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汽車(chē)線(xiàn)束拓撲研究及分析

更新時(shí)間:2020-07-23 14:27:13 星期四
Abstract:

隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及新型車(chē)載功能的與日俱增,整車(chē)線(xiàn)束形成了一個(gè)復雜而又龐大的電網(wǎng)結構。本文主要圍繞整車(chē)線(xiàn) […]

汽車(chē)線(xiàn)束拓撲研究及分析

 

隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及新型車(chē)載功能的與日俱增,整車(chē)線(xiàn)束形成了一個(gè)復雜而又龐大的電網(wǎng)結構。本文主要圍繞整車(chē)線(xiàn)束的分段形式,結合成本和裝配特性對其結構、拓撲進(jìn)行研究,并分析各個(gè)拓撲結構的優(yōu)劣點(diǎn)。

1 線(xiàn)束拓撲結構

汽車(chē)線(xiàn)束在整車(chē)的電氣網(wǎng)絡(luò )架構中,扮演著(zhù)重要的角色,整車(chē)各類(lèi)功能的實(shí)現,離不開(kāi)線(xiàn)束的連接。

線(xiàn)束的拓撲結構為線(xiàn)束在整車(chē)內的布置情況。線(xiàn)束拓撲結構的體現形式為在整車(chē)區域內的連接形式及分段數量。在確定整車(chē)的電氣架構和電源分配之后,需要對線(xiàn)束的結構及分段拓撲方式進(jìn)行設計。合理的線(xiàn)束分段拓撲將有利于線(xiàn)束的總裝可制造性,也能夠降低線(xiàn)束的生產(chǎn)制造成本。

2 線(xiàn)束拓撲設計的意義

基于線(xiàn)束的原材料成本,采用一根整體式線(xiàn)束連接整車(chē)所有的電氣器件是最優(yōu)的,然而在線(xiàn)束實(shí)際生產(chǎn)制造、裝配過(guò)程中會(huì )受到其他因素的制約。線(xiàn)束的分段拓撲設計不能一概而論,遵循單一的形式,而是要從整車(chē)層面,在滿(mǎn)足預設功能的前提下,以最少的原材料使用和最高的生產(chǎn)、裝配效率為目標導向來(lái)進(jìn)行全方位的考量。

遵循易于生產(chǎn)裝配的原則,并且考慮到成捆線(xiàn)束穿線(xiàn)時(shí)的最大投影面,四門(mén)線(xiàn)束、尾蓋線(xiàn)束、前后保險杠線(xiàn)束一般作為除車(chē)身主線(xiàn)束以外的小線(xiàn)束單獨安裝。貫穿發(fā)動(dòng)機艙和乘客艙的車(chē)身主線(xiàn)束總成可以分為3個(gè)分段:外艙線(xiàn)束、儀表線(xiàn)束以及內艙線(xiàn)束,如圖1所示。

 

3 典型的線(xiàn)束分段拓撲方式

根據車(chē)身主線(xiàn)束總成的分段,目前汽車(chē)市場(chǎng)上各大品牌的汽車(chē)線(xiàn)束分段拓撲方式主要可以分為3類(lèi),分別是1段式、2段式和3段式車(chē)身主線(xiàn)束。

3.1 1段式車(chē)身主線(xiàn)束

該拓撲結構將外艙線(xiàn)束、儀表線(xiàn)束和內艙線(xiàn)束合為一個(gè)整體,從車(chē)頭至車(chē)尾貫穿整個(gè)白車(chē)身,如圖2所示。

 

由于具有較少的接插對接,不必要的連接器和端子等線(xiàn)束散件可以省去,因此,1段式拓撲具有較低的線(xiàn)束原材料成本。但是對于總裝車(chē)間流水線(xiàn)而言,整車(chē)線(xiàn)束需先通過(guò)儀表合裝,再將線(xiàn)束穿至外艙、敷設至內艙進(jìn)行安裝。

目前德系大眾一些平臺的車(chē)型應用1段式拓撲,同樣是1段式線(xiàn)束拓撲,外艙應用不同類(lèi)型的熔斷絲盒對應了不同的裝配情況。

1) 外艙采用固定在蓄電池正極且體積相對較小的主熔斷絲盒或作為一次件(總裝車(chē)間負責裝配) 的發(fā)動(dòng)機艙熔斷絲盒。這種情況下,在裝配時(shí),先將外艙線(xiàn)束裝入保護套中,隨后從內艙穿過(guò)前圍板的鈑金孔抵達外艙。在這過(guò)程中,外艙線(xiàn)束的最大投影面積受開(kāi)孔尺寸的限制,即線(xiàn)束最大投影面積需要小于鈑金孔,如圖3所示,其中紅圈處為線(xiàn)束在前圍板的固定位置。

