自動車用サーキットハーネスの設計手法

自動車用サーキットハーネスの設計は安全性を総合的に考慮する必要があります, 信頼性, 電磁両立性とメンテナンスの利便性. 以下は、中核となる設計手法と原則です。:
1. 設計原則と仕様
「安全第一」
高電圧ハーネス (新しいエネルギー車など) ボディが接地点となることを避けるためにデュアルトラック設計を採用する必要がある, 高電圧耐性と保護レベルの要件に厳密に従います。.
ハーネスは衝突変形領域を避ける必要があります (衝突防止ビームやドア内側など) 絶縁損傷や漏れを防ぐため.
ワイヤーはきちんと束ねる必要がある, 固定されクランプされた, 穴を通過するときに保護されます, 緊急ブレーキ時の変位は確保する必要があります.

‌モジュール化されたセグメント化された設計‌
ハーネスモジュールを分割する (エンジンハーネスなど, 計器ハーネス, ドアハーネス, 等) 機能領域に応じてメインハーネスの長さを短縮, コストを削減し、分解と組み立てを容易にします.
セグメント化されたコネクタは、衝突の危険を避けるために、隠れたメンテナンスしやすい場所に配置する必要があります。.

電磁適合性 (EMC)‌
電磁干渉を軽減するために、高電圧ハーネスは可能な限りシャーシの下に配線する必要があります。. 敏感な信号ライン用 (CANバスなど), 耐干渉能力を高めるためにツイストペアまたはシールド線設計が使用されています.

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2. 配置方法
‌固定と間隔の要件‌
高圧ハーネスの隣接する固定点間の間隔は断面積に応じて決定されます。:
断面積が より大きい場合 16 mm², 間隔は≤300mmです;
断面積が16mm2以下の場合, 間隔は≤200 mm‌.
ハーネスと固定部品の間の隙間は ≥10 mm, 鋭利なエッジとの接触を避ける, 高温, そして可動部品. 必要に応じて, 保護のために遮熱板やコルゲートチューブを追加します‌.

‌配線経路の最適化‌
高電圧ハーネスは交差したり巻いたりしないようにする必要があります, プラスとマイナスのワイヤは同じ経路に配線する必要があります. 関連するハーネス (モーターの三相線など) 対称的に配置する必要があります‌.
コックピットとフロントキャビンハーネス接続時, 水や埃の漏れを防ぐために、ボディの板金穴に通して密閉する必要があります‌.

‌立体レイアウト仕様‌
車体の板金構造を組み合わせてワイヤーハーネスの方向を計画し、組み立てとメンテナンスの利便性を確保します。. コネクタは片手で抜き差ししにくい操作しやすい位置に配置‌8.

iii. ‌高圧ワイヤーハーネスの特別設計‌
デュアルトラックシステムとコネクタの選択
高電圧回路は厳密にデュアルトラック設計を採用. コネクタにはループインターロックが必要です, 高い保護レベル (IP67など) そしてシールド機能, 成熟したサプライヤーが優先されます‌.

駆動システムや充電ステーションなどの高電圧ワイヤーハーネスは、独立して均一に対称的に配置する必要があります‌.

‌保護措置‌
エンジンルームのワイヤーハーネスは高温と振動に耐える必要があります, 固定点は毎回設定する必要があります 200 んん, 熱源から100 mm以上の距離を置いた状態で‌.

ドアワイヤーハーネスを穴に通すときは、プラスチック製の保護カバーを使用してください, 水漏れのリスクを軽減するためにドアの乾いた側に配置します‌.

IV. ‌検証と最適化‌
‌スキームの見直し‌
設計段階では複数部門のレビューを通過する必要がある (デザイン, プロセス, 品質, 製造) 計画の実現可能性を確保するため‌.

‌試作とテスト‌
3次元の配線図や回路図を通じて2次元の図面を検証する, そして機能的に行動する, 試作後の耐久性・環境適応性試験⌌.
上記の設計手法は、車両の電気負荷と組み合わせて総合的に最適化する必要があります。, 動作条件 (連続勤務/短時間勤務/ランダム勤務制度など) と環境要因 (温度, 振動).

自動車用ワイヤーハーネスの回路設計手法の研究と応用

ワイヤーハーネスのコストの重要な部分として, 自動車ワイヤーハーネス回路はワイヤーハーネスコストの最適化に大きな影響を与えます. また、車両の電化製品の安全性と信頼性にも直接関係します。. 実務に基づいて, この記事では、コストとパフォーマンスの両面からループ設計に関する多くの考慮事項をまとめています。, 特定の制御戦略と実装アプローチを提案します, 効率的かつ正確なワイヤー ハーネス ループ設計のための技術サポートを提供します. ワイヤーハーネス設計者にとって、強力な指針となる重要性を持っています。.

