Entwurfsmethode für Kfz-Schaltkreiskabelbäume

Bei der Konstruktion von Kfz-Stromkreiskabeln muss die Sicherheit umfassend berücksichtigt werden, Zuverlässigkeit, elektromagnetische Verträglichkeit und Wartungsfreundlichkeit. Im Folgenden sind die wichtigsten Entwurfsmethoden und -prinzipien aufgeführt:
1. Designprinzipien und Spezifikationen
„Sicherheit geht vor“.
Hochspannungskabelbäume (wie zum Beispiel Fahrzeuge mit neuer Energie) müssen ein zweigleisiges Design übernehmen, um zu vermeiden, dass der Körper als Erdungspunkt dient, und befolgen Sie strikt die Anforderungen an Hochspannungsfestigkeit und Schutzniveau.
Die Gurte müssen Kollisionsdeformationsbereiche vermeiden (wie Antikollisionsbalken und Innentüren) um Isolationsschäden und Leckagen zu verhindern.
Die Drähte müssen ordentlich gebündelt werden, fixiert und geklemmt, und geschützt beim Durchgang durch Löcher, und die Verschiebung während einer Notbremsung sollte reserviert werden.

‌Modulares und segmentiertes Design‌
Teilen Sie die Kabelbaummodule auf (wie zum Beispiel Motorkabelbaum, Instrumentenkabelbaum, Türkabelbaum, usw.) nach Funktionsbereichen, um die Länge des Hauptgurtes zu reduzieren, Reduzieren Sie die Kosten und erleichtern Sie die Demontage und Montage.
Segmentierte Steckverbinder sollten an einer versteckten und leicht zu wartenden Stelle angeordnet werden, um die Gefahr von Stößen zu vermeiden.

‌Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)‌
Hochspannungskabel sollten möglichst weit unter dem Fahrgestell verlegt werden, um elektromagnetische Störungen zu reduzieren. Für empfindliche Signalleitungen (wie CAN-Bus), Zur Verbesserung der Entstörungsfähigkeit wird ein Twisted-Pair- oder abgeschirmtes Kabeldesign verwendet.

Ausführliche Erläuterung der Erkennung und Analyse von Kfz-Schaltplänen

2. Anordnungsmethode
‌Befestigungs- und Abstandsanforderungen‌
Der Abstand benachbarter Befestigungspunkte von Hochspannungskabelbäumen richtet sich nach der Querschnittsfläche:
Wenn die Querschnittsfläche größer ist als 16 mm², der Abstand beträgt ≤300 mm;
Wenn die Querschnittsfläche ≤16 mm² beträgt, der Abstand beträgt ≤200 mm‌.
Der Spalt zwischen dem Kabelbaum und den stationären Teilen beträgt ≥10 mm, Vermeiden Sie den Kontakt mit scharfen Kanten, hohe Temperaturen, und bewegliche Teile. Bei Bedarf, Fügen Sie zum Schutz einen Hitzeschild oder ein Wellrohr hinzu.

‌Verdrahtungswegoptimierung‌
Bei Hochspannungskabelbäumen sollten Kreuzungen oder Wicklungen vermieden werden, und die positiven und negativen Drähte sollten im gleichen Pfad verlegt werden. Die dazugehörigen Geschirre (wie zum Beispiel die Drehstromleitungen des Motors) sollten symmetrisch angeordnet sein‌.
Wenn die Kabelbäume für das Cockpit und die vordere Kabine angeschlossen sind, Sie müssen durch die Blechlöcher der Karosserie geführt und abgedichtet werden, um das Austreten von Wasser und Staub zu verhindern.

‌Dreidimensionale Layoutvorgaben‌
Kombinieren Sie die Karosserieblechstruktur, um die Richtung des Kabelbaums zu planen und so eine bequeme Montage und Wartung zu gewährleisten. Der Stecker ist in einer einfach zu bedienenden Position angeordnet, um das schwierige Ein- und Ausstecken mit einer Hand zu vermeiden‌8.

