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什么是线束?

新思科技 编辑部

2023年4月12日 / 阅读时间 9 分钟

定义

线束是由电线组成的集合体,用于连接汽车中的所有电气和电子(E/E)组件,例如传感器、电子控制单元、蓄电池和执行器。线束负责处理电气和电子系统内的能量和信息流,以实现车辆的主要功能(如转向和制动)以及次要功能(如通风和车载娱乐系统)。

汽车以及卡车、公交车等其他道路车辆,是机械和电气设计中要求最为严苛的应用领域之一。这些应用中的电气系统必须在各种恶劣的环境条件下(包括极端温度、湿度、日照、灰尘、振动等)保持正常运行,操作 。 电气系统还必须满足用户对可靠性的期望,并符合强制性的安全关键设计规范。随着人们对自动驾驶、高级驱动程序 辅助系统(ADAS )以及信息娱乐平台的关注度日益提高,支撑车辆运行的复杂电气系统必须得到高效管理,且不得对乘客和车辆的安全造成任何电气隐患。

汽车内含有大量电线和电缆,如果完全拉直,总长度可达数公里。将它们捆扎成线束,可以更好地抵御振动、磨损和潮湿带来的不利影响。将电线捆扎成不易弯曲的束状,既能优化空间利用,又能降低短路风险。由于安装人员只需安装一个线束(而非多根电线),安装时间得以缩短,且安装流程也更容易标准化。 将电线捆扎在阻燃套管中,还能降低电气火灾的风险。设计这种现代汽车电气系统是汽车开发 制造过程中的一项重要任务,而这正是通过线束来实现的。

线束是如何制造的?

汽车内部的电子元件数量与日俱增,这给连接这些元件的线束管理带来了新的挑战。

线束(线束 )是一种专门设计的系统,用于整理和收纳大量电线或电缆。它是在绝缘材料内对电缆进行系统化、集成化的布置。

布线组件的目的是传输信号或电力。电缆可通过绑带、扎带、电缆捆扎带、套管、绝缘胶带、导管或上述材料的组合进行捆扎。 

与手动进行布线 并连接单根导线不同,这些导线被剪切至所需长度,捆扎在一起,并夹紧在端子或连接器 外壳上,从而形成一个整体。

线束的制造分为两个阶段。首先在软件工具中进行设计,然后将2D和3D布局文件分享给制造工厂,由其进行线束的组装。

汽车线束设计的具体流程包括以下步骤:

  1. 首先,电气系统工程师需明确整个电气系统的功能,包括电气负载及相关特殊要求。电气设备的状态、安装位置以及线束与电气设备之间的连接方式,都是关键的考虑因素。
  2. 根据电气系统工程师提供的电气功能和要求,通过添加某项功能所需的组件并将其相互连接,从而绘制出整车电气原理图。在同一架构平台中,跨多款车型通用的功能会被集中存储在一起。
  3. 在确定原理图后,便开始进行线束设计。在同一平台上,终端客户可能提出各种各样的要求。如果针对每位终端用户的要求分别进行设计,不仅耗时,而且成本高昂。因此,设计人员在设计线束时会同时考虑多种变体。
  4. 最后,会生成所有布线设计的二维示意图,以展示不同导线的捆扎方式,以及如何对线束进行包裹以固定导线。该二维示意图中还显示了端部连接器。
  5. 这些设计可与3D工具交互,以实现细节的导入和导出。线束长度可从3D工具导入,而端对端连接细节则从线束设计工具导出至3D工具。3D工具利用这些数据,在相关位置添加绑带、扎带、线缆捆扎、护套、绝缘胶带和导管等被动组件,并将结果发回线束设计工具。

在软件中完成设计后,线束 将在制造工厂进行生产,流程从切割区开始,接着是预装配区,最后进入装配区。

SaberESD 流程 | 新思科技
舞台描述
函数定义电气系统工程师负责确定功能、负载、位置及连接要求
原理图绘制使用跨平台可复用组件创建的完整车辆电气原理图
线束设计该线束采用灵活设计,可满足不同客户的各种需求
2D设计生成图示展示了线束、护套和端部连接器
3D 工具交互导入导线长度;添加无源元件,并在2D/3D工具之间交换数据
制造阶段包括切割、预组装和组装

制造线束面临哪些挑战?