1 導入
ワイヤーハーネス製品は、自動車電装機能の接続キャリアとして機能し、さまざまな電装部品間の回路接続を実現します。. 各回路接続の始点と終点は、ワイヤーハーネス製品内のループを構成します。. ワイヤーハーネス回路はワイヤーハーネス製品の心臓部とも言えます。. ワイヤーハーネス製品の回路設計の品質は、車両ワイヤーハーネスの安全性と信頼性を直接左右します。. クルマの電動化が進むにつれて, 電装品のデータが増える, 電化製品間の信号の相互作用はますます親密になります, 自動車用ワイヤーハーネスのループ数も急増. 一般車種のワイヤーハーネス回路データがほぼ完成 1,000 (形 1).
このような多数の回路をどのように最適化して調整するかは、自動車のワイヤーハーネス設計が直面する難しい問題です。.
自動車用ワイヤーハーネス設計に関する既存の技術情報は、主にワイヤーハーネス材料の選択、製造および加工リンクにおけるワイヤーハーネス設計の設計ガイダンスを提供します。, しかし、ワイヤーハーネス回路の計画と設計コンセプトの体系的な分析が欠けています。. この記事では、ワイヤーハーネスのループ設計の重要なポイントを 2 つの側面から説明します。: コストとパフォーマンス, 特定の制御パスを提供します. ワイヤーハーネス回路の設計において一定の指導的な役割を果たします。.

2 コストベースのループ設計手法
ワイヤーハーネスのループは約 90% ワイヤーハーネス材料費の, ワイヤーとコネクタを含む. ワイヤーハーネス設計のコストを管理するには, ワイヤーハーネスのループ設計の最適化から始めなければなりません.
ワイヤーの使用について, ループ接続機能をいかに最小の配線長で実現するかがループ設計の第一の課題. これにはデザイン要素の 2 つの側面が関係します: 電装品の配置位置とワイヤーハーネスのレイアウト経路の選択. これら 2 つの要素は独立していますが、相互に関連しており、ワイヤの長さの使用に大きな影響を与えます。.
初め, 部品原理に基づいて回路の接続方法を決める必要がある, 次に、車両環境内の各コンポーネントのレイアウトの仮の位置を決定します。. ワイヤーハーネスのレイアウト パスの選択は、コンポーネントのレイアウト位置に基づいて行われます。, 可能な限り多くのコンポーネントのレイアウト領域をカバーするために、最短のワイヤー ハーネスの長さを使用します。. これは車両の電気トポロジーのプロトタイプでもあります.

車両トポロジー構築完了後, 設計して検証する必要がある. 具体的なワイヤ使用量を計算することにより, 部品の配置位置やワイヤーハーネスの配置経路が妥当かどうかを判断できます (現在、この機能を実現できるソフトウェアが多数市販されています。). 具体的な方法はパーツを一つ一つ調整して比較することです. 図に示すように 2 と図 3, 異なるBCM配置位置の設計を比較して、車両に使用されるワイヤーの長さと量を確認します, 次に、BCM レイアウトのどの位置がより良いかを決定します.
この過程で, 相互影響が頻繁に起こる: コンポーネント A のレイアウトの調整は、コンポーネント B の位置の選択に影響します。. したがって, 各コンポーネントとワイヤーハーネス経路がワイヤーの長さに与える影響を 1 つずつ判断した後、, ワイヤの長さに大きな影響を与えるものが、最初の優先ソリューションとして選択されます。. これに基づいて, トポロジが再構築され、他の二次ソリューションが再度比較および分析されます。. これにより、配線長を最小限に抑えたトポロジー設計プラットフォームを実現します。.
完璧なトポロジにより、ワイヤの使用量を最小限に抑えることができます。. 同時に, ワイヤーの使用について, 伝統的な設計コンセプトには、ワイヤーの選択に関する明確な要件があります. 端子差し込み時の混乱を避けるために, 区別するために、より多くのワイヤの色が使用されることがよくあります. しかし, 製造レベルと検査方法は向上し続けているため、, 実際には、ワイヤのワイヤ色を適切に設計および調整して、最小限のワイヤの種類でループ機能を実現できます。, これは、設計の観点からループ設計コストを削減する方法でもあります。.
コネクタ用, コネクタの使用を最小限に抑え、転送ループを減らす方法は、ループ設計で焦点を当てる必要があることです. ここ, ワイヤーハーネス設計エンジニアはシステム設計エンジニアに変わる必要がある, コネクタと転送ループの使用を減らす設計作業は、電気コンポーネントの設計と計画に移す必要があります。. 考慮すべき主な側面は 2 つあります:
一方では, 電気部品の機能回路は車両モデルの構成に応じて区別可能. 例えば, エアバッグコントローラー用, 基本的な機能回路を同じコネクタ内で設計可能, 高度な機能または拡張機能は別のコネクタに配置できます. このようにして, ローエンドモデルでは1つのコネクタのみ使用可能, 電気回路機能も実現可能.
一方で, 回線の接続エリアに合わせて計画することも可能, エアバッグコントローラーなど. 設計者によっては、シャーシの機能を同じコネクタに設計し、計器パネルの機能を別のコネクタに設計することを検討する人もいます。. このような計画により、さまざまな地域での回線の相互転送を削減できます。. このエリアベースの機能ループ設計は、接続されたピンが多数ある電気コンポーネントに特に効果的です (BCMコントローラーなど).

