Metodo di progettazione del cablaggio del circuito automobilistico

Il design dei cablaggi del circuito automobilistico deve considerare in modo completo la sicurezza, affidabilità, Compatibilità elettromagnetica e comodità di manutenzione. I seguenti sono i metodi e i principi di progettazione principale:
1. Principi e specifiche di progettazione
‌La sicurezza prima di tutto‌
Cablaggi ad alta tensione (come i veicoli a nuova energia) è necessario adottare un design a doppio binario per evitare il corpo come punto di messa a terra, e seguire rigorosamente i requisiti di resistenza all'alta tensione e livello di protezione.
Le imbracature devono evitare aree di deformazione da collisione (come travi anticollisione e porte interne) per evitare danni all'isolamento e perdite.
I fili devono essere raggruppati ordinatamente, fisso e bloccato, e protetto durante il passaggio attraverso i fori, e lo spostamento durante la frenata di emergenza dovrebbe essere riservato.

‌Design modulare e segmentato‌
Dividere i moduli del cablaggio (come il cablaggio del motore, cablaggio dello strumento, cablaggio della porta, ecc.) in base alle aree funzionali per ridurre la lunghezza del cablaggio principale, ridurre i costi e facilitare lo smontaggio e il montaggio.
I connettori segmentati devono essere disposti in una posizione nascosta e di facile manutenzione per evitare il rischio di urti.

‌Compatibilità elettromagnetica (EMC)‌
I cablaggi ad alta tensione devono essere instradati il ​​più possibile sotto il telaio per ridurre le interferenze elettromagnetiche. Per linee di segnale sensibili (come il bus CAN), Il design a doppino intrecciato o cavo schermato viene utilizzato per migliorare la capacità anti-interferenza.

Spiegazione dettagliata del riconoscimento e analisi del diagramma del circuito automobilistico

2. Metodo di disposizione
‌Requisiti di fissaggio e spaziatura‌
La distanza tra i punti di fissaggio adiacenti dei cablaggi ad alta tensione è determinata in base alla sezione trasversale:
Quando l'area della sezione trasversale è maggiore di 16 mm², la spaziatura è ≤300 mm;
Quando l'area della sezione trasversale è ≤16 mm², la spaziatura è ≤200 mm‌.
Lo spazio tra l'imbracatura e le parti fisse è ≥10 mm, evitando il contatto con spigoli vivi, alte temperature, e parti mobili. Se necessario, aggiungere uno scudo termico o un tubo corrugato per protezione‌.

‌Ottimizzazione del percorso di cablaggio‌
I cablaggi ad alta tensione dovrebbero evitare incroci o avvolgimenti, e i fili positivo e negativo devono essere instradati nello stesso percorso. I cablaggi associati (come i fili trifase del motore) dovrebbero essere disposti simmetricamente‌.
Quando i cablaggi della cabina di pilotaggio e della cabina anteriore sono collegati, devono essere fatti passare attraverso i fori della lamiera del corpo e sigillati per evitare perdite di acqua e polvere‌.

‌Specifiche del layout tridimensionale‌
Combinare la struttura in lamiera della carrozzeria per pianificare la direzione del cablaggio per garantire la comodità di montaggio e manutenzione. Il connettore è disposto in una posizione facile da usare per evitare la difficoltà di collegare e scollegare con una mano‌8.

Iii. ‌Progettazione speciale del cablaggio ad alta tensione‌
‌Sistema a doppio binario e selezione del connettore‌
Il circuito ad alta tensione adotta rigorosamente un design a doppio binario. Il connettore deve avere un sistema di interblocco del circuito, elevato livello di protezione (come IP67) e funzione schermante, e sono preferiti i fornitori maturi‌.

I cablaggi ad alta tensione come i sistemi di azionamento e le stazioni di ricarica devono essere disposti in modo indipendente e uniformemente simmetrico‌.

‌Misure di protezione‌
Il cablaggio del vano motore deve essere resistente alle alte temperature e alle vibrazioni, e i punti fissi devono essere impostati ogni 200 mm, con una distanza ≥100 mm dalla fonte di calore‌.

Utilizzare coperture protettive in plastica quando si fa passare il cablaggio della porta attraverso i fori, e disporli sul lato asciutto della porta per ridurre il rischio di perdite d'acqua‌.

