汽車系統(tǒng)與線束設計的自動短路試驗

電子設計自動化技術的領導廠商 Mentor Graphics 近日發(fā)布一份題為《什么在冒煙?汽車系統(tǒng)與線束設計的自動短路試驗》的研究報告。

正文：

報告作者: Mike Stamper, Mentor Automotive

背景：

防止汽車線束發(fā)生災難性過載，是一條關鍵的設計準則。設計師必須確保熔斷策略能保護線路。這個過程一般涉及人工計算每條線的最大負荷，然后將結果與多年前創(chuàng)建的電子表進行比較。

全文要點與大綱如下：

a. 概述

b. 分析和模擬

c. 怎么辦?

d. 選對工具，輕松上手

e. 你可以這樣做

f. 問題早發(fā)現(xiàn)，多省錢

g. 不再需要原型

h. 保險絲熔斷時間 vs. 電線冒煙特性

i. 小結

概述

防止汽車線束發(fā)生災難性過載，是一條關鍵的設計準則。設計師必須確保熔斷策略能保護線路。這個過程一般涉及人工計算每條線的最大負荷，然后將結果與多年前創(chuàng)建的電子表進行比較。

這個過程由于其人工性質而極易出錯。你可能發(fā)現(xiàn)報警，也確實有情況，但汽車和飛機卻仍在正常行駛和飛行。原因如下：

電路處于過保護狀態(tài)。由于大部分設計過程的人工性質，設計師往往過于謹慎;這意味著所采用的電線比實際負荷所需的更粗。

物理測試。制作出造價高昂的物理原型，由測試工程師對設計進行物理測試，以確保電路受到保護。這既費時間又費金錢，而且往往處于設計過程的后期階段，導致因這項測試而帶來的設計變更的代價十分高昂。

工程師和設計師聰明無比。很多設計的確延續(xù)了很多年。歷史告訴他們哪些有用，哪些沒用——但我們必須提出這樣的問題：這是最有效的設計方式嗎?

分析和模擬

在談到電路保護時，我們經(jīng)常聽到“模擬”和“分析”這兩個詞。雖然模擬往往被譽為線束保護設計的救星，但卻很少實施，而如果實施的話，會造成過程中的巨大瓶頸。首先，必須由一名訓練有素、技術高超的專家來創(chuàng)建復雜的模型，運行模擬，然后分析結果。接著，結果被反饋給線束工程團隊，而他們則必須根據(jù)往往既復雜又難懂的圖表和結果做出決定。

在以這種方式進行模擬時總是會缺少的一項重要信息是汽車的實際配置。并非所有負荷都存在于所有汽車上。以一輛可選配導航系統(tǒng)的汽車為例。要進行哪種模擬，帶導航還是不帶導航?讓我們將選配天窗添加到組合中：現(xiàn)在，你有2 2 = 4種車型要模擬。當加入更多選配內(nèi)容后，可以看到，模擬組合的數(shù)字升至2 n ，其中，n=選配件的數(shù)量。

對于專業(yè)從事電機模型和線路模型創(chuàng)建的模擬和建模專家來說，數(shù)十億種汽車組合的復雜性超出了任何模擬的范圍。即便你能運行如此之多的模擬，也沒有足夠的時間，來解讀所有形成的模擬圖表，以便在車輛投入量產(chǎn)前進行有意義的設計變更。設計到制造的時間一年年縮短;沒有時間以這種方式進行模擬，這迫使設計師不得不根據(jù)電子表格中或紙質的歷史查詢表來選擇電線和保險絲的規(guī)格。假如沒有人工錯誤，設計師通常最后完成的是一種過保護設計，導致成本和重量增加。

怎么辦?

解決這一難題的方法是，利用這些模擬專家的專長，使每位工程師都能對他們的設計進行分析，并提供快速而有意義的反饋。通過抓住電線和保險絲尺寸規(guī)格準則(這是你的工程知識產(chǎn)權)，我們相信，你的設計工具會讓你的工程師知道是否有問題。分析工具應對汽車進行分析，向工程師直接指出具體問題所在，并且根據(jù)你的工程技術知識提出解決這些問題的辦法。細看各種選配內(nèi)容的詳細模擬運行的圖表和曲線圖，是一個很長的過程，仍有待解釋數(shù)據(jù)。

選對工具，輕松上手

有一種成本更低廉、更準確的設計方式。方向正確的一步是，以可用軟件進行分析的電子格式采集設計數(shù)據(jù)。利用適當?shù)脑O計工具，工程師和設計師可執(zhí)行實施正確構建 (correct-by-construction) 設計方法的準則?？梢栽谥谱魑锢碓椭?，很早就發(fā)現(xiàn)過程中的問題——也許完全不再需要制作原型。

這種由軟件工具進行設計分析的正確構建法需要若干參數(shù)：

1. 汲取電流的設備的準確負荷信息，如：

2. 通過電子控制單元 (ECU) 的電流：

a. 我們經(jīng)常聽說，ECU 的內(nèi)部是專有的，建模工作困難重重。當你把關注的焦點放在手頭的任務上，即確定保險絲是否能保護線路，那么，利用正確的工程工具，ECU 內(nèi)部連接建模就變得小菜一碟。所需的一切，如圖1所示(假設性示例)。

圖1：可用于 ECU 的一個簡單的保險絲熔斷模型

3. 說明零部件位置和汽車各部位的相對溫度以及線束連接點的汽車結構模型，如圖2所示。

圖2：必須對線束連接點的位置和溫度極限進行建模

4. 電池、保險絲、電線以及汽車上的基本分立器件(車燈、電機、開關、接地裝置、繼電器等)的準確模型

你可以這樣做

圖3的例子顯示的是用正確的工具可能實現(xiàn)的結果。工程師可以采用推薦的電線規(guī)格(Wire CSA (max) 欄)，并實際應用于設計中，從而利用這些信息來推動零件選型。

圖3：工程師可利用正確的工具，輕松地將標準化電線規(guī)格直接應用于設計中。

憑借這些信息，可在實際零件制造之前，在過程中及早做出設計決定。通過利用你的工程師的多年經(jīng)驗，你也可以為更廣大的客戶提供這種水平的分析和決策。

問題早發(fā)現(xiàn)，多省錢

圖4的圖表顯示了在汽車的設計周期中進行設計變更的相對成本。越晚發(fā)現(xiàn)問題，成本越高。汽車制造商一年的保修和召回費用高達數(shù)十億美元，這對那些直到汽車已經(jīng)交到客戶手中才發(fā)現(xiàn)問題的企業(yè)來說，嚴重影響了他們的盈利。你要在設計過程中及早發(fā)現(xiàn)問題。