3 – ワイヤーハーネスの性能に基づいた回路設計手法
ワイヤーハーネスループは回路接続を実現する核心. 回路接続の安全性と信頼性は満たさなければならない要件です. 回路設計のワイヤとコネクタは、負荷と環境の要件に準拠する必要があります. これらの内容は他の設計資料に詳しく記載されています. この記事では、ループ パスの選択の観点からループのパフォーマンスを確保する設計方法のみを説明します。.
初め, 回路設計では検出不可能な故障モードを回避する必要があります. 図に示すように 4, ヒューズの後部はリレーのコイルエンドとコンタクトエンドに並列に接続されています. この種の設計は車両の回路設計では非常に一般的です. リレーのコイル端と接点端の端子が異なる場合、この設計は明らかに合理的です. しかし, リレーのコイルエンド端子とコンタクトエンド端子が同じ場合, 現在の電気検査装置では、端子が中継穴に間違って挿入された場合の故障モードを特定できません。.
したがって, このループ設計方法は場合によっては使用できない場合があります. もちろん, 設計エンジニアが異なれば、異なる設計環境や製造環境に直面することになります, 特定の故障モードも異なります, しかし、回路設計における故障モードの回避が最初に考慮すべきことです。.
一方で, 現在の自動車エレクトロニクスのレベルは大幅に向上しています. 電子キャリアとして, 自動車が直面する電磁環境もさらに複雑になっています, ワイヤーハーネス回路設計における電磁干渉をどのように軽減するかは避けられないテーマです. ワイヤーカップリング干渉 (形 5), 電源干渉, 地面の干渉, 放射線干渉, 等. すべては電気機器の通常の動作に悪影響を及ぼします. ワイヤーハーネス内の回路が束ねられている, ワイヤーハーネスでは、ワイヤーハーネスのループ間やワイヤーハーネスと金属導体間で発生する電線結合干渉が特に顕著です。.
ループ設計におけるワイヤ結合の干渉を軽減するには, まず干渉ループと敏感なループを区別する必要があります. 簡単に言うと, 点火コイルなどの誘導負荷回路, スピーカー, モーター, 等. 干渉回路です, 一方、画像処理などの回路, レーダー探査機, 低電力LEDライト, 各種センサーは敏感な回路です. 設計プロセス中に干渉ループと敏感なループを別々に配置する必要がある. テストにより、ワイヤ間の距離を増やすと高周波干渉が軽減されることが示されました。 (形 6). 区別がつかない場合, 回路設計の正しさを判断するために、ワイヤーに干渉を注入することによって機能テストを実行する必要がある.
同時に, ワイヤーハーネスの輻射やカップリングの影響を軽減するため, 回路ループ面積とワイヤーハーネスの長さを可能な限り短くする必要があります。. 車両全体のデザインにおいて, ワイヤーハーネスのループ面積を最小限に抑える必要がある, 特に電源線とアース線. ループ面積を小さくするため、ループ内のワイヤーハーネスは可能な限り平行に引き回し、金属ボディのできるだけ近くに固定する必要があります。, ワイヤー間の距離は50cmを超えてはなりません.
干渉ループと敏感なループのレイアウトの考慮に加えて、, シールドの期待値を達成するには、ワイヤー ハーネスで使用される干渉防止コンポーネントのツイスト ペアとシールド線にも、ループ設計で注意を払う必要があります。. ツイストペアの 2 本のワイヤは同じ直径と長さでなければなりません, ツイスト距離は10~20mmである必要があります。. 具体的な撚り長さは実験的テストの対象となります. シールド アース端子は、シールドを両端でシールド シェルに 360 度接続する必要があります。. シールド層とシールドシェルが信号線に完全なシールドを形成します。. シールドケーブルに接続される部品のシェルが金属構造でない場合, 金属製の導電性クリップを使用して、シールド層を金属プレートに押し付けて車体に確実に接続できます。. シールド効果は60dBに達する必要があります.

4 結論
この記事では、自動車用ワイヤーハーネスの回路設計手法を 2 つの側面から分析します。: コストとパフォーマンス, 業務実践に基づいた具体的な方法の適用について説明します. ワイヤーハーネスのループ設計のポイントを抽出, これは、ループ設計プロセスにおけるワイヤー ハーネス設計エンジニアにとって重要な指針となります。.