CN111983355B - 车辆低压线束产品设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆低压线束产品设计方法，包括步骤：根据电气系统功能需求输入，确定整车电气系统功能配置；生成电气原理图；考虑电磁兼容要求输入确定线束三维布置方案；继而生成线束二维图纸；进行小批量线束生产，并电气检测；将小批量线束在生产试装车上试装；对生产试装车进行整车电磁兼容性测试；进行小批量线束生产试装评价；进行线束产品认可实验。本发明提出的综合电磁兼容的低压线束产品设计方法有效规避了在整车电磁兼容实验中可能产生的问题，还缩短了低压线束产品设计的周期。

Description

车辆低压线束产品设计方法
技术领域
本发明的实施方式总体上涉及汽车制造领域，更具体地，涉及一种车辆低压线束产品设计方法。
背景技术
汽车线束是连接汽车各种电器和用电设备的重要部件，是汽车电路的网络主体。随着汽车工业的快速发展，汽车功能的多样化发展，许多新的电子设备的增加以及对原来机械设备的电子化发展，使汽车在舒适性、经济性上有了较大的提高。因此对于汽车线束的要求越来越高，在增加更多线路的要求下汽车线束设计越来越复杂。摆在现实中的问题是线束越来越庞大，在有限的空间中布置所有线束的难度加大，由于线路增加，对于线束的可靠性要求也越来越高。
电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。随着汽车配置的不断升高以及低配车型的装备下移使得具有高功率以及安全相关的电子设备逐渐增多，电磁环境更为复杂。
由于用户对于汽车的需求不断提高也使得车内电器设备不断增多，使得现阶段汽车的电气系统设计面对更多来自电磁兼容设计的压力。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明的实施方式提供了一种车辆低压线束产品设计方法，该方法包括步骤：
S101，根据电气系统功能需求输入，确定整车电气系统功能配置；
S102，根据所述整车电气系统功能配置生成电气原理图；
S103，根据布置环境数据输入和电磁兼容要求输入，确定线束三维布置方案；
S104，根据所述电气原理图和所述线束三维布置方案，生成线束二维图纸；
S105，根据所述线束二维图纸，进行小批量线束生产，并对生产出的小批量线束进行小批量线束电气检测，获得小批量线束电气检测结果；
S106，根据所述小批量线束电气检测结果，判断所述小批量线束的电气性能是否满足线束功能需求，如不满足所述线束功能需求，则执行步骤S107，如满足所述线束功能需求，则执行步骤S108；
S107，根据所述小批量线束电气检测结果检查线束问题，根据所述线束问题重新生成线束二维图纸，并且重复步骤S105-S106，直至所述小批量线束的电气性能满足所述线束功能需求；
S108，将所述小批量线束在生产试装车上试装；
S109，对所述生产试装车进行整车电磁兼容性测试，获得整车电磁兼容性测试结果；
S110，根据所述整车电磁兼容性测试结果判断所述生产试装车的整车电磁兼容性测试是否通过，如所述生产试装车的整车电磁兼容性测试不通过，则执行步骤S111，如所述生产试装车的整车电磁兼容性测试通过，则执行步骤S112；
S111，根据所述整车电磁兼容性测试结果重新生成线束二维图纸，并且重复步骤S105-S110，直至所述整车电磁兼容性测试通过；
S112，根据所述整车电磁兼容性测试结果，进行小批量线束生产试装评价，获得小批量线束生产试装评价结果；
S113，根据所述小批量线束生产试装评价结果判断所述小批量线束生产试装评价是否通过，如果所述小批量线束生产试装不通过，则执行步骤S114，如果所述小批量线束生产试装通过，则执行步骤S117；
S114，根据所述小批量线束生产试装评价结果，判断导致所述小批量线束生产试装评价不通过的因素是否涉及线束三维布置方案更改，如果涉及线束三维布置方案更改，则执行步骤S115，如果导致所述小批量线束生产试装评价不通过的因素不涉及三维方案更改，则执行步骤S116；
