Designmetod för kretsledningar för fordon

Utformningen av kretsnät för bilar måste överväga säkerheten på ett omfattande sätt, pålitlighet, elektromagnetisk kompatibilitet och underhållsbekvämlighet. Följande är de grundläggande designmetoderna och principerna:
1. Designprinciper och specifikationer
Säkerheten först
Högspänningsnät (till exempel nya energifordon) måste anta en design med dubbla spår för att undvika kroppen som jordningspunkt, och följ strikt kraven på högspänningsresistans och skyddsnivå.
Selarna måste undvika kollisionsdeformationsområden (som antikollisionsbalkar och innerdörrar) för att förhindra isoleringsskador och läckage.
Ledningarna måste vara snyggt buntade, fixerade och klämda, och skyddad när den passerar genom hål, och förskjutningen vid nödbromsning bör reserveras.

‌Modulär och segmenterad design‌
Dela selemodulerna (såsom motorsele, instrumentsele, dörrsele, etc.) enligt funktionsområden för att minska längden på huvudselen, minska kostnaderna och underlätta demontering och montering.
Segmenterade kontakter bör placeras på en dold och lättskött plats för att undvika risken för stötar.

Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC)‌
Högspänningsnät ska dras under chassit så mycket som möjligt för att minska elektromagnetiska störningar. För känsliga signallinjer (som CAN-buss), tvinnat par eller skärmad tråddesign används för att förbättra anti-interferensförmågan.

Detaljerad förklaring av igenkänning och analys av bilkretsdiagram

2. Arrangemangsmetod
‌Fixerings- och avståndskrav‌
Avståndet mellan intilliggande fästpunkter för högspänningsnät bestäms enligt tvärsnittsarean:
När tvärsnittsarean är större än 16 mm², avståndet är ≤300 mm;
När tvärsnittsarean är ≤16 mm², avståndet är ≤200 mm‌.
Avståndet mellan selen och de stationära delarna är ≥10 mm, avoiding contact with sharp edges, high temperatures, and moving parts. If necessary, add a heat shield or corrugated tube for protection‌.

‌Wiring path optimization‌
High-voltage harnesses should avoid crossing or winding, and the positive and negative wires should be routed in the same path. The associated harnesses (such as the three-phase wires of the motor) should be arranged symmetrically‌.
When the cockpit and the front cabin harnesses are connected, they must be passed through the body sheet metal holes and sealed to prevent water and dust leakage‌.

‌Three-dimensional layout specifications‌
Combine the body sheet metal structure to plan the direction of the wiring harness to ensure the convenience of assembly and maintenance. Kontakten är anordnad i ett lättmanövrerat läge för att undvika svårigheten att koppla in och lossa med en hand‌8.

Iii. ‌Specialdesign av högspänningsledningsnät
‌Dubbelspårssystem och kopplingsval‌
Högspänningskretsen antar strikt en dubbelspårsdesign. Kontakten måste ha slingförregling, hög skyddsnivå (som IP67) och skärmningsfunktion, och mogna leverantörer är att föredra‌.

Högspänningsledningar som drivsystem och laddstationer måste anordnas oberoende och enhetligt symmetriskt‌.

‌Skyddsåtgärder‌
Motorrummets ledningsnät måste vara motståndskraftigt mot höga temperaturer och vibrationer, och fasta punkter måste ställas in varje 200 mm, med ett avstånd på ≥100 mm från värmekällan‌.

Använd plastskydd när du för dörrens kablage genom hålen, och placera dem på den torra sidan av dörren för att minska risken för vattenläckage‌.

Iv. ‌Verifiering och optimering‌
"Schemagranskning".
Designstadiet måste klara granskningar av flera avdelningar (design, behandla, kvalitet, tillverkning) för att säkerställa systemets genomförbarhet.

‌Testproduktion och testning‌
Verifiera de tvådimensionella ritningarna genom tredimensionella kopplingsscheman och scheman, och uppträda funktionellt, hållbarhets- och miljöanpassningstester efter provproduktion‌.
Ovanstående designmetoder måste vara heltäckande optimerade i kombination med fordonets elektriska belastning, driftsförhållanden (såsom kontinuerligt/korttid/slumpmässigt fungerande system) och miljöfaktorer (temperatur, vibration).

Forskning och tillämpning av konstruktionsmetod för fordonskabelstammar

Som en viktig del av ledningsnätskostnaden, bilens kabelnätskrets har en betydande inverkan på optimeringen av kabelstammens kostnad. Det är också direkt relaterat till säkerheten och tillförlitligheten hos fordonets elektriska apparater. Baserat på arbetspraxis, den här artikeln sammanfattar många överväganden för loopdesign från både kostnadsaspekter och prestanda, och föreslår specifika kontrollstrategier och genomförandemetoder, tillhandahåller teknisk support för effektiv och exakt design av kabelnätslingor. Den har en stark vägledande betydelse för kablagedesigners.

