Método de design do chicote de circuito automotivo

O design de arnês de circuito automotivo precisa considerar de maneira abrangente a segurança, confiabilidade, Compatibilidade eletromagnética e conveniência de manutenção. A seguir estão os métodos e princípios de design principal:
1. Princípios e especificações de design
‌Segurança em primeiro lugar‌
Chicotes de alta tensão (como novos veículos energéticos) precisa adotar um design de via dupla para evitar o corpo como ponto de aterramento, e siga rigorosamente os requisitos de resistência de alta tensão e nível de proteção.
Os chicotes precisam evitar áreas de deformação por colisão (como vigas anticolisão e portas internas) para evitar danos e vazamentos no isolamento.
Os fios precisam estar bem agrupados, fixo e preso, e protegido ao passar por buracos, e o deslocamento durante a frenagem de emergência deve ser reservado.

‌Design modular e segmentado‌
Divida os módulos de chicote (como chicote de motor, chicote de instrumentos, arnês de porta, etc.) de acordo com áreas funcionais para reduzir o comprimento do arnês principal, reduzir custos e facilitar a desmontagem e montagem.
Os conectores segmentados devem ser dispostos em um local oculto e de fácil manutenção para evitar o risco de batidas.

‌Compatibilidade eletromagnética (EMC)‌
Os chicotes de alta tensão devem ser encaminhados sob o chassi, tanto quanto possível, para reduzir a interferência eletromagnética. Para linhas de sinal sensíveis (como barramento CAN), par trançado ou design de fio blindado é usado para aumentar a capacidade anti-interferência.

Explicação detalhada do reconhecimento e análise do diagrama de circuito automóvel

2. Método de arranjo
‌Requisitos de fixação e espaçamento‌
O espaçamento entre pontos de fixação adjacentes de chicotes de alta tensão é determinado de acordo com a área da seção transversal:
Quando a área da seção transversal for maior que 16 mm², o espaçamento é ≤300 mm;
Quando a área da seção transversal for ≤16 mm², o espaçamento é ≤200 mm‌.
A distância entre o chicote e as peças estacionárias é ≥10 mm, evitando contato com arestas vivas, altas temperaturas, e peças móveis. Se necessário, adicione um escudo térmico ou tubo corrugado para proteção‌.

‌Otimização do caminho de fiação‌
Os chicotes de alta tensão devem evitar cruzamentos ou enrolamentos, e os fios positivo e negativo devem ser roteados no mesmo caminho. Os chicotes associados (como os fios trifásicos do motor) deve ser organizado simetricamente‌.
Quando o cockpit e os chicotes dianteiros da cabine estão conectados, eles devem ser passados ​​​​pelos orifícios da chapa metálica do corpo e selados para evitar vazamento de água e poeira‌.

‌Especificações de layout tridimensional‌
Combine a estrutura de chapa metálica do corpo para planejar a direção do chicote elétrico para garantir a conveniência de montagem e manutenção. O conector está disposto em uma posição fácil de operar para evitar a dificuldade de conectar e desconectar com uma mão‌8.

Iii. ‌Projeto especial de chicote elétrico de alta tensão‌
‌Sistema de trilha dupla e seleção de conector‌
O circuito de alta tensão adota estritamente um design de via dupla. O conector deve ter intertravamento de loop, alto nível de proteção (como IP67) e função de blindagem, e fornecedores maduros são preferidos‌.

Chicotes elétricos de alta tensão, como sistemas de acionamento e estações de carregamento, devem ser dispostos de forma independente e uniformemente simétrica‌.

‌Medidas de proteção‌
A cablagem do compartimento do motor deve ser resistente a altas temperaturas e vibrações, e pontos fixos devem ser definidos a cada 200 milímetros, com uma distância de ≥100 mm da fonte de calor‌.

Use capas protetoras de plástico ao passar o chicote elétrico da porta pelos orifícios, e coloque-os no lado seco da porta para reduzir o risco de vazamento de água‌.

