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協(xié)同電氣仿真、 MCAD和PLM的汽車(chē)設計
作者：
時(shí)間：2012-11-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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現代汽車(chē)確實(shí)是一個(gè)大型的復雜的機電系統。為設計這些系統，許多公司正在轉向虛擬樣機技術(shù)，通過(guò)創(chuàng )建軟件"模型"來(lái)研究、優(yōu)化，該方法的成本遠遠低于實(shí)際樣件的成本。虛擬的范圍不僅僅局限于機械組件，而且還包括電氣仿真以預測電氣行為和性能。兩者不能互相隔離，設計者必須考慮跨部門(mén)整合和同步協(xié)調、數據管理以及電氣和機械領(lǐng)域的設計變更。
電氣仿真盡早開(kāi)始
在初始設計階段的電氣仿真可以揭示那些需要進(jìn)行重新設計的問(wèn)題。電氣系統和物理設計是相互依存的，因此，在電氣系統中的變更可能要求機構的布置發(fā)生變化。架構的變化－不管是電氣的還是機構的－在設計的早期階段實(shí)現會(huì )更簡(jiǎn)單、成本更低。
仿真減少了物理樣機的需求，同時(shí)縮短了時(shí)間降低了成本。重要的是，基于計算機的方法承擔了驗證設計完整性的過(guò)程，遠遠超出采用物理樣機的方法所能達到的結果。汽車(chē)的電氣子系統、嵌入式軟件和數據網(wǎng)絡(luò )可以支持大范圍的數據交互，這些數據能夠非常容易地結合在一起，這種結合將會(huì )給汽車(chē)服務(wù)帶來(lái)一個(gè)主要的問(wèn)題。采用物理樣機的方法是不太可能找到這些問(wèn)題的，而仿真可以在產(chǎn)品投入服務(wù)之前就揭示那些最了不起眼的問(wèn)題。
不僅僅驗證直流電
仿真工具可以用來(lái)驗證和支持電氣設計過(guò)程中的許多階段。最常用的直流仿真工具可以驗證導線(xiàn)的截面積、保險絲和供電。這種電氣仿真模型的基礎就是電氣系統中每一個(gè)用電設備和導線(xiàn)的"電氣模型"。直流分析模型是相對簡(jiǎn)單的電阻模型。
連續性/定性仿真模型是直流仿真的變種，使用了比直流模型更為簡(jiǎn)單的電氣模型，但是為工程師創(chuàng )建布線(xiàn)設計提供了強大的設計支持。在每個(gè)用電設備和導線(xiàn)在完成布置后，該仿真即可辨識連續性和連接錯誤的問(wèn)題。
瞬態(tài)仿真被廣泛用于模擬電感電路如包含馬達和熒光放電照明，它和啟動(dòng)和穩態(tài)功耗有顯著(zhù)差別。仿真工具指導這些設計以適應這些最壞狀況下的電流。
通過(guò)建立收發(fā)器模擬、數字和模擬數字混合信號以及傳輸線(xiàn)路行為等模型，仿真工具可以對車(chē)載網(wǎng)絡(luò )是否正確運行進(jìn)行驗證。這些數字網(wǎng)絡(luò )的具體布局以及組件之間的物理距離能影響它們的性能，因此電氣和物理設計工具之間的緊密集成是必不可少的。
線(xiàn)徑、潛藏電路及其他
在電氣仿真初期，工具主要保證零件如保險絲、導線(xiàn)選型正確?，F今的系統可以確認電氣系統的行為在任何情況下都正確無(wú)誤，同時(shí)也可能驗證零件失效時(shí)的良性行為。
仿真工具必須遍歷多個(gè)方案中的電氣設計，這些方案代表了在汽車(chē)服務(wù)過(guò)程中出現的每一種電氣開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉和/或零件的失效模式。再次說(shuō)明，這里有很多很多的排列組合。仿真是計算密集型的任務(wù)，但是它能夠揭示不可預見(jiàn)的失效，如果得不到解決，會(huì )影響最終用戶(hù)的舒適性或者安全性。
設計不良的電氣系統可以包含"潛藏電路"。這種結果發(fā)生在某一特定的開(kāi)關(guān)位置組合或者是零件故障時(shí)，電流流入到不應該有電流的回路。零件可能被激活或者被凍結，或者燈變暗或關(guān)閉，呈現出隨機性。今天，越來(lái)越多的公司把潛藏電流仿真加入到評估過(guò)程。
電氣故障失效模式分析(FMEA)為確保組件故障不影響安全或者產(chǎn)品的完整性是至關(guān)重要的。在一個(gè)復雜的汽車(chē)系統中，單個(gè)組件故障可以產(chǎn)生影響其他電氣系統的連鎖的副作用。這些只能通過(guò)計算仿真來(lái)評估數以百萬(wàn)計的可能性并確定嚴重的問(wèn)題來(lái)進(jìn)行預測。
MCAD ECAD協(xié)同工作
計算機技術(shù)出現的早期就出現了電氣仿真工具，但是直到近來(lái)這些工具都還沒(méi)有被廣泛應用于汽車(chē)設計過(guò)程。這部分是因為電氣設計與物理布置是相互依存的。例如，導線(xiàn)的電阻依賴(lài)于它的電阻率和長(cháng)度。在分析模型中，電氣分析工程師必須確保所有的導線(xiàn)長(cháng)度被完整定義。傳統上這是一個(gè)勞動(dòng)密集型的過(guò)程，隨著(zhù)設計復雜型的增加已經(jīng)越來(lái)越不適用。
現代解決方案是采用ECAD與MCAD工具的交互式接口。ECAD工具把每根導線(xiàn)的"點(diǎn)－點(diǎn)"信息發(fā)送到MCAD工具。 MCAD工具把這些導線(xiàn)布置到三維線(xiàn)纜網(wǎng)絡(luò )，然后把導線(xiàn)的長(cháng)度信息返回到ECAD工具。
在電氣和機構設計之間也存在著(zhù)同步的問(wèn)題。實(shí)際上，在設計最為緊張的階段，電氣和機械設計變更幾乎每天都在發(fā)生，而每一個(gè)設計是由許多的子系統設計組成的。電氣仿真工程師必須確保當前設計階段的仿真和分析結果的正確性。這種數據管理的挑戰會(huì )影響電氣仿真工程師、零件工程師、制造工程師及其他人。
最初，簡(jiǎn)單的文件管理工具遇到過(guò)這樣的挑戰，但是對應成百上千的文件和對每個(gè)文件的多版本，現在的PLM系統提供了更高層次的控制。電氣設計工具中已經(jīng)具備了更進(jìn)一步的數據管理控制，以確保導線(xiàn)和線(xiàn)束設計、零件定義和電氣仿真模型之間的同步。由此，通過(guò)ECAD系統自動(dòng)驗證和檢查以及報告任何過(guò)時(shí)的設計，工程師能夠操縱、同步不同的設計集合。
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