Основные вызовы в инженерии транспортного проектирования

Электроника транспортных средств: сложность современных систем

Автомобильная электроника — важный аспект инженерии транспортного проектирования. Автобусы, грузовики, мотоциклы и, конечно, автомобили имеют множество компонентов, взаимодействующих одновременно для обеспечения передачи данных и питания по всему транспортному средству. Современные транспортные средства используют данные в реальном времени для управления и правильной работы. Эти системы включают рулевое управление, торможение, HVAC, управление двигателем и многое другое. Проектирование для этих систем требует величайшего внимания к деталям, так как многие разработчики имеют параллельные формы инженерии, требующие участия множества сторон для проектирования и производства компонентов отдельно. Рассмотрим некоторые операции, с которыми сталкивается автомобильный инженер при настройке и проектировании размещения электроники, и как это можно улучшить.

Обзор внутренней и внешней электроники

Внешняя автомобильная электрическая система обычно относится к двум типам: системы функциональности и системы безопасности. Системы функциональности — это те, что позволяют транспортному средству нормально работать во время движения.

• Система зажигания (катушка зажигания, блоки катушек, свечи зажигания и провода)
• Управление двигателем (топливная инъекция, система охлаждения, управление дросселем и др.)
• Электроника трансмиссии (автоматическое переключение передач)
• Электроника шасси (ABS, TCS, EBD, ESP)
• Электроника помощи водителю (дворники, регулируемые зеркала, указатели поворота)

Современные транспортные средства имеют датчики для всего: от давления в шинах до напряжения в аккумуляторе. Внутренняя электроника обычно предназначена для комфорта пассажиров, помощи при вождении и развлечений. Радио, управление HVAC, приборная панель и органы управления водителя — все это входит в эту категорию. Эпоха чисто механических систем уходит в прошлое, а современные транспортные средства требуют огромных усилий для обеспечения правильной работы этих электронных систем. Рассмотрим проблемы, с которыми сталкиваются инженеры и производители при соединении этих устройств вместе.

Ограниченное пространство и клиренсы

С ростом спроса на топливоэкономичные транспортные средства возрастает потребность в легких автомобилях с высоким пробегом. Компании становятся всё более конкурентоспособными в создании легких машин, требующих минимального расхода топлива. Обычно это означает, что компоненты и конструкции транспортных средств становятся более компактными, а внутреннее пространство для размещения компонентов ограничивается.

Электронные системы размещаются либо на стандартных позициях (фары, дворники), либо там, где есть доступное место (аккумуляторы и блоки реле). Эти системы должны работать одновременно или независимо и соединены с другими через общий источник питания. Прокладка проводов по всему транспортному средству — обычное дело и может оказаться сложной задачей для электроинженеров.

В практическом смысле существует четыре распространенных типа проблем с клиренсами для проводки:

• Клиренс для установки
• Клиренс для проводки
• Клиренс для работы
• Клиренс для обслуживания

Рассмотрим подробнее клиренсы, встречающиеся в современных транспортных средствах, и вопросы, которые нужно задавать при проектировании для них.

Клиренс для установки

Это вопрос пространства. Есть ли достаточно места для компонента там, где вы хотите его разместить? Есть ли препятствия? Могут ли двери, капот и другие подвижные элементы работать в своем расчетном диапазоне движений без интерференций? Должны ли компоненты устанавливаться до или после других, чтобы избежать интерференций при установке?

Клиренс для проводки

После установки компонента, можно ли подвести к нему соответствующую проводку? Есть ли достаточно места для разъемов проводки? Есть ли достаточно места для проведения обслуживания? Есть ли достаточно места для жгута проводов после установки разъемов? Есть ли пространство для изгибов жгута проводов?

Клиренс для работы

Если компонент — переключатель или ручка, можно ли до него дотянуться из нормального положения водителя? Будет ли соседний компонент вызывать интерференцию при попытке управлять таким компонентом? Можно ли его управлять, когда водитель в перчатках? Мешают ли операции компонентов друг другу?

Клиренс для обслуживания

Если компонент в конечном счете выйдет из строя, возможно ли его заменить? Есть ли пространство вокруг компонента для регулировки? Есть ли пространство для отключения разъемов проводов для целей тестирования?

Необходимость учета клиренсов

При назначении расположения разъемов и жгутов проводов требуется много мышления. Важно убедиться, что размещение не мешает другим проектам, а также функциональности устройства. Сервисобслуживание, техобслуживание и взаимодействие с персоналом имеют свое место в выборе расположения компонента.