4. ‌Verificação e otimização‌
‌Revisão do esquema‌
A fase de design precisa passar por revisões multidepartamentais (projeto, processo, qualidade, fabricação) para garantir a viabilidade do esquema‌.

‌Produção e teste experimental‌
Verifique os desenhos bidimensionais através de diagramas e esquemas elétricos tridimensionais, e conduzir funcional, testes de durabilidade e adaptabilidade ambiental após produção experimental‌.
Os métodos de projeto acima precisam ser otimizados de forma abrangente em combinação com a carga elétrica do veículo, condições de operação (como sistema de trabalho contínuo/curto tempo/aleatório) e fatores ambientais (temperatura, vibração).

Pesquisa e aplicação do método de projeto de circuito de chicote elétrico automotivo

Como uma proporção importante do custo do chicote elétrico, o circuito do chicote elétrico do automóvel tem um impacto significativo na otimização do custo do chicote elétrico. Também está diretamente relacionado à segurança e confiabilidade dos aparelhos elétricos do veículo.. Com base na prática de trabalho, este artigo resume muitas considerações para o projeto de loop, tanto do ponto de vista de custo quanto de desempenho, e propõe estratégias de controle específicas e abordagens de implementação, fornecendo suporte técnico para projetos eficientes e precisos de loop de chicote de fios. Tem um forte significado de orientação para projetistas de chicotes elétricos.

1 Introdução
Os produtos de chicote de fios servem como suporte de conexão para funções elétricas automotivas e realizam a conexão do circuito entre vários componentes elétricos. O ponto inicial e o ponto final de cada conexão do circuito constituem o circuito dentro do produto do chicote elétrico. Pode-se dizer que o circuito do chicote elétrico é o núcleo do produto do chicote elétrico. A qualidade do projeto do circuito do produto do chicote elétrico determina diretamente a segurança e a confiabilidade do chicote elétrico do veículo. À medida que o grau de eletrificação dos veículos aumenta, os dados dos componentes elétricos aumentam, a interação do sinal entre aparelhos elétricos torna-se cada vez mais íntima, e o número de loops de chicotes elétricos automotivos também aumenta acentuadamente. Os dados do circuito do chicote elétrico de modelos gerais de veículos atingiram quase 1,000 (Figura 1).
Como otimizar e coordenar um número tão grande de circuitos é um problema difícil enfrentado pelo projeto de chicotes elétricos automotivos.
As informações técnicas existentes sobre projeto de chicotes de fios automotivos fornecem principalmente orientação de projeto para projetos de chicotes de fios na seleção de materiais de chicotes de fios e links de fabricação e processamento, mas carece de uma análise sistemática dos conceitos de planejamento e projeto de circuitos de chicotes elétricos. Este artigo explica os pontos-chave relevantes do projeto do laço do chicote de fios sob dois aspectos: custo e desempenho, e fornece caminhos de controle específicos. Tem um certo papel orientador no projeto de circuitos de chicotes elétricos.

2 Método de design de loop baseado em custos
O laço do chicote elétrico é responsável por cerca de 90% do custo do material do chicote elétrico, incluindo fios e conectores. Para controlar o custo do projeto do chicote de fios, devemos começar pela otimização do design do laço do chicote de fios.
Quanto ao uso de fios, como conseguir a função de conexão do loop com o comprimento mínimo do fio é a primeira questão a ser considerada no projeto do loop. Isso envolve dois aspectos dos elementos de design: o local de colocação dos componentes elétricos e a seleção dos caminhos do layout do chicote elétrico. Esses dois fatores são independentes, mas inter-relacionados e têm um impacto significativo no uso do comprimento do fio.
Primeiro, é necessário determinar o método de conexão do circuito com base no princípio dos componentes, e então determinar a posição preliminar do layout de cada componente no ambiente do veículo. A seleção do caminho do layout do chicote elétrico é baseada na posição do layout dos componentes, usando o menor comprimento de chicote de fios para cobrir o máximo possível da área de layout do componente. Este também é o protótipo da topologia elétrica do veículo.