IV. ‌Verifica e ottimizzazione‌
‌Revisione dello schema‌
La fase di progettazione deve superare revisioni multidipartimentali (progetto, processo, qualità, produzione) per garantire la fattibilità del sistema‌.

‌Produzione e test di prova‌
Verifica i disegni bidimensionali attraverso schemi elettrici e schemi tridimensionali, e condotta funzionale, test di durabilità e adattabilità ambientale dopo la produzione di prova‌.
I metodi di progettazione di cui sopra devono essere ottimizzati in modo completo in combinazione con il carico elettrico del veicolo, condizioni operative (come il sistema di lavoro continuo/a breve termine/casuale) e fattori ambientali (temperatura, vibrazione).

Ricerca e applicazione del metodo di progettazione di circuiti di cablaggio automobilistico

Come una parte importante del costo del cablaggio, il circuito del cablaggio automobilistico ha un impatto significativo sull'ottimizzazione dei costi del cablaggio. È anche direttamente correlato alla sicurezza e all’affidabilità degli apparecchi elettrici del veicolo. Basato sulla pratica lavorativa, questo articolo riassume molte considerazioni sulla progettazione del circuito sia dal punto di vista dei costi che delle prestazioni, e propone strategie di controllo e approcci di attuazione specifici, fornire supporto tecnico per una progettazione efficiente e accurata del circuito di cablaggio. Ha un forte significato guida per i progettisti di cablaggi.

1 Introduzione
I prodotti di cablaggio elettrico fungono da supporto di connessione per le funzioni elettriche automobilistiche e realizzano il collegamento del circuito tra vari componenti elettrici. Il punto iniziale e il punto finale di ciascuna connessione del circuito costituiscono il circuito all'interno del prodotto di cablaggio. Si può dire che il circuito del cablaggio è il nucleo del prodotto del cablaggio. La qualità della progettazione del circuito del prodotto del cablaggio determina direttamente la sicurezza e l'affidabilità del cablaggio del veicolo. Man mano che aumenta il grado di elettrificazione dei veicoli, i dati dei componenti elettrici aumentano, l'interazione del segnale tra gli apparecchi elettrici diventa sempre più intima, e anche il numero di anelli di cablaggio automobilistico aumenta notevolmente. I dati del circuito del cablaggio dei modelli di veicoli generali hanno raggiunto quasi 1,000 (Figura 1).
Come ottimizzare e coordinare un numero così elevato di circuiti è un problema difficile affrontato dalla progettazione dei cablaggi automobilistici.
Le informazioni tecniche esistenti sulla progettazione dei cablaggi automobilistici forniscono principalmente indicazioni di progettazione per la progettazione dei cablaggi nella selezione dei materiali dei cablaggi e dei collegamenti di produzione e lavorazione., ma manca un'analisi sistematica dei concetti di pianificazione e progettazione dei circuiti di cablaggio. Questo articolo spiega i punti chiave rilevanti della progettazione del circuito di cablaggio da due aspetti: costi e prestazioni, e fornisce percorsi di controllo specifici. Ha un certo ruolo guida nella progettazione dei circuiti di cablaggio.

2 Metodo di progettazione del circuito basato sui costi
Il circuito del cablaggio rappresenta circa 90% del costo del materiale del cablaggio, compresi cavi e connettori. Per controllare il costo della progettazione del cablaggio, dobbiamo iniziare dall'ottimizzazione della progettazione del circuito del cablaggio.
Per quanto riguarda l'uso dei fili, come ottenere la funzione di connessione del loop con la lunghezza minima del cavo è il primo problema da considerare nella progettazione del loop. Ciò coinvolge due aspetti degli elementi di progettazione: la posizione di posizionamento dei componenti elettrici e la selezione dei percorsi di disposizione del cablaggio. Questi due fattori sono indipendenti ma correlati e hanno un impatto significativo sull'utilizzo della lunghezza del filo.
Primo, è necessario determinare il metodo di connessione del circuito in base al principio dei componenti, e quindi determinare la posizione preliminare del layout di ciascun componente nell'ambiente del veicolo. La selezione del percorso di disposizione del cablaggio si basa sulla posizione nel layout dei componenti, utilizzando la lunghezza del cablaggio più corta per coprire la maggior parte possibile dell'area di disposizione dei componenti. Questo è anche il prototipo della topologia elettrica del veicolo.