线束(线束 )的设计过程既耗时又困难,且以任务为导向。随着汽车电子元件数量的增加,线束设计面临的挑战和复杂性也在不断加剧。在现代汽车工业中,应对这些挑战已成为不可或缺的一环。在利用整合平台进行线束(线束 )设计的全球化设计过程中,线束设计面临的三大挑战是:

  • 数据不一致和再利用受限
  • 缺乏系统集成
  • 在实体原型后期发现的问题和错误

要成功迁移到共享(或整合)平台,各团队和各地点之间的数据必须保持一致。如果每个团队都使用各自的EDA和CAD工具进行独立设计,那么“共享”数据随着时间的推移极有可能出现不一致的情况。当设计不匹配时,设计复用——这也是全球化的主要原因之一——将变得困难得多。 此外,数据不一致产生的连锁反应可能会延迟产品上市时间(TTM),而项目后期发现的一致性问题往往需要回溯到早期设计阶段才能解决。

通常只有在将全球各地团队的设计整合成完整的电气设计时,才会发现不一致之处和设计质量问题。这一整合环节在项目进度中出现得过晚,不仅会对产品上市时间(TTM)产生负面影响,还会消耗宝贵的工程资源。此外,由于新竞争对手的出现或行业新标准的出台,车辆要求在项目过程中可能会发生变化。 平台的任何更新都需要对所有工具和数据库进行调整,这种半手动操作极易导致错误和遗漏。如果没有某种形式的持续系统集成,多个团队的设计变更将增加数据不一致的风险,产生多个合并点,并使挑战进一步加剧。

即使合并过程顺利进行且未发现重大不一致之处,也无法保证在构建和测试电气系统的物理原型时不会暴露问题或错误。解决这些问题会进一步延迟产品上市时间(TTM),并消耗更多资源。 传统流程对设计仅进行有限的分析,并依赖实验室测试来完成验证和验证 。使用更先进的EDA工具的一个关键理由在于,可以在物理原型制作阶段之前进行更彻底的验证,仅将实验室测试用于最终的系统验证 。

挑战冲击
数据不一致因团队间不协调导致的延误;设计难以复用;数据风险完整性
缺乏系统集成设计变更未同步;工具/数据库过多会增加出错风险
后期原型设计中的错误在物理测试中发现的问题会延迟产品上市时间并消耗资源

使用EDA工具设计线束有哪些优势?

与传统线束设计方法相比,使用EDA工具设计线束具有诸多优势。除了缩短产品上市时间外,它还能提高数据的一致性、具备处理复杂变体的能力、提升可靠性、增强使用便利性、实现有效监控、优化数据管理完整性 以及提升设计质量验证 。

  1. 更佳的数据一致性。相关工具 和方法的设计旨在支持基于平台的设计生成,以确保数据的一致性,并在整个设计流程中实现充分的复用,从而缩短产品上市时间。这可通过自上而下的关联设计流程和“设计即正确”的集成方式来实现。
  2. 数据完整性 。所有功能均经过集成和协同设计,以确保不存在因集成不足领先的 导致的设计质量问题。这可通过统一的设计数据库、选项管理以及支持多用户并发设计的工作环境来实现。
  3. 设计验证 。仿真 可集成到各个层面,用于参数确定和稳定性 ,通过内置仿真器在设计阶段本身就发现问题和错误,从而实现高级验证和自动化,以加快设置和重用。
优势详情
更高的数据一致性平台驱动的设计可确保一致的复用性,并缩短产品上市时间
数据完整性统一的设计数据库、多用户环境以及选项管理可有效防止设计质量问题
设计验证内置仿真功能可在制作原型之前进行验证,从而提高质量并稳定性