III. ‌Spezielles Design des Hochspannungskabelbaums‌
‌Zweispuriges System und Steckerauswahl‌
Der Hochspannungskreis ist grundsätzlich zweigleisig ausgelegt. Der Steckverbinder muss über eine Schleifenverriegelung verfügen, hohes Schutzniveau (wie IP67) und Abschirmfunktion, und ausgereifte Lieferanten werden bevorzugt‌.

Hochvolt-Kabelbäume wie Antriebssysteme und Ladestationen müssen unabhängig voneinander und gleichmäßig symmetrisch angeordnet sein.

‌Schutzmaßnahmen‌
Der Kabelbaum im Motorraum muss beständig gegen hohe Temperaturen und Vibrationen sein, und Fixpunkte müssen alle festgelegt werden 200 mm, mit einem Abstand von ≥100 mm von der Wärmequelle‌.

Verwenden Sie Schutzabdeckungen aus Kunststoff, wenn Sie den Türkabelbaum durch die Löcher führen, und ordnen Sie sie auf der trockenen Seite der Tür an, um das Risiko eines Wasseraustritts zu verringern.

IV. ‌Verifizierung und Optimierung‌
‌Systemüberprüfung‌
Die Entwurfsphase muss abteilungsübergreifende Prüfungen bestehen (Design, Verfahren, Qualität, Herstellung) um die Durchführbarkeit des Systems sicherzustellen.

‌Probeproduktion und Test‌
Überprüfen Sie die zweidimensionalen Zeichnungen anhand dreidimensionaler Schaltpläne und Schaltpläne, und funktional durchführen, Haltbarkeits- und Umweltanpassungstests nach der Probeproduktion‌.
Die oben genannten Entwurfsmethoden müssen in Kombination mit der elektrischen Last des Fahrzeugs umfassend optimiert werden, Betriebsbedingungen (wie kontinuierliches/kurzzeitiges/zufälliges Arbeitssystem) und Umweltfaktoren (Temperatur, Vibration).

Erforschung und Anwendung der Entwurfsmethode für Kfz-Kabelbäume

Als wichtiger Anteil der Kabelbaumkosten, Der Kfz-Kabelbaumkreis hat einen erheblichen Einfluss auf die Optimierung der Kabelbaumkosten. Es steht auch in direktem Zusammenhang mit der Sicherheit und Zuverlässigkeit der elektrischen Geräte des Fahrzeugs. Basierend auf der Arbeitspraxis, Dieser Artikel fasst viele Überlegungen zum Schleifendesign sowohl unter Kosten- als auch unter Leistungsgesichtspunkten zusammen, und schlägt spezifische Kontrollstrategien und Umsetzungsansätze vor, Bereitstellung technischer Unterstützung für ein effizientes und präzises Design von Kabelbaumschleifen. Für Kabelbaumkonstrukteure ist es von großer Bedeutung.

1 Einführung
Kabelbaumprodukte dienen als Verbindungsträger für elektrische Funktionen im Automobil und realisieren die Schaltungsverbindung zwischen verschiedenen elektrischen Komponenten. Der Anfangspunkt und der Endpunkt jeder Stromkreisverbindung bilden die Schleife innerhalb des Kabelbaumprodukts. Man kann sagen, dass der Kabelbaumkreis das Herzstück des Kabelbaumprodukts ist. Die Qualität des Schaltungsdesigns des Kabelbaumprodukts bestimmt direkt die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Fahrzeugkabelbaums. Da der Grad der Elektrifizierung von Fahrzeugen zunimmt, Die Daten elektrischer Komponenten nehmen zu, Die Signalinteraktion zwischen Elektrogeräten wird immer intimer, Auch die Anzahl der Kabelbaumschleifen im Automobil nimmt stark zu. Die Kabelbaum-Schaltkreisdaten allgemeiner Fahrzeugmodelle haben nahezu erreicht 1,000 (Figur 1).
Die Optimierung und Koordinierung einer so großen Anzahl von Schaltkreisen ist ein schwieriges Problem bei der Entwicklung von Kfz-Kabelbäumen.
Die vorhandenen technischen Informationen zum Kabelbaumdesign für Kraftfahrzeuge bieten hauptsächlich Designrichtlinien für das Kabelbaumdesign bei der Auswahl von Kabelbaummaterialien sowie Herstellungs- und Verarbeitungsverbindungen, Es fehlt jedoch eine systematische Analyse der Planungs- und Designkonzepte von Kabelbaumschaltungen. In diesem Artikel werden die relevanten Kernpunkte des Kabelbaumschleifendesigns unter zwei Gesichtspunkten erläutert: Kosten und Leistung, und bietet spezifische Steuerpfade. Es spielt eine gewisse Führungsrolle bei der Gestaltung von Kabelbaumschaltungen.