Dopo aver completato la costruzione della topologia del veicolo, deve essere progettato e verificato. Calcolando l'utilizzo specifico del filo, possiamo determinare se la posizione del layout dei componenti e il percorso del layout del cablaggio sono ragionevoli (attualmente sul mercato sono presenti numerosi software in grado di realizzare questa funzione). Il metodo specifico consiste nel confrontare regolando le parti una per una. Come mostrato nella Figura 2 e Figura 3, i progetti delle diverse posizioni del layout BCM vengono confrontati per verificare la lunghezza e la quantità di cavi utilizzati nel veicolo, e quindi determinare quale posizione del layout BCM è migliore.
In questo processo, spesso si verifica un'influenza reciproca: la regolazione del layout del componente A influenzerà la scelta della posizione del componente B. Perciò, dopo aver determinato uno per uno l'impatto di ciascun componente e il percorso del cablaggio sulla lunghezza del cavo, come soluzione preferita al primo turno verrà scelta quella che incide maggiormente sulla lunghezza del filo. Su questa base, la topologia viene ricostruita e altre soluzioni secondarie vengono confrontate e analizzate nuovamente. Ciò consente di ottenere una piattaforma di progettazione topologica con la lunghezza del cavo più piccola.
Una topologia perfetta può garantire il minimo utilizzo di cavi. Allo stesso tempo, riguardo all'uso dei fili, il concetto di design tradizionale ha requisiti chiari per la selezione dei cavi. Per evitare confusione nel collegamento dei terminali, spesso vengono utilizzati più colori dei fili per distinguerli. Tuttavia, poiché il livello di produzione e i metodi di ispezione continuano a migliorare, i colori dei fili possono effettivamente essere opportunamente progettati e regolati per realizzare la funzione loop con il numero minimo di tipi di filo, che è anche un metodo per ridurre i costi di progettazione del circuito dal punto di vista della progettazione.
Per connettori, come minimizzare l'uso dei connettori e ridurre i loop di trasferimento è ciò su cui concentrarsi nella progettazione del loop. Qui, il progettista di cablaggi deve trasformarsi in un progettista di sistema, inoltre, il lavoro di progettazione volto a ridurre l'uso di connettori e circuiti di trasferimento deve essere spostato alla progettazione e pianificazione dei componenti elettrici. Ci sono due aspetti principali da considerare:
Da un lato, i circuiti funzionali dei componenti elettrici possono essere distinti in base alle configurazioni del modello di veicolo. Per esempio, per i controller degli airbag, i circuiti funzionali di base possono essere progettati nello stesso connettore, mentre le funzioni avanzate o estese possono essere organizzate in un altro connettore. In questo modo, sui modelli di fascia bassa è possibile utilizzare un solo connettore, e può anche essere realizzata la funzione del circuito elettrico.
D'altra parte, può essere pianificato anche in base alla zona di connessione del circuito, come il controller dell'airbag. Alcuni progettisti prenderanno in considerazione la possibilità di progettare le funzioni del telaio nello stesso connettore e le funzioni del quadro strumenti in un altro connettore. Questo tipo di pianificazione può ridurre il trasferimento reciproco dei circuiti in diverse regioni. Questo design del circuito funzionale basato sull'area è particolarmente efficace per i componenti elettrici con un gran numero di pin collegati (come i controller BCM).