Влияние окружающей среды

Транспортные средства вырабатывают большое количество тепла и могут повреждать проводку и компоненты, если не принять меры при проектировании размещения. Не секрет, что транспортное средство должно функционировать с помощью системы управления двигателем, расположенной под капотом. Датчики тормозов, подвески и трансмиссии испытывают огромные нагрузки от движения, которые могут ломать проводку и компоненты при минимальных нагрузках. Проектирование систем для учета этих сценариев критично для сохранения целостности системы.

Тепловыделение двигателя

Тепло, генерируемое двигателем, может расплавить изоляцию и пластиковые разъемы за секунды при прямом контакте. Температура двигателя может легко превысить температуру плавления пластиковых разъемов. Проектирование расположения компонентов на безопасном расстоянии от двигателя критично, особенно учитывая ограниченное пространство для проводки под капотом. Места монтажа разъемов должны существовать в полустатическом состоянии. Там, где движение проводов ограничено монтажными закреплениями, установленными на компонентах или в местах, испытывающих минимальную теплопередачу от двигателя.

Отказ компонентов из-за механического движения

«Колеса на автобусе крутятся и крутятся» — эта фраза не просто строка из детской песни, а имеет реальное значение в вращательном движении, производимом колесами транспортного средства. Датчики позиционируются у или внутри обода колеса для определения скорости вращения, информирующей водителя о скорости автомобиля. Эти хрупкие устройства должны быть позиционированы для избежания коллизий и повреждений датчика.

Системы демпфирования раньше были чисто механическими и функционировали без необходимости электронной помощи. Сегодня пружинно-демпферные системы используют динамическую обратную связь от состояния дороги, которую мониторят автомобильные датчики, и меняют демпфирование на основе личных настроек и условий вождения. Система демпфирования требует большого диапазона хода для компонентов и проводки. Подходящая длина провода, отсутствие интерференций деталей и качественный дизайн необходимы для поддержания целостности системы и избежания поврежденных компонентов.

Как облегчить работу инженеров

Zuken лидирует на автомобильном рынке в вопросах разработки и интеграции автомобильных компонентов — от электротехники до механической инженерии. E3.series — инженерная платформа, предлагающая функции, объединяющие две дисциплины в одну общую программу. Интеграция автомобильного механического дизайна с электрическими системами для создания модели с лучшими качествами обоих миров. Автоматизированный процесс проектирования помогает в проектировании и моделировании лучших транспортных средств. Проектные данные содержат информацию от схемы до создания жгута, спецификации материалов и производственного формата. Мгновенная объектно-ориентированная архитектура гарантирует, что все элементы дизайна, атрибуты и изменения мгновенно отражаются до производства.

E3.Cable: проектирование и документирование

E3.cable используется для проектирования и документирования планов кабелей и компоновки жгутов. Отдельные проводники объединяются в проекте для разработки новых кабелей и жгутов. Экранирование и структуры скрученных пар могут быть добавлены к кабелям и автоматически отображены в схемном дизайне.

E3.3D Routing Bridge

Для достижения лучшего дизайна Zuken разработала связи между E3.series и всеми основными поставщиками MCAD (механический CAD), позволяя создавать полностью интегрированные дизайн-модели. Используя E3.3D Routing Bridge, схемотехническая и соединенческая информация из E3.series может интерфейсироваться со всеми основными MCAD-системами. Возможности включают:

• Передачу информации о компонентах в MCAD (разъемы, контакты, сплавы)
• Двусторонний обмен данными с MCAD
• Проверку на коллизии (clash detection) в MCAD
• Проверку радиуса изгиба проводов
• Автоматический расчет длины проводов и сегментов в MCAD
• Автоматическое создание производственной документации в E3.Formboard

Не нужно менять текущую платформу твердотельного моделирования, так как она легко интегрируется с:

• CATIA V5
• SolidWorks
• PTC Creo (Pro/Engineering)
• Autodesk Inventor
• Siemens NX
• Solid Edge
• NX I-deas

Электрические системы транспортных средств требуют глубокого рассмотрения при проектировании и разработке для производства. Принятие мер для правильного понимания плюсов и минусов размещения устройств и проводки поможет определить успех будущих проектов. Наличие лучших инструментов для инженеров — всегда плюс, а разработка лучшего качества для потребителей — всегда главная цель.

Была ли прокладка проводки через ваш дизайн проблемой? Оставьте комментарий о трудностях, с которыми вы столкнулись.