2 Kostenbasierte Schleifenentwurfsmethode
Die Kabelbaumschleife macht ca. aus 90% der Materialkosten des Kabelbaums, einschließlich Drähte und Anschlüsse. Kontrolle der Kosten für die Kabelbaumkonstruktion, Wir müssen mit der Optimierung des Kabelbaumschleifendesigns beginnen.
Bezüglich der Verwendung von Drähten, Wie die Schleifenverbindungsfunktion mit der minimalen Kabellänge erreicht werden kann, ist die erste Frage, die beim Schleifendesign berücksichtigt werden muss. Dies beinhaltet zwei Aspekte von Designelementen: die Platzierung elektrischer Komponenten und die Auswahl der Kabelbaum-Layoutpfade. Diese beiden Faktoren sind unabhängig voneinander, hängen jedoch miteinander zusammen und haben einen erheblichen Einfluss auf die Verwendung der Drahtlänge.
Erste, Es ist notwendig, die Verbindungsmethode der Schaltung auf der Grundlage des Komponentenprinzips zu bestimmen, und dann die vorläufige Position des Layouts jeder Komponente in der Fahrzeugumgebung bestimmen. Die Auswahl des Kabelbaum-Layoutpfads basiert auf der Layoutposition der Komponenten, Verwenden Sie die kürzeste Kabelbaumlänge, um so viel wie möglich von der Komponentenanordnungsfläche abzudecken. Dies ist auch der Prototyp der elektrischen Topologie des Fahrzeugs.

Nach Abschluss der Fahrzeugtopologiekonstruktion, Es muss entworfen und überprüft werden. Durch Berechnung des spezifischen Kabelverbrauchs, Wir können feststellen, ob die Anordnungsposition der Komponenten und der Kabelbaum-Anordnungspfad angemessen sind (Derzeit gibt es eine große Anzahl an Software auf dem Markt, die diese Funktion realisieren kann). Die spezifische Methode besteht darin, die Teile einzeln zu vergleichen und anzupassen. Wie in der Abbildung gezeigt 2 und Figur 3, Die Designs verschiedener BCM-Layoutpositionen werden verglichen, um die Länge und Anzahl der im Fahrzeug verwendeten Kabel zu überprüfen, und bestimmen Sie dann, welche Position des BCM-Layouts besser ist.
In diesem Prozess, Es kommt häufig zu gegenseitiger Beeinflussung: Die Anpassung des Layouts von Komponente A wirkt sich auf die Auswahl des Standorts von Komponente B aus. daher, Nachdem Sie nacheinander die Auswirkung jeder Komponente und des Kabelbaumpfads auf die Länge des Kabels ermittelt haben, Diejenige, die einen größeren Einfluss auf die Länge des Drahtes hat, wird als bevorzugte Lösung in der ersten Runde ausgewählt. Auf dieser Basis, Die Topologie wird neu aufgebaut und andere Sekundärlösungen werden erneut verglichen und analysiert. Dadurch wird eine Topologie-Designplattform mit der kleinsten Drahtlänge erreicht.
Eine perfekte Topologie kann einen minimalen Kabelverbrauch gewährleisten. Gleichzeitig, bezüglich der Verwendung von Drähten, Das traditionelle Designkonzept stellt klare Anforderungen an die Auswahl der Drähte. Um Verwirrung beim Anschließen der Klemmen zu vermeiden, Zur Unterscheidung werden häufig mehrere Kabelfarben verwendet. Jedoch, da sich das Fertigungsniveau und die Inspektionsmethoden weiter verbessern, Die Drahtfarben der Drähte können tatsächlich entsprechend entworfen und angepasst werden, um die Schleifenfunktion mit der minimalen Anzahl von Drahttypen zu realisieren, Dies ist auch eine Methode zur Reduzierung der Schleifenentwurfskosten aus gestalterischer Sicht.
Für Steckverbinder, Bei der Schleifenkonstruktion muss darauf geachtet werden, den Einsatz von Steckverbindern zu minimieren und Übertragungsschleifen zu reduzieren. Hier, Der Kabelbaumkonstrukteur muss sich in einen Systemkonstrukteur verwandeln, und die Entwurfsarbeit zur Reduzierung des Einsatzes von Steckverbindern und Übertragungsschleifen muss auf den Entwurf und die Planung elektrischer Komponenten verlagert werden. Es sind zwei Hauptaspekte zu berücksichtigen:
Einerseits, Funktionsschaltkreise elektrischer Komponenten können je nach Fahrzeugmodellkonfiguration unterschieden werden. Zum Beispiel, für Airbag-Steuergeräte, Grundlegende Funktionsschaltkreise können im selben Steckverbinder entworfen werden, während erweiterte oder erweiterte Funktionen in einem anderen Anschluss angeordnet werden können. Auf diese Weise, Bei Low-End-Modellen kann nur ein Anschluss verwendet werden, und die elektrische Schaltungsfunktion kann ebenfalls realisiert werden.
Auf der anderen Seite, es kann auch entsprechend dem Anschlussbereich der Schaltung geplant werden, wie zum Beispiel das Airbag-Steuergerät. Einige Designer erwägen, die Funktionen des Chassis in demselben Anschluss und die Funktionen der Instrumententafel in einem anderen Anschluss zu entwerfen. Durch diese Art der Planung kann die gegenseitige Übertragung von Strecken in verschiedenen Regionen reduziert werden. Dieses flächenbasierte Funktionsschleifendesign ist besonders effektiv für elektrische Komponenten mit einer großen Anzahl verbundener Pins (wie BCM-Controller).