3 – Metodo di progettazione del circuito basato sulle prestazioni del cablaggio
Il circuito del cablaggio è il fulcro della realizzazione della connessione del circuito. La sicurezza e l'affidabilità dei suoi collegamenti circuitali sono requisiti che devono essere soddisfatti. I cavi e i connettori nella progettazione del circuito devono essere conformi ai requisiti del carico e dell'ambiente. Questi contenuti sono stati descritti in dettaglio in altri materiali di progettazione. Questo articolo spiega solo come garantire la progettazione delle prestazioni del circuito dal punto di vista della selezione del percorso del circuito.
Primo, la progettazione del circuito deve evitare modalità di guasto non rilevabili. Come mostrato nella Figura 4, la parte posteriore del fusibile è collegata in parallelo con l'estremità della bobina del relè e l'estremità del contatto. Questo tipo di progettazione è molto comune nella progettazione dei circuiti dei veicoli. Questo design è ovviamente ragionevole quando l'estremità della bobina del relè e i terminali dell'estremità del contatto sono diversi. Tuttavia, quando l'estremità della bobina del relè e i terminali dell'estremità del contatto sono gli stessi, le attuali apparecchiature di ispezione elettrica non sono in grado di identificare tale modalità di guasto quando i terminali vengono inseriti nei fori dei relè nella posizione sbagliata.
Perciò, questo metodo di progettazione del circuito non può essere utilizzato in alcuni casi. Ovviamente, diversi ingegneri progettisti si trovano ad affrontare ambienti di progettazione e di produzione diversi, e anche le modalità di guasto specifiche saranno diverse, ma la prima cosa da considerare è evitare le modalità di guasto nella progettazione del circuito.
D'altra parte, il livello attuale dell'elettronica automobilistica è migliorato in modo significativo. Come vettore elettronico, anche l’ambiente elettromagnetico affrontato dalle automobili è più complesso, e come ridurre le interferenze elettromagnetiche nella progettazione dei circuiti di cablaggio è un argomento inevitabile. Interferenza nell'accoppiamento dei cavi (Figura 5), interferenze nell'alimentazione, interferenze con il suolo, interferenza delle radiazioni, ecc. avranno tutti effetti negativi sul normale funzionamento dei dispositivi elettrici. I circuiti nel cablaggio sono raggruppati insieme, e l'interferenza di accoppiamento dei cavi generata tra gli anelli del cablaggio preassemblato e tra il cablaggio preassemblato e il conduttore metallico è particolarmente evidente nel cablaggio preassemblato.
Per ridurre le interferenze di accoppiamento dei cavi nella progettazione del circuito, dobbiamo innanzitutto distinguere tra spire di interferenza e spire sensibili. Per dirla semplicemente, circuiti di carico induttivi come bobine di accensione, altoparlanti, motori, ecc. sono circuiti di interferenza, mentre circuiti come l'imaging, sonde radar, luci LED a basso consumo, e vari sensori sono circuiti sensibili. I circuiti di interferenza e i circuiti sensibili devono essere disposti separatamente durante il processo di progettazione. I test hanno dimostrato che aumentando la distanza tra i cavi è possibile ridurre le interferenze ad alta frequenza (Figura 6). Se non è possibile fare la distinzione, è necessario eseguire test funzionali iniettando interferenze nei cavi per determinare la correttezza del progetto del circuito.
Allo stesso tempo, al fine di ridurre l'influenza delle radiazioni e dell'accoppiamento del cablaggio, l'area del circuito e la lunghezza del cablaggio devono essere ridotte il più possibile. Nella progettazione dell'intero veicolo, è necessario ridurre al minimo l'area del circuito del cablaggio, in particolare le linee elettriche e le linee di terra. È necessario che i cablaggi nel circuito siano disposti il ​​più possibile in parallelo e fissati il ​​più vicino possibile al corpo metallico per ridurre l'area del circuito, e la distanza tra i fili non deve superare i 50 cm.
Oltre a considerare la disposizione delle spire interferenti e delle spire sensibili, è necessario prestare attenzione anche ai componenti anti-interferenza, doppini intrecciati e cavi schermati utilizzati sul cablaggio, nella progettazione del circuito per soddisfare le aspettative di schermatura. I due fili del doppino intrecciato dovrebbero avere lo stesso diametro e lunghezza, e la distanza di torsione dovrebbe essere 10~20 mm. La lunghezza specifica della torsione è soggetta a test sperimentali. Il terminale di terra dello schermo deve collegare lo schermo a 360° al guscio dello schermo su entrambe le estremità. Lo strato schermante e il guscio schermante formano una schermatura completa sulla linea del segnale. Se l'involucro del componente collegato al cavo schermato non è di struttura metallica, le clip metalliche conduttive possono essere utilizzate per premere lo strato schermante sulla piastra metallica che è collegata in modo affidabile alla carrozzeria dell'auto. L'efficacia della schermatura dovrebbe raggiungere i 60 dB.

4 Conclusione
Questo articolo analizza il metodo di progettazione dei circuiti di cablaggio automobilistico da due aspetti: costi e prestazioni, e spiega l'applicazione di metodi specifici basati sulla pratica lavorativa. Vengono estratti i punti chiave della progettazione del circuito del cablaggio preassemblato, che ha un significato guida per i progettisti di cablaggi nel processo di progettazione del circuito.