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Mentor Graphics發(fā)布《汽車(chē)系統(tǒng)與線(xiàn)束設(shè)計(jì)的自動(dòng)短路試驗(yàn)》報(bào)告

2015-06-29 09:19 8477

上海2015年6月29日電 /美通社/ -- 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)商 Mentor Graphics 近日發(fā)布一份題為《什么在冒煙?汽車(chē)系統(tǒng)與線(xiàn)束設(shè)計(jì)的自動(dòng)短路試驗(yàn)》的研究報(bào)告。

正文:

  1. 報(bào)告作者: Mike Stamper, Mentor Automotive
  2. 背景:
    防止汽車(chē)線(xiàn)束發(fā)生災(zāi)難性過(guò)載,是一條關(guān)鍵的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)師必須確保熔斷策略能保護(hù)線(xiàn)路。這個(gè)過(guò)程一般涉及人工計(jì)算每條線(xiàn)的較大負(fù)荷,然后將結(jié)果與多年前創(chuàng)建的電子表進(jìn)行比較。
  3. 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(duì)工具,輕松上手
    e. 你可以這樣做
    f. 問(wèn)題早發(fā)現(xiàn),多省錢(qián)
    g. 不再需要原型
    h. 保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間 vs. 電線(xiàn)冒煙特性
    i. 小結(jié)

概述

防止汽車(chē)線(xiàn)束發(fā)生災(zāi)難性過(guò)載,是一條關(guān)鍵的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)師必須確保熔斷策略能保護(hù)線(xiàn)路。這個(gè)過(guò)程一般涉及人工計(jì)算每條線(xiàn)的較大負(fù)荷,然后將結(jié)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(cuò)。你可能發(fā)現(xiàn)報(bào)警,也確實(shí)有情況,但汽車(chē)和飛機(jī)卻仍在正常行駛和飛行。原因如下:

  1. 電路處于過(guò)保護(hù)狀態(tài)。由于大部分設(shè)計(jì)過(guò)程的人工性質(zhì),設(shè)計(jì)師往往過(guò)于謹(jǐn)慎;這意味著所采用的電線(xiàn)比實(shí)際負(fù)荷所需的更粗。
  2. 物理測(cè)試。制作出造價(jià)高昂的物理原型,由測(cè)試工程師對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行物理測(cè)試,以確保電路受到保護(hù)。這既費(fèi)時(shí)間又費(fèi)金錢(qián),而且往往處于設(shè)計(jì)過(guò)程的后期階段,導(dǎo)致因這項(xiàng)測(cè)試而帶來(lái)的設(shè)計(jì)變更的代價(jià)十分高昂。
  3. 工程師和設(shè)計(jì)師聰明無(wú)比。很多設(shè)計(jì)的確延續(xù)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:這是較有效的設(shè)計(jì)方式嗎?

分析和模擬

在談到電路保護(hù)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(hù)設(shè)計(jì)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(xùn)練有素、技術(shù)高超的專(zhuān)家來(lái)創(chuàng)建復(fù)雜的模型,運(yùn)行模擬,然后分析結(jié)果。接著,結(jié)果被反饋給線(xiàn)束工程團(tuán)隊(duì),而他們則必須根據(jù)往往既復(fù)雜又難懂的圖表和結(jié)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(xiàng)重要信息是汽車(chē)的實(shí)際配置。并非所有負(fù)荷都存在于所有汽車(chē)上。以一輛可選配導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車(chē)為例。要進(jìn)行哪種模擬,帶導(dǎo)航還是不帶導(dǎo)航?讓我們將選配天窗添加到組合中:現(xiàn)在,你有22 = 4種車(chē)型要模擬。當(dāng)加入更多選配內(nèi)容后,可以看到,模擬組合的數(shù)字升至2n,其中,n=選配件的數(shù)量。

對(duì)于專(zhuān)業(yè)從事電機(jī)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(shù)十億種汽車(chē)組合的復(fù)雜性超出了任何模擬的范圍。即便你能運(yùn)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(shè)計(jì)變更。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)師不得不根據(jù)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(xiǎn)絲的規(guī)格。假如沒(méi)有人工錯(cuò)誤,設(shè)計(jì)師通常最后完成的是一種過(guò)保護(hù)設(shè)計(jì),導(dǎo)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(zhǎng),使每位工程師都能對(duì)他們的設(shè)計(jì)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(xiǎn)絲尺寸規(guī)格準(zhǔn)則(這是你的工程知識(shí)產(chǎn)權(quán)),我們相信,你的設(shè)計(jì)工具會(huì)讓你的工程師知道是否有問(wèn)題。分析工具應(yīng)對(duì)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(jù)你的工程技術(shù)知識(shí)提出解決這些問(wèn)題的辦法。細(xì)看各種選配內(nèi)容的詳細(xì)模擬運(yùn)行的圖表和曲線(xiàn)圖,是一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程,仍有待解釋數(shù)據(jù)。

選對(duì)工具,輕松上手

有一種成本更低廉、更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。利用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)工具,工程師和設(shè)計(jì)師可執(zhí)行實(shí)施正確構(gòu)建 (correct-by-construction) 設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)則。可以在制作物理原型之前,很早就發(fā)現(xiàn)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(shè)計(jì)分析的正確構(gòu)建法需要若干參數(shù):