线束和 新思科技

新思科技 Saber™ 这是一款面向多领域电力电子设计的高性能虚拟原型设计工具解决方案,由SaberRD 、SaberEXP和SaberES Designer 组成。Saber使工程师能够针对不同元件公差运行复杂仿真,生成最佳和最坏情况下的结果,并轻松进行“假设分析”。领先的 的行业级精度通过减少所需原型数量,从而降低开发 成本。

SaberES Designer 这是一款用于优化线束布局、材料和成本的线束设计工具,可与行业CAD系统集成。该软件为线束设计中的挑战提供了解决方案,以确保数据的一致性、数据完整性 以及设计验证 。该解决方案也被称为自上而下的“互联”设计流程,基于所有团队共享的单一设计静电放电 数据库构建,从而确保所有并行项目之间的一致性。

它允许设计人员从经过批准的库和数据库中选择内容和部件,在集成系统的同时确保“设计即正确”。 其强大的设计生成、验证 以及多领域验证功能,可提升设计质量并优化电气系统稳定性 。自上而下的生成式流程提升了设计人员的生产力 ,既节省了资源,又缩短了上市时间(TTM)。单一、统一的数据库解决了传统流程中系统集成不足的问题。通过使用经过批准的部件并保持一致性,集成过程变得更加顺畅。不再需要经历那个会暴露大量问题的“大规模合并”步骤。

自上而下的工作流程还使得共享架构平台以及为各个设计项目创建并行变体变得更加容易。 共享数据库代表了一种“200%设计”,其中包含了电气系统的所有可能选项。当设计师开展新项目时,他们会使用装配过滤器来创建独特的产品。这使得从现有选项中进行选择以创建模块化和复合式线束变得十分容易。这些过滤器在整个开发 流程中被反复使用,包括为电路仿真 生成网表、将数据导出到3D MCAD工具,以及生成制造输出文件。

该数据库和设计流程由一个多元化的用户群体共享。除了由设计师管理的角色外,其他角色还包括负责维护公司库中符号及其他信息的图书管理员、控制哪些用户可以访问和修改哪些数据的管理员,以及能够对架构平台进行根本性更改的超级用户。 设计流程必须具备高度的可定制性,包括添加其他类型的库以及控制数据访问权限,以遵循公司和项目的政策。超级用户在根据其他用户的需求定制解决方案方面拥有很大的灵活性。SaberES Designer 能够无缝处理此类复杂性,是多家原始设备制造商(OEM)首选的线束设计工具。

共享数据库意味着所有更改都会立即对所有用户生效。无需耗时的手动导入或导出操作,也不存在因外部交换格式导致的数据损坏风险。系统会向用户发送有关更改的信息通知,用户可据此评估这些更改对其具体设计领域的影响。当需要更新设计时,系统会向用户发出提醒。

要避免在制作物理原型时出现意外情况,唯一的方法就是通过电路仿真 进行验证。其目标是通过在项目尽早阶段识别任何问题,从而实现设计流程的“左移”。对于SaberES Designer 而言,仿真器是内置的解决方案,用户可以轻松尝试各种选项和变体组合。这不仅能提高电路稳定性 和质量,还能对设计空间进行“假设分析”。 与构建和测试多个物理原型相比,仿真能够分析出更多设计组合。

这使设计人员能够合理配置电气系统的规模,并在线束和电气组件之间实现负载平衡。内置仿真器支持以下功能:

  • 直流仿真
  • DC/压降 分析
  • 连接性检查
  • 保险丝/导线规格核查

该内置仿真器还支持瞬态仿真、变异性 以及用于鲁棒设计的可靠性分析,并支持故障 分析,以满足ISO 26262 功能安全标准标准 的要求。

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