汽車(chē)系統與線(xiàn)束設計的自動(dòng)短路試驗

電子設計自動(dòng)化技術(shù)的領(lǐng)導廠(chǎng)商 Mentor Graphics 近日發(fā)布一份題為《什么在冒煙?汽車(chē)系統與線(xiàn)束設計的自動(dòng)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(chē)線(xiàn)束發(fā)生災難性過(guò)載，是一條關(guān)鍵的設計準則。設計師必須確保熔斷策略能保護線(xiàn)路。這個(gè)過(guò)程一般涉及人工計算每條線(xiàn)的最大負荷，然后將結果與多年前創(chuàng )建的電子表進(jìn)行比較。

全文要點(diǎn)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(wèn)題早發(fā)現，多省錢(qián)

g. 不再需要原型

h. 保險絲熔斷時(shí)間 vs. 電線(xiàn)冒煙特性

i. 小結

概述

防止汽車(chē)線(xiàn)束發(fā)生災難性過(guò)載，是一條關(guān)鍵的設計準則。設計師必須確保熔斷策略能保護線(xiàn)路。這個(gè)過(guò)程一般涉及人工計算每條線(xiàn)的最大負荷，然后將結果與多年前創(chuàng )建的電子表進(jìn)行比較。

這個(gè)過(guò)程由于其人工性質(zhì)而極易出錯。你可能發(fā)現報警，也確實(shí)有情況，但汽車(chē)和飛機卻仍在正常行駛和飛行。原因如下：

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

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

工程師和設計師聰明無(wú)比。很多設計的確延續了很多年。歷史告訴他們哪些有用，哪些沒(méi)用——但我們必須提出這樣的問(wèn)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(shí)，我們經(jīng)常聽(tīng)到“模擬”和“分析”這兩個(gè)詞。雖然模擬往往被譽(yù)為線(xiàn)束保護設計的救星，但卻很少實(shí)施，而如果實(shí)施的話(huà)，會(huì )造成過(guò)程中的巨大瓶頸。首先，必須由一名訓練有素、技術(shù)高超的專(zhuān)家來(lái)創(chuàng )建復雜的模型，運行模擬，然后分析結果。接著(zhù)，結果被反饋給線(xiàn)束工程團隊，而他們則必須根據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(jìn)行模擬時(shí)總是會(huì )缺少的一項重要信息是汽車(chē)的實(shí)際配置。并非所有負荷都存在于所有汽車(chē)上。以一輛可選配導航系統的汽車(chē)為例。要進(jìn)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：現在，你有2 2 = 4種車(chē)型要模擬。當加入更多選配內容后，可以看到，模擬組合的數字升至2 n ，其中，n=選配件的數量。

對于專(zhuān)業(yè)從事電機模型和線(xiàn)路模型創(chuàng )建的模擬和建模專(zhuān)家來(lái)說(shuō)，數十億種汽車(chē)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(méi)有足夠的時(shí)間，來(lái)解讀所有形成的模擬圖表，以便在車(chē)輛投入量產(chǎn)前進(jìn)行有意義的設計變更。設計到制造的時(shí)間一年年縮短;沒(méi)有時(shí)間以這種方式進(jìn)行模擬，這迫使設計師不得不根據電子表格中或紙質(zhì)的歷史查詢(xún)表來(lái)選擇電線(xiàn)和保險絲的規格。假如沒(méi)有人工錯誤，設計師通常最后完成的是一種過(guò)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(zhuān)家的專(zhuān)長(cháng)，使每位工程師都能對他們的設計進(jìn)行分析，并提供快速而有意義的反饋。通過(guò)抓住電線(xiàn)和保險絲尺寸規格準則(這是你的工程知識產(chǎn)權)，我們相信，你的設計工具會(huì )讓你的工程師知道是否有問(wèn)題。分析工具應對汽車(chē)進(jìn)行分析，向工程師直接指出具體問(wèn)題所在，并且根據你的工程技術(shù)知識提出解決這些問(wèn)題的辦法。細看各種選配內容的詳細模擬運行的圖表和曲線(xiàn)圖，是一個(gè)很長(cháng)的過(guò)程，仍有待解釋數據。

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(jìn)行分析的電子格式采集設計數據。利用適當的設計工具，工程師和設計師可執行實(shí)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)現過(guò)程中的問(wèn)題——也許完全不再需要制作原型。

這種由軟件工具進(jìn)行設計分析的正確構建法需要若干參數：

1. 汲取電流的設備的準確負荷信息，如：

2. 通過(guò)電子控制單元 (ECU) 的電流：

a. 我們經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)，ECU 的內部是專(zhuān)有的，建模工作困難重重。當你把關(guān)注的焦點(diǎn)放在手頭的任務(wù)上，即確定保險絲是否能保護線(xiàn)路，那么，利用正確的工程工具，ECU 內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(gè)簡(jiǎn)單的保險絲熔斷模型

3. 說(shuō)明零部件位置和汽車(chē)各部位的相對溫度以及線(xiàn)束連接點(diǎn)的汽車(chē)結構模型，如圖2所示。

圖2：必須對線(xiàn)束連接點(diǎn)的位置和溫度極限進(jìn)行建模

4. 電池、保險絲、電線(xiàn)以及汽車(chē)上的基本分立器件(車(chē)燈、電機、開(kāi)關(guān)、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(shí)現的結果。工程師可以采用推薦的電線(xiàn)規格(Wire CSA (max) 欄)，并實(shí)際應用于設計中，從而利用這些信息來(lái)推動(dòng)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(xiàn)規格直接應用于設計中。

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

問(wèn)題早發(fā)現，多省錢(qián)

圖4的圖表顯示了在汽車(chē)的設計周期中進(jìn)行設計變更的相對成本。越晚發(fā)現問(wèn)題，成本越高。汽車(chē)制造商一年的保修和召回費用高達數十億美元，這對那些直到汽車(chē)已經(jīng)交到客戶(hù)手中才發(fā)現問(wèn)題的企業(yè)來(lái)說(shuō)，嚴重影響了他們的盈利。你要在設計過(guò)程中及早發(fā)現問(wèn)題。