S115，根据所述小批量线束生产试装评价结果重新生成线束三维布置方案，并且重复步骤S104-S113，直至所述小批量线束生产试装评价通过；
S116，根据所述小批量线束生产试装评价结果重新生成线束二维图纸，并且重复步骤S105-S113，直至所述小批量线束生产试装评价通过；
S117，对通过了所述小批量线束生产试装评价的所述小批量线束进行线束产品认可实验，在所述线束产品认可实验通过之后，获得符合电磁兼容要求的线束产品。
在一些实施方式中，所述步骤S103包括以下步骤：S103a，进行电磁兼容线束单件测试，获得线束单件电磁兼容要求输入；S103b，建立整车接地电磁兼容有限元模型，计算接地电磁兼容有限元模型电磁分布，确认电磁兼容接地方案是否符合电磁兼容需求，如果符合电磁兼容需求，则电磁兼容接地方案确定；如果不符合电磁兼容需求，则调整电磁兼容接地方案，直至电磁兼容接地方案符合电磁兼容需求；S103c，根据所述电磁兼容线束单件测试以及所述电磁兼容接地方案，确定所述电磁兼容要求输入；S103d，根据所述布置环境数据输入和所述电磁兼容要求输入确定所述线束三维布置方案。
在一些实施方式中，步骤103a中的所述线束单件电磁兼容要求输入包括以下中的一个或多个：线束的控制器局域网络总线双绞线的绞距、控制器局域网络总线双绞线的孔位、钥匙读写线圈线束分支长度、车身控制器接地线分支长度和天线屏蔽线的长度。
在一些实施方式中，步骤S103b中的所述整车接地电磁兼容有限元模型包括整车金属车身模型和/或接地线束三维模型。
在一些实施方式中，步骤103d中的所述布置环境数据输入包括外饰件三维模型、内饰件三维模型、动力总成三维模型中的一个或多个。
在一些实施方式中，步骤S105中的所述小批量线束电气检测包括所述小批量线束的通断检测和/或静电流检测。
在一些实施方式中，步骤S109中的所述整车电磁兼容性测试包括整车辐射发射测试、整车抗辐射干扰测试和整车抗静电干扰测试中的一个或多个。
在一些实施方式中，步骤S112中的所述小批量线束生产试装评价包括线束可装配性评价和/或线束可布置性评价。
与现有技术相比，本发明的实施方式提出的综合电磁兼容的低压线束产品设计方法能够在设计阶段规避后续可能产生的电磁兼容问题。在进入整车试制和测试验收阶段时，电磁兼容相关电子器件往往已经开发完成，在这一阶段这些器件更改的难度较大且周期较长。由于低压线束的调整会受到线束布置环境的限制，为兼顾电磁兼容要求，低压线束需要做出调整，在布置环境已经确定的情况下低压线束调整的灵活度较低。本发明基于以上考虑从线束产品设计层面出发，线束作为相对容易调整的器件，做出调整以满足整车电磁兼容需求无疑是最为经济和理想的方式，在整车低压线束三维布置开发完成之前考虑电磁兼容可能产生的影响，在设计阶段有效地解决可能存在的整车电磁兼容问题，解决了本领域目前亟待解决的技术问题。
另外，通过本发明的实施方式提出的综合电磁兼容的低压线束产品设计方法，能够有效地缩短低压线束产品的设计周期。在低压线束产品的设计过程中，通过最大程度地降低由于不满足单件级别和整车级别的电磁兼容实验要求对开发进度带来的影响，进而可以缩短低压线束产品的设计周期，从而保障车型的顺利量产。
总而言之，本发明的实施方式提出的综合电磁兼容的低压线束产品设计方法相较于传统线束设计方法不仅在低压线束产品设计开发阶段有效地解决可能存在的整车电磁兼容问题，而且缩短了低压线束产品开发的周期。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1示出了根据本发明的实施方式的车辆低压线束产品设计方法的流程图；
图2示出了根据本发明的实施方式的确定线束三维布置方案的流程图；
图3示出了根据本发明的实施方式的线束产品认可实验的流程图；
图4示出了根据本发明的实施方式的电气原理图；
图5示出了根据本发明的实施方式的线束单件抗静电放电测试的示意图；
图6示出了根据本发明的实施方式的线束单件信号线的抗脉冲干扰测试的示意图；