Depois de concluir a construção da topologia do veículo, precisa ser projetado e verificado. Calculando o uso específico do fio, podemos determinar se a posição do layout dos componentes e o caminho do layout do chicote elétrico são razoáveis (atualmente existe um grande número de softwares no mercado que podem realizar esta função). O método específico é comparar ajustando as peças uma por uma. Como mostrado na Figura 2 e Figura 3, os projetos de diferentes posições de layout do BCM são comparados para verificar o comprimento e a quantidade de fios utilizados no veículo, e então determinar qual posição do layout BCM é melhor.
Neste processo, influência mútua ocorre frequentemente: o ajuste do layout do componente A afetará a seleção da localização do componente B. Portanto, depois de determinar o impacto de cada componente e caminho do chicote elétrico no comprimento do fio, um por um, aquela que tiver maior impacto no comprimento do fio será selecionada como a solução preferida na primeira rodada. Nesta base, a topologia é reconstruída e outras soluções secundárias são comparadas e analisadas novamente. Isto alcança uma plataforma de design de topologia com o menor comprimento de fio.
Uma topologia perfeita pode garantir a quantidade mínima de uso de fio. Ao mesmo tempo, sobre o uso de fios, o conceito de design tradicional tem requisitos claros para a seleção de fios. Para evitar confusão na conexão do terminal, mais cores de fio são frequentemente usadas para distingui-los. No entanto, à medida que o nível de fabricação e os métodos de inspeção continuam a melhorar, as cores dos fios podem ser projetadas e ajustadas adequadamente para realizar a função de loop com o número mínimo de tipos de fios, que também é um método para reduzir o custo do projeto do loop do ponto de vista do projeto.
Para conectores, como minimizar o uso de conectores e reduzir loops de transferência é o que precisa ser focado no projeto de loop. Aqui, o engenheiro de projeto de chicote elétrico precisa se transformar em um engenheiro de projeto de sistema, e o trabalho de projeto para reduzir o uso de conectores e circuitos de transferência precisa ser transferido para o projeto e planejamento de componentes elétricos. Existem dois aspectos principais a serem considerados:
Por um lado, circuitos funcionais de componentes elétricos podem ser distinguidos de acordo com as configurações do modelo do veículo. Por exemplo, para controladores de airbag, circuitos funcionais básicos podem ser projetados no mesmo conector, enquanto funções avançadas ou estendidas podem ser organizadas em outro conector. Desta maneira, apenas um conector pode ser usado em modelos de baixo custo, e a função do circuito elétrico também pode ser realizada.
Por outro lado, também pode ser planejado de acordo com a área de conexão do circuito, como o controlador do airbag. Alguns projetistas considerarão projetar as funções do chassi no mesmo conector e as funções do painel de instrumentos em outro conector. Este tipo de planejamento pode reduzir a transferência mútua de circuitos em diversas regiões. Este projeto de loop funcional baseado em área é particularmente eficaz para componentes elétricos com um grande número de pinos conectados (como controladores BCM).

