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協(xié)同電氣仿真、 MCAD和PLM的汽車設計

作者: 時間:2012-11-26 來源:網(wǎng)絡 收藏
現(xiàn)代汽車確實是一個大型的復雜的機電系統(tǒng)。為設計這些系統(tǒng),許多公司正在轉向虛擬樣機技術,通過創(chuàng)建軟件"模型"來研究、優(yōu)化,該方法的成本遠遠低于實際樣件的成本。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整合和同步協(xié)調、數(shù)據(jù)管理以及電氣和機械領域的設計變更。

盡早開始

在初始設計階段的可以揭示那些需要進行重新設計的問題。電氣系統(tǒng)和物理設計是相互依存的,因此,在電氣系統(tǒng)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現(xiàn)會更簡單、成本更低。

仿真減少了物理樣機的需求,同時縮短了時間降低了成本。重要的是,基于計算機的方法承擔了驗證設計完整性的過程,遠遠超出采用物理樣機的方法所能達到的結果。汽車的電氣子系統(tǒng)、嵌入式軟件和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡可以支持大范圍的數(shù)據(jù)交互,這些數(shù)據(jù)能夠非常容易地結合在一起,這種結合將會給汽車服務帶來一個主要的問題。采用物理樣機的方法是不太可能找到這些問題的,而仿真可以在產(chǎn)品投入服務之前就揭示那些最了不起眼的問題。

不僅僅驗證直流電

仿真工具可以用來驗證和支持電氣設計過程中的許多階段。最常用的直流仿真工具可以驗證導線的截面積、保險絲和供電。這種電氣仿真模型的基礎就是電氣系統(tǒng)中每一個用電設備和導線的"電氣模型"。直流分析模型是相對簡單的電阻模型。

連續(xù)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單的電氣模型,但是為工程師創(chuàng)建布線設計提供了強大的設計支持。在每個用電設備和導線在完成布置后,該仿真即可辨識連續(xù)性和連接錯誤的問題。

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,它和啟動和穩(wěn)態(tài)功耗有顯著差別。仿真工具指導這些設計以適應這些最壞狀況下的電流。

通過建立收發(fā)器模擬、數(shù)字和模擬數(shù)字混合信號以及傳輸線路行為等模型,仿真工具可以對車載網(wǎng)絡是否正確運行進行驗證。這些數(shù)字網(wǎng)絡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、導線選型正確?,F(xiàn)今的系統(tǒng)可以確認電氣系統(tǒng)的行為在任何情況下都正確無誤,同時也可能驗證零件失效時的良性行為。

仿真工具必須遍歷多個方案中的電氣設計,這些方案代表了在汽車服務過程中出現(xiàn)的每一種電氣開關的開閉和/或零件的失效模式。再次說明,這里有很多很多的排列組合。仿真是計算密集型的任務,但是它能夠揭示不可預見的失效,如果得不到解決,會影響最終用戶的舒適性或者安全性。

設計不良的電氣系統(tǒng)可以包含"潛藏電路"。這種結果發(fā)生在某一特定的開關位置組合或者是零件故障時,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,或者燈變暗或關閉,呈現(xiàn)出隨機性。今天,越來越多的公司把潛藏電流仿真加入到評估過程。

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)品的完整性是至關重要的。在一個復雜的汽車系統(tǒng)中,單個組件故障可以產(chǎn)生影響其他電氣系統(tǒng)的連鎖的副作用。這些只能通過計算仿真來評估數(shù)以百萬計的可能性并確定嚴重的問題來進行預測。

ECAD協(xié)同工作

計算機技術出現(xiàn)的早期就出現(xiàn)了電氣仿真工具,但是直到近來這些工具都還沒有被廣泛應用于汽車設計過程。這部分是因為電氣設計與物理布置是相互依存的。例如,導線的電阻依賴于它的電阻率和長度。在分析模型中,電氣分析工程師必須確保所有的導線長度被完整定義。傳統(tǒng)上這是一個勞動密集型的過程,隨著設計復雜型的增加已經(jīng)越來越不適用。

現(xiàn)代解決方案是采用ECAD與工具的交互式接口。ECAD工具把每根導線的"點-點"信息發(fā)送到工具。 MCAD工具把這些導線布置到三維線纜網(wǎng)絡,然后把導線的長度信息返回到ECAD工具。

在電氣和機構設計之間也存在著同步的問題。實際上,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,而每一個設計是由許多的子系統(tǒng)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(shù)據(jù)管理的挑戰(zhàn)會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,簡單的文件管理工具遇到過這樣的挑戰(zhàn),但是對應成百上千的文件和對每個文件的多版本,現(xiàn)在的系統(tǒng)提供了更高層次的控制。電氣設計工具中已經(jīng)具備了更進一步的數(shù)據(jù)管理控制,以確保導線和線束設計、零件定義和電氣仿真模型之間的同步。由此,通過ECAD系統(tǒng)自動驗證和檢查以及報告任何過時的設計,工程師能夠操縱、同步不同的設計集合。

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關鍵詞: 電氣仿真 MCAD PLM

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