CN110705074B - 快速线束原理仿真分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速线束原理仿真分析方法，包括：S1：根据整车电器部件的功能逻辑将所有电器仿真的零部件进行划分；S2：根据电器部件的逻辑功能编辑各个汽车电器部件分析模型；S3：根据汽车规划的电器配置表将整车电器原理图划分为多个电器系统原理图；S4：计算电器分系统对应整车原理失效模式库的支持度数组；S5：对步骤S4所得到的支持度数组进行电器系统原理图快速K‑means聚类获得电器系统原理图分组；S6：对应步骤S5所得的聚类结果以及整车电器功能计划需求，确定整车电器功能分析模型；S7：对各电器系统原理图分组结果组内进行定性仿真分析；S8：输出仿真分析结果。本发明利用电器系统间回路关系进行仿真且其计算量能被常规计算机所接受。
Description
技术领域
本发明属于汽车仿真分析技术领域，具体涉及一种快速线束原理仿真分析方法。
背景技术
传统的汽车线束设计是通过人工计算与校核，直接在2D图纸上绘制出线束产品的尺寸、接插件型号、包裹物类型、导线回路导通等信息，其电气原理信息由线束设计工程师人为进行管控，图纸正确性、规范性、完整性受工程师设计经验值影响较大，自动化程度低。对于不同车型的电器配置需求，传统2D图纸可沿用性低，对于不同的电器配置大量设计工作重复进行，无法适应随市场需要而快速变化的电器配置。
目前，诸多主机厂均已开始使用自动化线束设计软件进行整车线束开发，其中CHS(Captial Harness System)作为设计平台拥有较为先进的设计方法和个性化的设计流程，适合于汽车整车电气线束设计工作，在国内外多家主机厂都有不错的表现。CHS设计平台将电器线束连接关系数据化，将电器端口到端口的电线连接转换为程序化语言，为汽车电器线束原理的仿真提供了可编程接口。整车电器线束连接正确性检查仿真分析是通过计算机模拟汽车电器件的工作原理，用来在未生产实物之前发现并解决问题，提高一次性设计对的能力，降低返修成本。
目前，汽车电器原理仿真主要分为电器模型精细化(以精准模拟现实情况)与电器模型简化(以快速完成功能检查)两个方向；精准模拟使用多种算法，运算量庞大，常用于已出现问题的具体原因分析方面，但由于运算时间长，不适用于辅助设计全面检查；快速完成功能检查现主要分为全局功能检查与部分功能检查两方面，全局功能检查由于现在汽车功能的增多，运算次数呈指数增长，难以适应快速开发设计的需求，而局部功能检查受设计工程师经验影响，往往考虑不够全面，容易发生遗漏功能未检查的情况。
因此，有必要开发一种新的快速线束原理仿真分析方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速线束原理仿真分析方法，能利用电器系统间回路关系进行仿真且其计算量能被常规计算机所接受，用以完成整车设计阶段线束原理的仿真分析。
本发明所述的一种快速线束原理仿真分析方法，包括以下步骤：
S1：根据整车电器部件的功能逻辑将所有电器仿真的零部件划分为传感单元、控制单元和执行单元；
S2：根据电器部件的逻辑功能编辑各个汽车电器部件分析模型；
S3：根据汽车规划的电器配置表将整车电器原理图划分为多个电器系统原理图；
S4：计算电器分系统对应整车原理失效模式库的支持度数组；
S5：对步骤S4所得到的支持度数组进行电器系统原理图快速K-means聚类获得电器系统原理图分组；
S6：对应步骤S5所得的聚类结果以及整车电器功能计划需求，确定整车电器功能分析模型；
S7：对各电器系统原理图分组结果组内进行定性仿真分析；
S8：输出仿真分析结果。
进一步，所述步骤S4具体为：
S41:判断各种失效情况与各个电器分系统的相关系数H：
其中：SD为失效模式库中与该系统相关的因子数量，SN为失效情况所涉及因子总数,RPN＝严重度*频度*探测度是失效模式库中对失效的风险评估数；
S42:将已得到的电器分系统与失效情况相关系数按照失效情况的顺序排列为数组an＝[H]。
进一步，所述步骤S5具体为：
S51:计算各数组内，选取数组an均值最大对应的电器系统原理图作为第一个聚类中心进行聚类；
S52:按照如下公式计算各数组到聚类中心的欧式距离：
并计算所有样本之间距离的平均距离：
把与已有聚类中心距离大于平均距离d的样本方差置空，在剩余样本中选取均值最大的那个样本作为下一个聚类中心；重复该步骤，得到k个聚类中心；
S53:计算每个数组到各个初始聚类中心的距离，按欧式距离最近原则将每个数组对应的电器系统原理图分到各个类；
