商用车发动机过渡线束的匹配和设计

张 倩，王盈旭，钱廷亿

（中国重汽集团技术发展中心汽车电子设计部，山东 济南250101）

1 引言

近年来，商用车作为汽车家族的主要成员，以前所未有的发展势头，成为客运、货运用车的主力军，在现代交通运输中发挥着不可替代的作用。商用车发动机作为商用车正常行驶的动力生命线，其作用至关重要。根据国内各大商用车厂对动力性、燃油经济性的需求，匹配不同品牌的发动机，如何让整车性能达到最优，成为各商用车厂家首要面对的问题。

整车性能最优，电控系统的匹配是关键。将发动机控制器信号与整车各执行器连接，需要通过复杂的外接线路来完成，我们通常将连接发动机与整车的外接线路称为发动机过渡线束。不同于发动机本体线束具备一定的通用性，过渡线束是根据各商用车厂的电气配置不同而设计产生，往往同一款发动机匹配到不同的商用车上，过渡线束会不同。由于过渡线束属于外接线路，在发动机本体设计时，并未预留过多的装配空间，而且分支多，功能相对复杂，因此，如何合理可靠地在发动机本体上布置过渡线束，达到外观美观、性能优良的效果，给线束工程师提出了新的问题。

2 传统布线的缺陷

传统发动机布线，线束工程师首先按照实际发动机的结构和空间，形成初步的走线方案，再用卷尺量取每个分支的尺寸，按照1:1的方式在CAD上绘制二维线束图纸；厂家制作好样线，拿到发动机上面进行实际试装，对于长度或者布局不合适的部位，在二维图纸上进行调整。根据调整结果，再制作样线，进行第二轮试装。以此类推，直到优化到合理状态为止。因此，传统布线方式存在如下缺陷。

1）对实物依赖性强，必须在有实际发动机存在的条件下才能进行，如果发动机实物未到位，或者发动机本体装配不完整，将直接导致设计时间延长，或者设计结果不合适。

2）多轮试装，直接导致线束开发时间长，效率低，无法满足快节奏的订单生产节拍。

3）试装过程中，会产生很多线束的中间状态，不方便管理，而且容易产生大量的库存，造成资源和成本上的浪费。

存在以上缺陷，使得线束工程师不得不摸索新的设计方法，来满足不断增长的订单种类的需要。

3 三维布线的优势

因此，三维布线应运而生。由于三维布线是直接在发动机三维数模上，应用三维布线软件来完成，完全脱离了线束设计对发动机实物的依赖性，而且设计过程可以直接准确定位线束分支点、折弯处的位置；对线路走向是否与实体干涉、线束的最小弯曲半径、最小直线长度等工艺性进行检查。可以说，三维布线设计突破了线束设计瓶颈，彻底改变了传统布线所存在的被动局面，大大提高了设计精度和效率。

具体来说，三维布线具备以下优势。

1）兼容性。传统布线方式线路和插接件走向分开设计，往往线路理顺之后，因为插接件插接方向不同，造成线束长度更改；三维布线，可以将插接件三维数模直接装配在发动机模型上，两者同时进行，大大简化了设计过程。

2）开放性。三维布线依靠三维设计软件，符合国标统一标准，对不同的设计者均可使用，产品设计和修改都是开放的。

3）灵活性。三维布线完成后，如果传感器、执行器位置发生更改，可随时更改某个分支走向和长度，而不影响整体布局。

4）先进性。三维布线不依赖于发动机实物，所有设计在三维软件上进行，设计过程对线束走向、固定、分支点精确定位，长度基本可以控制在5mm误差范围内。

5）经济型。三维布线免去了传统布线多次试装造成的成本和资源浪费，大大提高了设计效率。

4 三维布线流程

三维布线涉及空间和位置的设计，主要的设计流程如下。

1）设计准备阶段。在三维软件中，添加发动机三维模型，确认发动机整机三维数模与实际订单生产状态一致；明确线束需要插接的各个传感器、执行器的位置，具体到每个连接器的插接位置、方向；明确发动机上运动件、高温件、燃油管路、气管的位置，设计时要避开；明确线束连接驾驶室走线的路径。

2）添加连接器。在发动机模型需要插接的控制器、传感器位置上，装配相应的线束插接件。

3）三维布线阶段。应用三维软件中线束装配模块，将每个线束插接件用线路连接，按照线束走向要求布线。

4）增加固定方式。根据线束走向路径，增加相应的固定方式，保证线束固定更加可靠。

5）设计校核阶段。校核三维布线图，对干涉部位进行优化，形成最终线束模型。

5 实例阐述

以重汽现阶段匹配潍柴WP10.5H国V共轨发动机为例，三维布线软件采用达索公司CATIAV5R19，详细阐述过渡线束的设计过程。

5.1 设计准备

进入CATIAV5R19界面，在装配设计模块中，打开WP10.5H发动机三维数模，为保证后续发动机数模打开顺畅，保存数模为.CATProduct格式。图1为调用发动机数模，打开后的发动机数模如图2所示。

图1 调用发动机数模

图2 WP10.5H发动机数模

将发动机数模与实际供货状态发动机对比，确保状态一致。标出数模上需要线束插接的传感器、执行器位置，如图3~图5所示。

为避开发动机上运动件、高温件、燃油管路、气管，同时避开发动机自带线束，初步拟定线路走向如图6、图7所示。

5.2 装配插接件

在“装配设计模块”下，调用各插接件数模，装配在发动机相应的位置上，如图8~图10所示。

5.3 三维布线

根据各插接件的位置和前期拟定的线束走向，在“开始”-“设备与系统”-“电气线束规则”-“ElectricalHarnessAssembly”模块，进行线束走向的设计，如图11、图12所示。

图3 插接件位置1

图4 插接件位置2

图5 插接件位置3

图6 线束走向1

图7 线束走向2

图8 插接件装配1

图9 插接件装配2

图10 插接件装配3

5.4 设计固定方式

一般线束固定方式包括扎带、P型夹、金属支架，本文主要介绍金属支架的设计。

根据三维布线后的线束走向，确定支架的设计位置，所选取的位置必须保证至少2个支架固定点，单点固定是无法保证支架可靠性的。根据发动机空间设计支架的形状。另外，为方便固定，支架上需要增加扎带固定孔或者固定位，保证扎带捆扎后，不会随着发动机振动而松脱。

根据以上设计要求，分别选取发动机缸盖罩、风扇护风圈支架，设计完成了3个固定支架，如图13所示。

将支架装配到发动机上，并根据布线要求，对布线结果进行修改和优化，得到发动机三维布线最终数模，如图14所示。

6 结束语

综上，做好发动机电控匹配，尤其是线路方面的匹配，对目前商用车实现最佳性能尤为重要。引入三维布线的方法，让整个设计流程清晰，装配方便快捷，既节约了生产节拍，又方便了售后市场的更换，将线束设计推向了立体化、精确化的台阶。

图11 三维布线效果1

图12 三维布线效果2

图13 固定支架

图14 最终数模