 

2) 外艙采用體積相對較大且作為二次件(線(xiàn)束供應商負責裝配) 的發(fā)動(dòng)機艙熔斷絲盒,相比于情況1,外艙線(xiàn)束具有更大的投影面積。這種情況下,前圍板需采用分體式的結構。在裝配時(shí),外艙線(xiàn)束先放置在前圍板的外艙側,接著(zhù)將其固定在前圍板分體上,隨后通過(guò)螺母將前圍板分體固定在前圍板主體上,如圖4所示,其中紅圈處為線(xiàn)束在前圍板的固定位置。

 

3.2 2段式車(chē)身主線(xiàn)束

該拓撲結構有兩種結合形式,一種是以外艙和內艙交界處的前圍板為界,把儀表線(xiàn)束和內艙線(xiàn)束合為整體,兩者的線(xiàn)束總成和外艙線(xiàn)束通過(guò)接插對接,2段式車(chē)身主線(xiàn)束(獨立外艙線(xiàn)束) 如圖5所示。

 

目前德系大眾一些平臺的車(chē)型應用該線(xiàn)束拓撲分段方式。獨立外艙線(xiàn)束的2段式拓撲相比于1段式拓撲,將車(chē)身主線(xiàn)束在前圍板兩側打斷,因此增加了接插對接的數量,導致線(xiàn)束的原材料成本、生產(chǎn)物流成本有所上升。然而,受益于獨立外艙線(xiàn)束的設計,前圍板鈑金結構可以從分體式優(yōu)化為整體式,如圖6所示。這樣一來(lái),鈑金的成本得以降低,方案的總體經(jīng)濟性?xún)?yōu)于情況2的1段式拓撲。

 

另一種是將儀表線(xiàn)束作為獨立總成,把外艙線(xiàn)束和內艙線(xiàn)束合為整體,兩者的總成和儀表線(xiàn)束之間通過(guò)接插對接。這種情況下,可以在儀表供應商處預先完成儀表線(xiàn)束的裝配,對于總裝車(chē)間而言,可以減少流水線(xiàn)工位的操作工時(shí),但需要進(jìn)行外艙穿線(xiàn)。目前德系大眾、奧迪某平臺的車(chē)型應用該線(xiàn)束拓撲分段方式,如圖7所示。

 

3.3 3段式車(chē)身主線(xiàn)束

該拓撲結構不合并任何一個(gè)分段的線(xiàn)束,外艙線(xiàn)束、儀表線(xiàn)束、內艙線(xiàn)束分別為獨立的線(xiàn)束總成,總成之間使用接插對接,3段式車(chē)身主線(xiàn)束如圖8所示。

 

3段式拓撲相比于1段式拓撲,將車(chē)身主線(xiàn)束打斷為3部分,接插對接多了數組,更進(jìn)一步引起線(xiàn)束原材料成本、生產(chǎn)物流成本的上升。但是對于總裝車(chē)間流水線(xiàn)而言,可以避免儀表合裝、前艙穿線(xiàn)的安裝方法。裝配時(shí),先進(jìn)行內艙線(xiàn)束和外艙線(xiàn)束的安裝,完成接插對接,再將儀表線(xiàn)束隨儀表總成裝入車(chē)內,隨后完成和內、外艙線(xiàn)束的接插對接,總裝可制造性得到進(jìn)一步提升。目前市場(chǎng)上日系車(chē)SUV、美系車(chē)如別克GL8,以及國內自主品牌如長(cháng)城、比亞迪等一系列車(chē)型應用該線(xiàn)束拓撲分段方式。

1) 自主品牌長(cháng)城H6、某日系SUV為3段式拓撲。整車(chē)接插對接的數量約為30。布置形狀為左右對稱(chēng)的H型,內艙線(xiàn)束通過(guò)中央通道左右相連。