图7示出了根据本发明的实施方式的整车接地电磁兼容有限元模型的示意图；
图8示出了根据本发明的实施方式的接地电磁兼容有限元模型电磁分布的示意图；
图9示出了根据本发明的实施方式的电磁兼容接地方案的示意图；
图10示出了根据本发明的实施方式的线束三维布置方案的示意图；
图11示出了根据本发明的实施方式的线束二维图纸的示意图；
图12示出了根据本发明的实施方式的整车辐射发射测试的示意图；
图13示出了根据本发明的实施方式的整车辐射发射测试结果；
图14示出了根据本发明的实施方式的整车抗辐射干扰测试的示意图；
图15示出了根据本发明的实施方式的整车抗静电干扰测试的示意图；
图16示出了根据本发明的实施方式的线束产品端子切片实验中线束端子截面的示意图。
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。
针对现有的低压线束产品设计方法存在的不足，本发明的目的在于提供一种综合电磁兼容的低压线束产品设计方法。本发明的一个实施方式提供了一种车辆低压线束产品设计方法。参照图1，其示出了根据本发明的实施方式的车辆低压线束产品设计方法的流程图。如图1所示，该方法包括步骤S101-S117。
在步骤S101中，根据电气系统功能需求输入，确定整车电气系统功能配置。由于车型的不同配置将会将结构为各个功能装备的市场反馈，这就让需求输入体现了实际市场需求。需求输入就是确定各个车型的装备配置，根据市场的反馈决定设计车型不同电器装备的比例，用于指导实际的低压线束设计。
在步骤S102中，根据整车电气系统功能配置生成电气原理图。
生成电气原理图是将整车的需求输入变成电气方案的过程，在确定整车电气系统功能配置之后根据配置需要加入相应的电器器件以及对应的原理图方案，进而提供可以适应需求车型选型需要的系统原理图。接电线、接地线、控制器局域网络(Controller AreaNetwork，CAN)总线与局域互联网络(Local Interconnect Network，LIN)线构成了整个低压线束产品的基础，是低压线束产品设计的基础。从电瓶连接的电源需要经过保险丝与各个电器件相连，从而保证整车电器电源的稳定，并与相应的接地线构成回路；保险丝的设计包含线径、额定电流、保险丝选型等内容。线径、额定电流、保险丝选型遵循以下原则：首先保险丝的额定电流取决于标准的工作电流，因此可以将持续工作载流设定为保险丝额定电流的110％，此外保险丝能够承受一定的时间的稳定电流和足够的脉冲次数。线径、额定电流、保险丝选型如表1所示：
表1线径、额定电流、保险丝选型
线径 额定电流 保险丝选型
6mm2 40A 50A
4mm2 32-35A 40A
2.5mm2 20-24A 25-30A
1.5mm2 15-16A 20A
1mm2 10-12A 15A
0.75mm2 7.5A-8A 10A
0.5mm2 5-6A 7.5-10A
0.35mm2 4A 5A
CAN总线是电器件中的控制器收发报文速率需求较高的信号线，根据CAN总线的定义将控制器分配到不同的CAN总线下，CAN总线分为KCAN(舒适CAN)、FCAN(底盘CAN)、ICAN(信息娱乐CAN)、ACAN(动力CAN)、ECAN(扩展CAN)五组CAN线，分配到五组CAN总线下的控制器的CAN线与网关相连接。
LIN线是电器件中对信号收发速率需求较低的控制器的信号线，根据LIN总线的定义将控制器分配到LIN线下，分配到LIN总线下的控制器的LIN线与网关相连接。
在步骤S103中，根据布置环境数据输入和电磁兼容要求输入，确定线束三维布置方案。
参照图2，其示出了根据本发明的实施方式的确定线束三维布置方案的流程图。如图2所示，确定线束三维布置方案包括步骤S103a-S103d。
在步骤S103a中，进行电磁兼容线束单件测试，获得线束单件电磁兼容要求输入。电磁兼容线束单件测试是针对低压线束设计中线束单件电磁兼容性的测试，例如可以包括线束单件抗静电放电测试和线束单件信号线的抗脉冲干扰测试。