S54:按照平均法更新各个类的质心，作为新的聚类中心，计算每个数据对象到新聚类中心的距离d，按最近距离原则将每个数组对应的电器系统原理图分到各个类；
S55:计算准则函数E，判断E是否收敛，若收敛，则结束，输出最终聚类结果，若不收敛，则跳回执行步骤S54；
进一步，所述步骤S2具体为：
S21：根据电器有效接口数量放置等效引脚，放置引脚数量应与已使用的引脚数量相同，未使用的功能引脚不放置；
S22：利用电器各引脚内部关系连接各引脚，并命名各连线，连线规则参照电器接口等效电路以及引脚间是否存在逻辑关系进行；
S23：根据电器功能逻辑对已放置的电器引脚与各连线进行写入程序。
进一步，所述步骤S6具体为：
S61:根据步骤S1中划分的执行单元创建功能是否实现得到判别函数；
S62:根据步骤S1中划分的传感单元创建可人机交互的控制输入因子。
本发明具有以下优点：
(1)根据市场配置对整车电器原理进行划分，在市场配置发生变化时能够仅对配置变化涉及的系统进行更新，相对于整车全局仿真，该仿真模型具有更好的适应性。
(2)仿真模型将失效风险评估数引入各个电器分系统相关系数中，有效的利用问题的关重信息，在提升运输速度的同时有效避免了关键信息丢失。
(3)系统分组的算法相对整体仿真有效地提高了仿真速度，满足快速完成设计检查需求。
(4)系统分组的算法相对于系统内部仿真检查能够处理系统间的设计问题检查，从而降低了问题漏检率，属于一种避免人为经验影响的局部功能检查方法。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的仿真示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种快速线束原理仿真分析方法，包括以下步骤：
S1：根据整车电器部件的功能逻辑将所有电器仿真的零部件划分为传感单元、控制单元和执行单元；
S2：根据电器部件的逻辑功能编辑各个汽车电器部件分析模型；
S3：根据汽车规划的电器配置表将整车电器原理图划分为多个电器系统原理图；
S4：计算电器分系统对应整车原理失效模式库的支持度数组；
S5：对步骤S4所得到的支持度数组进行电器系统原理图快速K-means聚类获得电器系统原理图分组；
S6：对应步骤S5所得的聚类结果以及整车电器功能计划需求，确定整车电器功能分析模型；
S7：对各电器系统原理图分组结果组内进行定性仿真分析；
S8：输出仿真分析结果。
本实施例中，所述步骤S1具体为：
S11:传感单元：将人为操作或环境变化转换为电信号并传递给控制单元的汽车电器部件，包括所有开关与传感器。
S12:控制单元:接收传感单元信号并通过处理再发出命令的电器零部件。
S13:执行单元:执行电器动作包括显示、点亮、转动等多种形式反馈给外界的电器零部件。
本实施例中，所述步骤S2具体为：
S21：根据电器有效接口数量放置等效引脚，放置引脚数量应与已使用的引脚数量相同，未使用的功能引脚不放置；
S22：利用电器各引脚内部关系连接各引脚，并命名各连线，连线规则参照电器接口等效电路以及引脚间是否存在逻辑关系进行；
S23：根据电器功能逻辑对已放置的电器引脚与各连线进行写入程序。
本实施例中，所述步骤S4具体为：
S41:判断各种失效情况与各个电器分系统的相关系数H：
其中：SD为失效模式库中与该系统相关的因子数量，SN为失效情况所涉及因子总数,RPN＝严重度(S)*频度(O)*探测度(D)是失效模式库中对失效的风险评估数；
S42:将已得到的电器分系统与失效情况相关系数按照失效情况的顺序排列为数组an＝[H]。
本实施例中，所述步骤S5具体为：
S51:计算各数组内，选取数组an均值最大对应的电器系统原理图作为第一个聚类中心进行聚类；
S52:按照如下公式计算各数组到聚类中心的欧式距离：
并计算所有样本之间距离的平均距离：
把与已有聚类中心距离大于平均距离d的样本方差置空，在剩余样本中选取均值最大的那个样本作为下一个聚类中心；重复该步骤，得到k个聚类中心；本实施例中，k＝5。
S53:计算每个数组到各个初始聚类中心的距离，按欧式距离最近原则将每个数组对应的电器系统原理图分到各个类；
S54:按照平均法更新各个类的质心，作为新的聚类中心，计算每个数据对象到新聚类中心的距离d，按最近距离原则将每个数组对应的电器系统原理图分到各个类；
S55:计算准则函数E，判断E是否收敛，若收敛，则结束，输出最终聚类结果，若不收敛，则跳回执行步骤S54；
本实施例中，所述步骤S6具体为：
S61:根据步骤S1中划分的执行单元创建功能是否实现得到判别函数；