2) 自主品牌比亞迪-唐為3段式拓撲。整車(chē)接插對接的數量約為36。外艙和內艙線(xiàn)束為環(huán)型結構,首尾對接相連,避免繞線(xiàn),走線(xiàn)更靈活,有利于減少導線(xiàn)長(cháng)度。

3) 美系別克GL8為3段式拓撲。整車(chē)接插對接的數量約為32。但與常規的3段式不同,由于外艙體積較小,內艙線(xiàn)束直接經(jīng)過(guò)前圍板連接到發(fā)動(dòng)機艙熔斷絲盒,因此內艙線(xiàn)束整體偏大。整車(chē)線(xiàn)束是一大多小的結構。

4 線(xiàn)束拓撲設計的原則

整車(chē)內并不只有汽車(chē)線(xiàn)束一個(gè)總成零件,還包括動(dòng)力總成、車(chē)身鈑金、內飾等周邊零件。從整車(chē)層面來(lái)看,車(chē)身主線(xiàn)束總成的拓撲設計原則,主要和工廠(chǎng)總裝車(chē)間的人機工程可制造性、原材料成本、整車(chē)結構性能等方面有關(guān)。

此外,線(xiàn)束的拓撲設計需要在項目前期的總布置階段介入??偛贾秒A段的時(shí)間節點(diǎn)一般在項目批量生產(chǎn)前的兩年半,如果線(xiàn)束的拓撲設計介入較晚,周邊其他環(huán)境零件的技術(shù)狀態(tài)則會(huì )鎖定,也就不會(huì )留有考慮線(xiàn)束拓撲的余地,這一點(diǎn)對主機廠(chǎng)開(kāi)發(fā)全新平臺,或者中方的平臺尤其重要。

在項目的總布置階段進(jìn)行整車(chē)線(xiàn)束拓撲的設計時(shí),需要對下述幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析,從而綜合考量線(xiàn)束的拓撲方式。

4.1 總裝車(chē)間可制造性

線(xiàn)束拓撲的分段越多,流水線(xiàn)工位的操作工時(shí)越少,更易于總裝車(chē)間的裝配,從而提升車(chē)輛制造的節拍及產(chǎn)線(xiàn)效率。

對于具有較大投影面積的1段式線(xiàn)束拓撲,為便于車(chē)間進(jìn)行裝配,會(huì )將前圍板鈑金分為兩個(gè)部分。通過(guò)前圍板分體式結構和整體式的各參數差異對比,得出如表1結果。

表1 前圍板分體式和整體式結構的各參數對比

可見(jiàn),從總裝可制造性的角度,相比于分體式結構,前圍板采用整體式結構的設計,將會(huì )減少車(chē)間的裝配時(shí)間,并省去了額外的設備投資費用,因為不需要再將分體鈑金固定在主體鈑金上,從而提升了現場(chǎng)安裝的可制造性和效率。

對于需要進(jìn)行外艙穿線(xiàn)的線(xiàn)束拓撲方式而言,前圍板鈑金孔的大小,主要是由外艙線(xiàn)束的最大投影面積決定,即發(fā)動(dòng)機艙熔斷絲盒的體積投影。在保持整體式前圍板鈑金不變的條件下,可以考慮將發(fā)動(dòng)機艙熔斷絲盒從二次件改為一次件,這樣可以縮小線(xiàn)束最大投影面積,使線(xiàn)束回歸到情況一的1段式線(xiàn)束拓撲設計,從而提升整車(chē)的經(jīng)濟性,但需要對發(fā)動(dòng)機艙熔斷絲盒進(jìn)行設計,降低其和線(xiàn)束總成的集成度。

4.2 線(xiàn)束原材料成本

和1段式線(xiàn)束拓撲相比,2段式和3段式線(xiàn)束拓撲擁有更多用于接插對接的連接器。通過(guò)3段式和一段式線(xiàn)束拓撲接插對接的各參數差異對比,得出如表2結果。

表2 多接插對接和無(wú)接插對接的各參數對比

可見(jiàn),由于接插對接數量的增加,3段式線(xiàn)束拓撲不論是在線(xiàn)束原材料成本方面,還是在物流成本方面,都要高于1段式線(xiàn)束拓撲。