1 Introduktion
Kabelnätsprodukter fungerar som anslutningsbärare för fordons elektriska funktioner och realiserar kretskopplingen mellan olika elektriska komponenter. Startpunkten och slutpunkten för varje kretsanslutning utgör slingan i ledningsnätsprodukten. Man kan säga att ledningsnätskretsen är kärnan i ledningsnätsprodukten. Kvaliteten på kretsdesignen för ledningsnätsprodukten bestämmer direkt säkerheten och tillförlitligheten hos fordonets ledningsnät. Allt eftersom graden av elektrifiering av fordon ökar, data för elektriska komponenter ökar, signalsamspelet mellan elektriska apparater blir mer och mer intimt, och antalet slingor för fordonskabelstammar ökar också kraftigt. Kabelnätets kretsdata för allmänna fordonsmodeller har nått nästan 1,000 (Figur 1).
Hur man optimerar och koordinerar ett så stort antal kretsar är ett svårt problem som konstruktion av kablage för bilar står inför.
Den befintliga tekniska informationen om konstruktion av ledningsnät för fordon ger huvudsakligen designvägledning för ledningsnätskonstruktion vid val av ledningsnätsmaterial och tillverknings- och bearbetningslänkar, men saknar systematisk analys av planerings- och designkoncepten för kabelnätskretsar. Den här artikeln förklarar de relevanta nyckelpunkterna för kabelnätslingans design ur två aspekter: cost and performance, and provides specific control paths. Den har en viss vägledande roll vid utformningen av ledningsnätskretsar.

2 Cost-based loop design method
The wiring harness loop accounts for about 90% av ledningsnätets materialkostnad, inklusive kablar och kontakter. För att kontrollera kostnaden för kabelstammens design, vi måste utgå från optimeringen av kabelnätslingans design.
Angående användningen av ledningar, hur man uppnår slinganslutningsfunktionen med den minsta trådlängden är den första frågan som tas upp i slingdesign. Detta involverar två aspekter av designelement: placeringen av elektriska komponenter och valet av ledningsnätets layoutvägar. Dessa två faktorer är oberoende men relaterade till varandra och har en betydande inverkan på användningen av trådlängd.
Första, det är nödvändigt att bestämma anslutningsmetoden för kretsen baserat på principen om komponenter, och bestämma sedan den preliminära positionen för layouten för varje komponent i fordonsmiljön. Valet av ledningsnätets layoutväg baseras på komponenternas layoutposition, Använd den kortaste kabelstammens längd för att täcka så mycket av komponentlayoutområdet som möjligt. Detta är också prototypen för fordonets elektriska topologi.

Efter att ha slutfört fordonstopologikonstruktionen, det måste designas och verifieras. Genom att beräkna den specifika trådanvändningen, vi kan avgöra om komponenternas layoutposition och ledningsnätets layoutbana är rimliga (det finns för närvarande ett stort antal mjukvara på marknaden som kan realisera denna funktion). Den specifika metoden är att jämföra genom att justera delarna en efter en. Som visas i figur 2 och figur 3, Utformningen av olika BCM-layoutpositioner jämförs för att kontrollera längden och mängden kablar som används i fordonet, och bestäm sedan vilken position av BCM-layouten som är bättre.
I denna process, ömsesidig påverkan förekommer ofta: justeringen av layouten för komponent A kommer att påverka valet av placering av komponent B. Därför, efter att ha bestämt inverkan av varje komponent och ledningsnätsväg på längden av ledningen en efter en, den som har större inverkan på längden på tråden kommer att väljas som den första omgången att föredra. På denna grund, topologin byggs om och andra sekundära lösningar jämförs och analyseras igen. Detta uppnår en topologidesignplattform med den minsta trådlängden.
En perfekt topologi kan säkerställa minsta möjliga kabelanvändning. Samtidigt, angående användning av ledningar, det traditionella designkonceptet har tydliga krav på valet av trådar. För att undvika förvirring vid terminalpluggning, fler trådfärger används ofta för att särskilja dem. Dock, i takt med att tillverkningsnivån och inspektionsmetoderna fortsätter att förbättras, trådfärgerna på trådarna kan faktiskt utformas och justeras på lämpligt sätt för att realisera slingfunktionen med det minsta antalet trådtyper, vilket också är en metod för att minska slingdesignkostnaden ur ett designperspektiv.
För kontakter, hur man minimerar användningen av kontakter och minskar överföringsslingor är vad som behöver fokuseras på i slingdesign. Här, konstruktionsingenjören för kablage behöver förvandlas till en systemdesigner, och designarbetet med att minska användningen av kontakter och överföringsslingor måste flyttas till design och planering av elektriska komponenter. Det finns två huvudaspekter att ta hänsyn till:
Å ena sidan, funktionella kretsar för elektriska komponenter kan särskiljas enligt fordonsmodellkonfigurationer. Till exempel, för krockkuddekontroller, grundläggande funktionskretsar kan utformas i samma kontakt, medan avancerade eller utökade funktioner kan ordnas i en annan kontakt. På det här sättet, endast en kontakt kan användas på billiga modeller, och den elektriska kretsfunktionen kan också realiseras.
Å andra sidan, den kan också planeras enligt kretsens anslutningsområde, såsom krockkuddekontrollen. Vissa designers kommer att överväga att designa chassits funktioner i samma kontakt och instrumentpanelens funktioner i en annan kontakt. Denna typ av planering kan minska den ömsesidiga överföringen av kretsar i olika regioner. This area-based functional loop design is particularly effective for electrical components with a large number of connected pins (such as BCM controllers).