3 – Schaltungsentwurfsmethode basierend auf der Kabelbaumleistung
Die Kabelbaumschleife ist das Herzstück der Schaltungsverbindung. Die Sicherheit und Zuverlässigkeit seiner Stromkreisverbindungen sind Anforderungen, die erfüllt werden müssen. Die Drähte und Anschlüsse im Schaltungsentwurf müssen den Anforderungen der Last und Umgebung entsprechen. Diese Inhalte wurden in anderen Designmaterialien ausführlich beschrieben. In diesem Artikel wird lediglich erläutert, wie das Design der Schleifenleistung aus Sicht der Schleifenpfadauswahl sichergestellt werden kann.
Erste, Das Schaltungsdesign muss nicht erkennbare Fehlermodi vermeiden. Wie in der Abbildung gezeigt 4, Der hintere Teil der Sicherung ist parallel zum Relaisspulenende und zum Kontaktende geschaltet. Diese Art von Design ist bei der Gestaltung von Fahrzeugschaltungen weit verbreitet. Dieses Design ist offensichtlich sinnvoll, wenn die Anschlüsse am Ende der Relaisspule und am Ende des Kontakts unterschiedlich sind. Jedoch, wenn die Klemmen am Ende der Relaisspule und am Kontaktende gleich sind, Aktuelle elektrische Prüfgeräte können einen solchen Fehlermodus nicht erkennen, wenn die Anschlüsse in der falschen Position in die Relaislöcher eingeführt werden.
daher, Diese Schleifenentwurfsmethode kann in einigen Fällen nicht verwendet werden. Natürlich, Unterschiedliche Konstrukteure sind mit unterschiedlichen Designumgebungen und Fertigungsumgebungen konfrontiert, und die spezifischen Fehlermodi werden ebenfalls unterschiedlich sein, Aber die Vermeidung von Fehlermodi beim Schaltungsentwurf ist das erste, was es zu berücksichtigen gilt.
Auf der anderen Seite, Das aktuelle Niveau der Automobilelektronik hat sich deutlich verbessert. Als elektronischer Träger, Auch die elektromagnetische Umgebung, der Automobile ausgesetzt sind, ist komplexer, und wie man elektromagnetische Störungen beim Entwurf von Kabelbaumschaltungen reduzieren kann, ist ein unvermeidliches Thema. Störung der Drahtkopplung (Figur 5), Störungen der Stromversorgung, Bodenstörung, Strahlungsstörungen, usw. Sie alle haben negative Auswirkungen auf den normalen Betrieb elektrischer Geräte. Die Stromkreise im Kabelbaum sind gebündelt, und die zwischen den Kabelbaumschleifen und zwischen dem Kabelbaum und dem Metallleiter erzeugte Drahtkopplungsinterferenz ist im Kabelbaum besonders ausgeprägt.