現以市場(chǎng)上某一車(chē)型為例,評估其接插對接帶來(lái)的成本。某車(chē)型線(xiàn)束的分段數量產(chǎn)生了20組接插對接連接器,一組連接器的價(jià)格約為2元,那么就產(chǎn)生了每車(chē)40元的線(xiàn)束原材料成本。除此之外,再加上物流排序、包裝及運輸的費用,會(huì )產(chǎn)生每車(chē)約20至30元的管理成本。這樣一來(lái),單車(chē)成本增加的估算值約為60元,該成本增加值對于使用車(chē)輛的客戶(hù)群體而言,是不具有任何價(jià)值的。若該車(chē)型一年的產(chǎn)量為一百萬(wàn)輛,則會(huì )產(chǎn)生多達6000多萬(wàn)的對客戶(hù)沒(méi)有額外價(jià)值的冗余成本。

4.3 整車(chē)結構及性能效益

對于應用體積較大的發(fā)動(dòng)機艙熔斷絲盒且需要進(jìn)行外艙穿線(xiàn)的線(xiàn)束分段拓撲而言,如果應用整體式前圍板的結構,則需要開(kāi)一個(gè)大于線(xiàn)束最大投影面積的孔。從車(chē)身結構的角度而言,過(guò)大的前圍板鈑金孔,會(huì )降低整車(chē)結構的剛度,對于發(fā)生碰撞的車(chē)輛而言,所承受的強度將會(huì )變低。另外,從汽車(chē)NVH (噪聲、震動(dòng)、聲振粗糙度) 的角度而言,過(guò)大的前圍板鈑金孔,會(huì )將汽車(chē)行駛過(guò)程中在外艙產(chǎn)生的各種噪聲更多地傳至內艙,從而影響駕乘人員的駕駛體驗及整車(chē)品質(zhì)的性能指標。

此外,對于這種情況,采用分體式前圍板鈑金結構不會(huì )影響整車(chē)結構的剛度以及NVH性能。但是,從鈑金零件的角度,相比于分體式前圍板,整體式前圍板將會(huì )降低鈑金零件的成本,可以為整車(chē)帶來(lái)良好的經(jīng)濟效益,將會(huì )減輕整車(chē)的質(zhì)量,提升車(chē)輛的排放及燃油經(jīng)濟性能,從而為整車(chē)帶來(lái)良好的環(huán)境效益。

4.4 線(xiàn)束供應商的生產(chǎn)能力

多段式車(chē)身主線(xiàn)束,相比于合為1段式,每一段線(xiàn)束具有更小的體積,對于線(xiàn)束供應商而言,更易于生產(chǎn)。這是因為線(xiàn)束的生產(chǎn)模具為工裝板,如果是1段式的車(chē)身主線(xiàn)束,則需要使用更大、更長(cháng)的工裝板進(jìn)行生產(chǎn)制造,對線(xiàn)束供應商生產(chǎn)工廠(chǎng)的流水線(xiàn)、設備、工藝、人員等各方面的實(shí)力水平和管控提出了更高的要求。

5 總結

本文先是介紹了線(xiàn)束拓撲的概念,接著(zhù)闡述了線(xiàn)束進(jìn)行分段拓撲設計的意義,再以市場(chǎng)上的不同車(chē)型為例,分析了不同拓撲方式在總裝可制造性、原材料成本等方面的優(yōu)劣點(diǎn),并且分解了在進(jìn)行線(xiàn)束拓撲設計時(shí)需要考量的點(diǎn),為前期線(xiàn)束的設計起到了指導作用。

本文通過(guò)對汽車(chē)線(xiàn)束拓撲的研究和分析,得出如下結論。

1) 對于緊湊型、材料成本導向的車(chē)型,可以應用1段式的線(xiàn)束拓撲方式,但對生產(chǎn)工廠(chǎng)的流水線(xiàn)具有較高的要求。

2) 對于已經(jīng)擁有成熟運作體系的生產(chǎn)工廠(chǎng),應用2段式、3段式的線(xiàn)束拓撲方式可以提升總裝裝配效率,但會(huì )引起線(xiàn)束原材料成本的上升。

線(xiàn)束的結構拓撲方式并不能一味地以單一的視角對其進(jìn)行評價(jià),每一種拓撲分段方式都有其優(yōu)勢,針對不同的車(chē)型,需要在實(shí)現預設功能的前提下,結合總裝可制造性、原材料成本、車(chē)身結構及性能等因素對其進(jìn)行綜合考量,最終設計出適合該車(chē)型的最佳線(xiàn)束拓撲結構。

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