1. 汲取電流的設(shè)備的準(zhǔn)確負(fù)荷信息,如:

電機(jī)大小 (hp)

115

208

230

1/7

5安培

3安培

2.9安培

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(nèi)部是專(zhuān)有的,建模工作困難重重。當(dāng)你把關(guān)注的焦點(diǎn)放在手頭的任務(wù)上,即確定保險(xiǎn)絲是否能保護(hù)線(xiàn)路,那么,利用正確的工程工具,ECU 內(nèi)部連接建模就變得小菜一碟。所需的一切,如圖1所示(假設(shè)性示例)。

圖1:可用于 ECU 的一個(gè)簡(jiǎn)單的保險(xiǎn)絲熔斷模型
圖1:可用于 ECU 的一個(gè)簡(jiǎn)單的保險(xiǎn)絲熔斷模型

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

圖2:必須對(duì)線(xiàn)束連接點(diǎn)的位置和溫度極限進(jìn)行建模
圖2:必須對(duì)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(xiǎn)絲、電線(xiàn)以及汽車(chē)上的基本分立器件(車(chē)燈、電機(jī)、開(kāi)關(guān)、接地裝置、繼電器等)的準(zhǔn)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(xiàn)的結(jié)果。工程師可以采用推薦的電線(xiàn)規(guī)格(Wire CSA(max) 欄),并實(shí)際應(yīng)用于設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)化電線(xiàn)規(guī)格直接應(yīng)用于設(shè)計(jì)中。
圖3:工程師可利用正確的工具,輕松地將標(biāo)準(zhǔn)化電線(xiàn)規(guī)格直接應(yīng)用于設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)決定。通過(guò)利用你的工程師的多年經(jīng)驗(yàn),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(xiàn),多省錢(qián)

圖4的圖表顯示了在汽車(chē)的設(shè)計(jì)周期中進(jìn)行設(shè)計(jì)變更的相對(duì)成本。越晚發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,成本越高。汽車(chē)制造商一年的保修和召回費(fèi)用高達(dá)數(shù)十億美元,這對(duì)那些直到汽車(chē)已經(jīng)交到客戶(hù)手中才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的企業(yè)來(lái)說(shuō),嚴(yán)重影響了他們的盈利。你要在設(shè)計(jì)過(guò)程中及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

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)始于成本較高的原型階段,在圖4中沿紅線(xiàn)用淡色曲線(xiàn)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。
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(xiàn)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。
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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)包覆材料開(kāi)始冒煙之前熔斷。日本電線(xiàn)制造商開(kāi)始公布電線(xiàn)的冒煙特性,以便汽車(chē)制造商與線(xiàn)束制造商可以進(jìn)行這種保險(xiǎn)絲尺寸調(diào)整和電線(xiàn)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(xiàn)在高負(fù)荷條件下溫度的升高,電線(xiàn)包覆層開(kāi)始冒煙,電線(xiàn)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(xiàn)絕緣性減弱,電線(xiàn)可能變脆,并可能導(dǎo)致里面的裸線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)、不同材質(zhì)的電線(xiàn)等。圖6為概念示意圖。

圖6:保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間與電線(xiàn)冒煙時(shí)間。
圖6:保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間與電線(xiàn)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(xiàn),并繪出了保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間和電線(xiàn)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):

  1. 在大約20安培時(shí),我們看到,對(duì)于電線(xiàn)與保險(xiǎn)絲的這一組合來(lái)說(shuō),保險(xiǎn)絲會(huì)在電線(xiàn)冒煙(藍(lán)線(xiàn))之前熔斷(橙線(xiàn))。
  2. 在大約8安培時(shí),我們看到,電線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)材料冒煙時(shí)間測(cè)試,以提高線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。

關(guān)于 Mentor Graphics

Mentor Graphics 公司是電子硬件和軟件設(shè)計(jì)解決方案(EDA)的全球領(lǐng)導(dǎo)者,為世界上較成功的通信、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車(chē)電子和國(guó)防軍工公司提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、咨詢(xún)服務(wù)和支持,可加快客戶(hù)電子及機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)速度,提高產(chǎn)品質(zhì)量,增加成本效益。工程師可借助公司不斷推出的新產(chǎn)品及解決方案,應(yīng)對(duì)日趨復(fù)雜的電路板及芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。Mentor Graphics 公司擁有業(yè)內(nèi)最為豐富的頂級(jí)產(chǎn)品線(xiàn),提供完整的 SOC/IC/FPGA/PCB/SI 設(shè)計(jì)工具和服務(wù),并且是唯一一家擁有嵌入式軟件解決方案的 EDA 公司。公司成立于1981年,目前有超過(guò)70家分公司分布世界各地。

公司總部地址:8005 S.W. Boeckman Road, Wilsonville, Oregon 97070-7777。

  • 上市公司(納斯達(dá)克代碼:MENT)
  • 成立于1981年,總部位于俄勒岡州威爾遜維爾市
  • 全球設(shè)有70多個(gè)分公司或辦事處
  • 已在中國(guó)上海、北京、深圳設(shè)立分支機(jī)構(gòu)
  • 公司網(wǎng)址:www.mentor.com,www.mentorg.com.cn

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