Zur Reduzierung von Drahtkopplungsstörungen im Schleifendesign, Wir müssen zunächst zwischen Interferenzschleifen und empfindlichen Schleifen unterscheiden. Um es einfach auszudrücken, induktive Lastkreise wie z. B. Zündspulen, Sprecher, Motoren, usw. sind Störstromkreise, während Schaltungen wie Bildgebung, Radarsonden, LED-Leuchten mit geringem Stromverbrauch, und verschiedene Sensoren sind empfindliche Schaltkreise. Störschleifen und empfindliche Schleifen müssen während des Designprozesses getrennt angeordnet werden. Tests haben gezeigt, dass eine Vergrößerung des Abstands zwischen den Drähten hochfrequente Störungen reduzieren kann (Figur 6). Wenn die Unterscheidung nicht möglich ist, Um die Richtigkeit des Schaltungsdesigns festzustellen, müssen Funktionstests durchgeführt werden, indem Störungen in die Drähte eingespeist werden.
Gleichzeitig, um den Einfluss von Kabelbaumstrahlung und -kopplung zu reduzieren, Die Fläche der Stromkreisschleife und die Länge des Kabelbaums sollten so weit wie möglich reduziert werden. Im Design des gesamten Fahrzeugs, Es ist notwendig, den Schleifenbereich des Kabelbaums zu minimieren, insbesondere die Stromleitungen und Erdleitungen. Es ist erforderlich, dass die Kabelbäume in der Schleife so weit wie möglich parallel verlegt und so nah wie möglich am Metallkörper befestigt werden, um die Schleifenfläche zu reduzieren, und der Abstand zwischen den Drähten sollte 50 cm nicht überschreiten.
Zusätzlich zur Berücksichtigung der Auslegung von Störschleifen und empfindlichen Schleifen, Um die Abschirmungserwartungen zu erfüllen, muss bei der Schleifenkonstruktion auch auf die im Kabelbaum verwendeten Anti-Interferenz-Komponenten, verdrillte Paare und abgeschirmte Drähte geachtet werden. Die beiden Adern des Twisted-Pair-Kabels sollten den gleichen Durchmesser und die gleiche Länge haben, und der Verdrehungsabstand sollte 10 bis 20 mm betragen. Die spezifische Dralllänge unterliegt experimentellen Tests. Der Schirmerdungsanschluss sollte den Schirm an beiden Enden 360° mit dem Schirmmantel verbinden. Die Abschirmschicht und die Abschirmhülle bilden eine vollständige Abschirmung der Signalleitung. Wenn das Gehäuse der an das abgeschirmte Kabel angeschlossenen Komponente nicht aus Metall besteht, Mit metallleitenden Klammern kann die Abschirmschicht auf die Metallplatte gedrückt werden, die zuverlässig mit der Karosserie verbunden ist. Die Schirmdämpfung sollte 60 dB erreichen.

4 Abschluss
In diesem Artikel wird die Entwurfsmethode für Kfz-Kabelbaumschaltungen unter zwei Gesichtspunkten analysiert: Kosten und Leistung, und erläutert die Anwendung spezifischer Methoden anhand der Arbeitspraxis. Die wichtigsten Punkte des Kabelbaumschleifendesigns werden herausgearbeitet, Dies ist von entscheidender Bedeutung für Kabelbaum-Konstrukteure im Loop-Design-Prozess.