3 – Circuit design method based on wire harness performance
The wiring harness loop is the core of realizing circuit connection. The safety and reliability of its circuit connections are requirements that must be met. The wires and connectors in the circuit design must comply with the requirements of the load and environment. These contents have been described in detail in other design materials. This article only explains how to ensure the design of loop performance from the perspective of loop path selection.
Första, the circuit design must avoid undetectable failure modes. Som visas i figur 4, den bakre delen av säkringen är parallellkopplad med reläspolens ände och kontaktände. Denna typ av design är mycket vanlig i fordonskretsdesign. Denna design är uppenbarligen rimlig när reläspolens ände och kontaktändklämmor är olika. Dock, när reläspolens ände och kontaktändklämmor är desamma, nuvarande elektriska inspektionsutrustning kan inte identifiera ett sådant felläge när terminalerna sätts in i relähålen i fel position.
Därför, denna loopdesignmetod kan inte användas i vissa fall. Naturligtvis, olika designingenjörer möter olika designmiljöer och tillverkningsmiljöer, och de specifika fellägena kommer också att vara olika, men undvikandet av fellägen i kretsdesign är det första att tänka på.
Å andra sidan, the current level of automotive electronics has improved significantly. Som elektronisk bärare, the electromagnetic environment faced by automobiles is also more complex, and how to reduce electromagnetic interference in wire harness circuit design is an inevitable topic. Trådkopplingsstörningar (Figur 5), strömförsörjningsstörningar, markstörningar, strålningsstörningar, etc. will all have adverse effects on the normal operation of electrical devices. The circuits in the wire harness are bundled together, och ledningskopplingsstörningarna som genereras mellan ledningsnätets slingor och mellan ledningsnätet och metallledaren är särskilt framträdande i ledningsnätet.
To reduce wire coupling interference in loop design, we must first distinguish between interference loops and sensitive loops. För att uttrycka det enkelt, inductive load circuits such as ignition coils, högtalare, motorer, etc. are interference circuits, while circuits such as imaging, radar probes, low-power LED lights, and various sensors are sensitive circuits. Interference loops and sensitive loops need to be arranged separately during the design process. Tests have shown that increasing the distance between wires can reduce high-frequency interference (Figur 6). If the distinction cannot be made, functional testing needs to be carried out by injecting interference into the wires to determine the correctness of the circuit design.
Samtidigt, in order to reduce the influence of wire harness radiation and coupling, the circuit loop area and wire harness length should be reduced as much as possible. In the design of the entire vehicle, it is necessary to minimize the loop area of the wiring harness, speciellt kraftledningar och jordledningar. Det krävs att ledningsnäten i slingan ska dras parallellt så mycket som möjligt och fixeras så nära metallkroppen som möjligt för att minska slingytan, och avståndet mellan ledningarna bör inte överstiga 50 cm.
Förutom övervägandet av layouten av interferensslingor och känsliga loopar, antistörningskomponenterna tvinnade par och skärmade ledningar som används på ledningsnätet måste också uppmärksammas i slingdesignen för att uppnå skärmningsförväntningar. De två trådarna i det tvinnade paret ska ha samma diameter och längd, och vridavståndet ska vara 10~20mm. Den specifika vridlängden är föremål för experimentell testning. Sköldens jordterminal ska ansluta skärmen 360° till skärmskalet i båda ändar. Skärmskiktet och skärmskalet bildar en komplett skärm på signalledningen. Om skalet på den komponent som är ansluten till den skärmade kabeln inte är av metallstruktur, ledande metallklämmor kan användas för att pressa skärmskiktet på metallplattan som är tillförlitligt ansluten till bilens kaross. Avskärmningseffektiviteten bör nå 60dB.

4 Slutsats
Den här artikeln analyserar designmetoden för fordonskabelstammar ur två aspekter: cost and performance, och förklarar tillämpningen av specifika metoder baserade på arbetspraxis. Nyckelpunkterna i kabelnätsslingans design extraheras, vilket har vägledande betydelse för konstruktionsingenjörer av kablage i slingdesignprocessen.