3 – Método de projeto de circuito baseado no desempenho do chicote de fios
O laço do chicote elétrico é o núcleo da realização da conexão do circuito. A segurança e confiabilidade de suas conexões de circuito são requisitos que devem ser atendidos. Os fios e conectores no projeto do circuito devem atender aos requisitos da carga e do ambiente. Esses conteúdos foram descritos em detalhes em outros materiais de design. Este artigo explica apenas como garantir o design do desempenho do loop do ponto de vista da seleção do caminho do loop.
Primeiro, o projeto do circuito deve evitar modos de falha indetectáveis. Como mostrado na Figura 4, a parte traseira do fusível é conectada em paralelo com a extremidade da bobina do relé e a extremidade do contato. Este tipo de projeto é muito comum no projeto de circuitos de veículos. Este projeto é obviamente razoável quando a extremidade da bobina do relé e os terminais da extremidade do contato são diferentes. No entanto, quando a extremidade da bobina do relé e os terminais da extremidade do contato são iguais, o equipamento de inspeção elétrica atual não consegue identificar tal modo de falha quando os terminais são inseridos nos orifícios do relé na posição errada.
Portanto, este método de design de loop não pode ser usado em alguns casos. Claro, diferentes engenheiros de projeto enfrentam diferentes ambientes de projeto e ambientes de fabricação, e os modos de falha específicos também serão diferentes, mas evitar modos de falha no projeto de circuitos é a primeira coisa a considerar.
Por outro lado, o nível atual de eletrônica automotiva melhorou significativamente. Como portador eletrônico, o ambiente eletromagnético enfrentado pelos automóveis também é mais complexo, e como reduzir a interferência eletromagnética no projeto do circuito do chicote de fios é um tópico inevitável. Interferência de acoplamento de fio (Figura 5), interferência na fonte de alimentação, interferência de solo, interferência de radiação, etc.. todos terão efeitos adversos na operação normal de dispositivos elétricos. Os circuitos no chicote de fios são agrupados, e a interferência de acoplamento de fio gerada entre os laços do chicote de fios e entre o chicote de fios e o condutor metálico é particularmente proeminente no chicote de fios.
Para reduzir a interferência do acoplamento do fio no projeto do loop, devemos primeiro distinguir entre loops de interferência e loops sensíveis. Para simplificar, circuitos de carga indutiva, como bobinas de ignição, alto-falantes, motores, etc.. são circuitos de interferência, enquanto circuitos como imagens, sondas de radar, luzes LED de baixo consumo, e vários sensores são circuitos sensíveis. Loops de interferência e loops sensíveis precisam ser organizados separadamente durante o processo de design. Testes mostraram que aumentar a distância entre os fios pode reduzir a interferência de alta frequência (Figura 6). Se a distinção não puder ser feita, o teste funcional precisa ser realizado injetando interferência nos fios para determinar a exatidão do projeto do circuito.
Ao mesmo tempo, a fim de reduzir a influência da radiação do chicote de fios e do acoplamento, a área do circuito e o comprimento do chicote devem ser reduzidos tanto quanto possível. No design de todo o veículo, é necessário minimizar a área do laço do chicote elétrico, especialmente as linhas de energia e linhas de aterramento. É necessário que os chicotes de fios no laço sejam roteados em paralelo tanto quanto possível e fixados o mais próximo possível do corpo metálico para reduzir a área do laço, e a distância entre os fios não deve ultrapassar 50cm.
Além da consideração do layout dos circuitos de interferência e dos circuitos sensíveis, os pares trançados dos componentes anti-interferência e os fios blindados usados ​​no chicote de fios também precisam receber atenção no projeto do laço para atingir as expectativas de blindagem. Os dois fios do par trançado devem ter o mesmo diâmetro e comprimento, e a distância de torção deve ser de 10 ~ 20 mm. O comprimento de torção específico está sujeito a testes experimentais. O terminal de aterramento da blindagem deve conectar a blindagem 360° ao invólucro da blindagem em ambas as extremidades. A camada de blindagem e o invólucro de blindagem formam uma blindagem completa na linha de sinal. Se o invólucro do componente conectado ao cabo blindado não for de estrutura metálica, clipes condutores de metal podem ser usados ​​para pressionar a camada de blindagem na placa de metal que está conectada de forma confiável à carroceria do carro. A eficácia da blindagem deve atingir 60dB.

4 Conclusão
Este artigo analisa o método de projeto de circuito de chicote elétrico automotivo sob dois aspectos: custo e desempenho, e explica a aplicação de métodos específicos baseados na prática de trabalho. Os pontos-chave do projeto do laço do chicote de fios são extraídos, que tem um significado orientador para engenheiros de projeto de chicotes elétricos no processo de projeto de loop.