信號傳送，大大減少1.5片寬的使用，直接減小接插件的規格尺寸。

就拿一個20極的0.64雙排插件舉例，插件比同類的1.5片寬的插件數低了75%，體積是60%。插頭連接主要性能是老化后接觸電壓降和插件機械強度。為滿足功能要求，對接插件自鎖結構進行了優化設計。端子材料的選擇在合金上更為嚴苛。

 

三、線束輕量化保護

有許多形式的線束保護，包括護板，橡膠部件和支架。為能夠輕量化，可對線束進行如下保護：

(1)減少金屬支架的結構，用高強度塑料護板來取代金屬支架，例如保險絲盒支架和發動機艙架，根據環境溫度選定。

(2)減少選用塑料護板，利用車體結構、專用卡丁及固定件代替護板。

(3)減少使用波紋管，用耐磨纖維和布基纖維管替代，這樣就能降低成本和降低噪音。

(4)減少使用橡膠制品，在密封性要求不高的地方選用發泡代替。

(5)在線束布局上盡可能少地采用內連接，這不僅能減少插件的重量，而且還能減少固定附件重量和車身結構重量。

 

四、總結

本文首先從汽車線束的總成部分開始，分析輕量化的方向及產業中各個零部件的輕量化發展趨勢。重點闡述了導線、接插件、線束保護等的技術發展方向及難點。這對進一步深入研究汽車線束輕量化具有重要意義。