汽車(chē)系統(tǒng)與線束設(shè)計(jì)的自動(dòng)短路試驗(yàn)

使你的設(shè)計(jì)工程師能在制造原型之前不斷地進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，不但可以節(jié)約時(shí)間和金錢(qián)，還能提高你的產(chǎn)品的可靠性。大部分電氣設(shè)計(jì)測(cè)試開(kāi)始于成本最高的原型階段，在圖4中沿紅線用淡色曲線表示。如果你先在創(chuàng)意到邏輯設(shè)計(jì)階段花了較多的時(shí)間和精力，那么在整合過(guò)程中所花的時(shí)間、金錢(qián)和精力就會(huì)少得多，保修和召回成本也會(huì)減少。

圖4：在設(shè)計(jì)過(guò)程中越晚發(fā)現(xiàn)缺陷，改正的成本就越高。

不再需要原型

日益盛行的一類(lèi)電線和保險(xiǎn)絲尺寸規(guī)格分析是短路測(cè)試。有三種短路測(cè)試，如圖5所示。

圖5：三種短路測(cè)試：A – 高壓側(cè)短路測(cè)試，B – 低壓側(cè)短路測(cè)試，C – 負(fù)荷兩端短路測(cè)試。

這類(lèi)分析一般在物理測(cè)試中進(jìn)行。這需要在設(shè)計(jì)完成后制造一輛造價(jià)高昂的原型車(chē)，成本可能高達(dá)百萬(wàn)美元以上。制造這類(lèi)原型車(chē)的目的不只是進(jìn)行電氣測(cè)試，也是為了進(jìn)行物理測(cè)試。這種性質(zhì)的短路測(cè)試具有損壞線路的風(fēng)險(xiǎn)，可能需要進(jìn)行昂貴的維修，以便使車(chē)輛為計(jì)劃進(jìn)行的下次測(cè)試做好準(zhǔn)備。在設(shè)計(jì)完成前，在制造昂貴的原型車(chē)之前，這類(lèi)測(cè)試應(yīng)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行，并應(yīng)對(duì)公司中的每一位線束工程師公開(kāi)，而不是掌握在少數(shù)模擬專(zhuān)家的手中。

保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間 vs. 電線冒煙特性

在日本開(kāi)始盛行的一項(xiàng)分析是，調(diào)整保險(xiǎn)絲的尺寸，使保險(xiǎn)絲在短路測(cè)試中，在電線包覆材料開(kāi)始冒煙之前熔斷。日本電線制造商開(kāi)始公布電線的冒煙特性，以便汽車(chē)制造商與線束制造商可以進(jìn)行這種保險(xiǎn)絲尺寸調(diào)整和電線尺寸調(diào)整。

這類(lèi)測(cè)試背后的主要驅(qū)動(dòng)因素是耐用性。隨著電線在高負(fù)荷條件下溫度的升高，電線包覆層開(kāi)始冒煙，電線的耐用性降低。這可能導(dǎo)致任何數(shù)量的耐用性問(wèn)題。隨著電線絕緣性減弱，電線可能變脆，并可能導(dǎo)致里面的裸線暴露在外，造成短路危險(xiǎn)。想象一下，在行駛過(guò)程中，安全氣囊電路意外短路，安全氣囊打開(kāi)的情形。保修和召回成本驚人。先期測(cè)試做得越多，參與測(cè)試工作的設(shè)計(jì)工程師越多，測(cè)試工作越輕松，產(chǎn)品也越完善。

這類(lèi)測(cè)試，有時(shí)稱(chēng)作“電線冒煙測(cè)試”，是用物理原型車(chē)來(lái)進(jìn)行，費(fèi)錢(qián)費(fèi)時(shí)。這類(lèi)測(cè)試原理如下所述：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，引起負(fù)荷端短路(高壓側(cè)、低壓側(cè)或負(fù)荷兩端)，對(duì)電路進(jìn)行觀測(cè)。如果電線包覆材料在保險(xiǎn)絲熔斷前開(kāi)始冒煙，則要研究解決辦法。這可能涉及更換更大規(guī)格的保險(xiǎn)絲、熔斷時(shí)間更短的保險(xiǎn)絲、更粗的電線、不同材質(zhì)的電線等。圖6為概念示意圖。

圖6：保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間與電線冒煙時(shí)間。

在圖6的圖表中，我們采用一根假設(shè)的保險(xiǎn)絲和電線，并繪出了保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間和電線冒煙時(shí)間(均以秒為單位)及電流(單位：安培)。讓我們來(lái)看一看圖上的兩個(gè)點(diǎn)：

在大約20安培時(shí)，我們看到，對(duì)于電線與保險(xiǎn)絲的這一組合來(lái)說(shuō)，保險(xiǎn)絲會(huì)在電線冒煙(藍(lán)線)之前熔斷(橙線)。

在大約8安培時(shí)，我們看到，電線會(huì)在保險(xiǎn)絲熔斷前冒煙。這不是人們所希望的情況，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致電線材料老化，總體上造成耐用性問(wèn)題。

如今市場(chǎng)上有能幫助你做到這一點(diǎn)的工具。問(wèn)問(wèn)你自己，由公司里的任意一位工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期在虛擬環(huán)境下自動(dòng)進(jìn)行下列分析，是不是很重要：

整車(chē)負(fù)荷測(cè)試

多種汽車(chē)配置的自動(dòng)化測(cè)試

自動(dòng)保險(xiǎn)絲尺寸調(diào)整與零件選型

自動(dòng)電線尺寸調(diào)整與零件選型

自動(dòng)化短路測(cè)試 -- 高壓端、低壓端、負(fù)荷兩端短路測(cè)試或三種測(cè)試輪流進(jìn)行

保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間與電線材料冒煙時(shí)間測(cè)試，以提高線路耐用性

小結(jié)

物理模型測(cè)試提出了兩個(gè)成本問(wèn)題：(1) 制造和維護(hù)原型的成本十分高昂;(2) 遲至原型階段才發(fā)現(xiàn)的缺陷，改正成本十分高昂。解決辦法是對(duì)于能進(jìn)行適當(dāng)模擬的系統(tǒng)，采用虛擬原型和模擬。線束很容易進(jìn)行模擬，虛擬原型很容易發(fā)現(xiàn)缺陷，如短路或保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間與電線冒煙時(shí)間。利用這些工具，不但可以大大節(jié)約成本，還能縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。