S62:根据步骤S1中划分的传感单元创建可人机交互的控制输入因子。
以某已完成量产项目的CHS电气原理图为例进行实验，该项目原理图已完成过整车级电气功能分析，未报出问题。为充分验证本方法的有效性和适用性，以已完成量产项目的CHS电气原理图为例，人为设定100个设计问题进行验证，本发明采用了检查运算次数，设计问题检出率和设计问题误检率对最终检查模型进行评估。设计问题检出率表示被检出问题占总设定问题的比例，误检率表示系统错误判断的设计问题占总检出问题的比例。
表1为本方法与全局检查以及系统检查算法的准确率以及时间对比
表中O表示仿真范围内开关。
从表1结果可以得出，本方法较全局仿真算法误检率下降了13％，检测率仅降低了1％，同时，相对于系统仿真算法误检率上升了2％，检测率提高了29％，由于误检出来的问题可以通过设计人员判断再次排除，而漏检项往往会产生设计错误，就准确率来说全局仿真算法最优，其次为本文算法，最差为系统仿真。
结合运算次数对三者进行了对比，从结果看出本算法较全局仿真大大降低了运算时间，同时检测率未明显下降。
表2为本发明聚类数量结果对比
表2为本算法分类数量K不同时算法的检查率与算法时间对比，通过表格数据可以看出，随着分类数量的增加，检测率逐渐下降，算法运算时间也同时下降，运算时间下降趋势呈指数形式，在分类数量达到一定程度后继续增加分类数量时间收益并不高，且检测率下降严重，本方法指在解决普通计算机无法满足的大运算量问题，因而在普通计算机能满足运算的条件下应尽量减少分类数量。
Claims (4)
1.一种快速线束原理仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据整车电器部件的功能逻辑将所有电器仿真的零部件划分为传感单元、控制单元和执行单元；
S2：根据电器部件的逻辑功能编辑各个汽车电器部件分析模型；
S3：根据汽车规划的电器配置表将整车电器原理图划分为多个电器系统原理图；
S4：计算电器分系统对应整车原理失效模式库的支持度数组；
S5：对步骤S4所得到的支持度数组进行电器系统原理图快速K-means聚类获得电器系统原理图分组；
S6：对应步骤S5所得的聚类结果以及整车电器功能计划需求，确定整车电器功能分析模型；
S7：对各电器系统原理图分组结果组内进行定性仿真分析；
S8：输出仿真分析结果；
所述步骤S4具体为：
S41:判断各种失效情况与各个电器分系统的相关系数H：
其中：SD为失效模式库中与该系统相关的因子数量，SN为失效情况所涉及因子总数,RPN＝严重度*频度*探测度是失效模式库中对失效的风险评估数；
S42:将已得到的电器分系统与失效情况相关系数按照失效情况的顺序排列为数组an＝[H]。
2.根据权利要求1所述的快速线束原理仿真分析方法，其特征在于：所述步骤S5具体为：
S51:计算各数组内，选取数组an均值最大对应的电器系统原理图作为第一个聚类中心进行聚类；
S52:按照如下公式计算各数组到聚类中心的欧式距离：
并计算所有样本之间距离的平均距离：
把与已有聚类中心距离大于平均距离d的样本方差置空，在剩余样本中选取均值最大的那个样本作为下一个聚类中心；重复该步骤，得到k个聚类中心；
S53:计算每个数组到各个初始聚类中心的距离，按欧式距离最近原则将每个数组对应的电器系统原理图分到各个类；
S54:按照平均法更新各个类的质心，作为新的聚类中心，计算每个数据对象到新聚类中心的距离d，按最近距离原则将每个数组对应的电器系统原理图分到各个类；
S55:计算准则函数E，判断E是否收敛，若收敛，则结束，输出最终聚类结果，若不收敛，则跳回执行步骤S54；
3.根据权利要求2所述的快速线束原理仿真分析方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：
S21：根据电器有效接口数量放置等效引脚，放置引脚数量应与已使用的引脚数量相同，未使用的功能引脚不放置；
S22：利用电器各引脚内部关系连接各引脚，并命名各连线，连线规则参照电器接口等效电路以及引脚间是否存在逻辑关系进行；
S23：根据电器功能逻辑对已放置的电器引脚与各连线进行写入程序。
4.根据权利要求1至3任一所述的快速线束原理仿真分析方法，其特征在于：所述步骤S6具体为：
S61:根据步骤S1中划分的执行单元创建功能是否实现得到判别函数；
S62:根据步骤S1中划分的传感单元创建可人机交互的控制输入因子。
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