作为本发明的一个实施方式，线束单件电磁兼容要求输入包括以下中的一个或多个：线束的控制器局域网络(CAN)总线双绞线的绞距、控制器局域网络(CAN)总线双绞线的孔位、钥匙读写线圈线束分支长度、车身控制器(Body Control Module，BCM)接地线分支长度和天线屏蔽线的长度。
线束单件抗静电放电测试针对线束单件在静电环境下的传输线信号稳定性测试，具体做法是将一定长度的低压线束固定在有刻度的基板上，一端连接信号发生器，在低压线束固定的位置用静电发生器向传输线路进行静电放电，通过与信号读取设备连接的上位机观测该传输线路信号传输的稳定性，进而分析静电对于信号传输的影响，不断调整线束的长度，寻找传输线路信号传输稳定的最长的线束长度。由此确定线束的CAN线双绞线的绞距、钥匙读写线圈线束分支长度、BCM接地线分支长度。
线束单件信号线的抗脉冲干扰测试是针对线束单件在脉冲干扰环境下的信号线传输的扰动情况，具体做法是是将一定长度的信号线固定在有刻度的基板上，一端连接发射/接收信号的控制器，一端连接发射/接收信号的传感器，将脉冲干扰发生器接入信号线底部有刻度的基板，按照一定时序发出瞬态4000V电压脉冲，通过示波器观察电压脉冲是否在传输线上产生较大场强值波动，如电压值波动超过最大允许场强值，则线束单件信号线的抗脉冲干扰测试不通过，反之则通过，不断调整线束的长度，寻找场强值波动低于最大允许场强值的最长的线束长度。由此确定天线屏蔽线的长度。
此外考虑到CAN线双绞线在传输过程中容易受到磁场的干扰，而CAN线双绞线的CANH(CAN高)线与CANL(CAN低)线对接插头两孔位有一定距离就会在CANH线与CANL线之间形成电磁场，因此需要将CANH线与CANL线安装在低压线束插头中紧邻的孔位中，以减少电磁场的干扰。
在步骤S103b中，建立整车接地电磁兼容有限元模型，计算接地电磁兼容有限元模型电磁分布，确认电磁兼容接地方案是否符合电磁兼容需求，如果符合电磁兼容需求，则电磁兼容接地方案确定；如果不符合电磁兼容需求，则调整电磁兼容接地方案，直至电磁兼容接地方案符合电磁兼容需求。
作为示例，可以在三维结构电磁场仿真软件HFSS(High Frequency StructureSimulator)中构建整车接地电磁兼容有限元模型。
作为本发明的一个实施方式，整车接地电磁兼容有限元模型包括整车金属车身模型和/或接地线束三维模型。
由于电磁兼容的集肤效应，整车金属车身模型的金属厚度可以设置为0.5mm；在车金属车身模型确认的基础上计算整车接地电磁兼容有限元模型电磁分布，确认电磁兼容接地方案中接地点是否处于整车金属车身模型表面感生电流较大位置，如果接地点布置的整车金属车身模型表面位置感生电流值低于或者等于周围感生电流值，则符合电磁兼容需求，电磁兼容接地方案确定；如果接地点布置的整车金属车身模型表面位置感生电流值高于周围感生电流值，则不符合电磁兼容需求，调整电磁兼容接地方案将接地点布置的整车金属车身模型表面位置移至低于当前感生电流值的位置，重复该步骤，直至电磁兼容接地方案符合电磁兼容需求。
在步骤S103c中，根据电磁兼容线束单件测试以及电磁兼容接地方案，确定电磁兼容要求输入。
在步骤S103d中，根据布置环境数据输入和电磁兼容要求输入确定线束三维布置方案。作为本发明的一个实施方式，布置环境数据输入可以包括外饰件三维模型、内饰件三维模型、动力总成三维模型中的一个或多个。针对外饰件，首先就是要考虑白车身的钣金厚度与强度，在搭接和分缝的位置尽可能地不布置线束的孔位；在应力集中点不得打孔；对于A柱这类对于强度需求较高的钣金件，线束孔位距离结构边沿必须大于10mm；在需要线束穿过钣金需要开孔的情况下，开孔直径应尽可能控制在30mm并在此位置采取相应的胶堵进行固定；针对内饰件，线束布置至少与内饰件内表面保持5mm以上的间隙以避免干涉，由于内饰件在造型设计阶段已经有了相对较为明确的包络面输入，因此在布置时尽可能满足内饰件的需求；对于集中在发动机舱动力总成件，线束布置时一定要尽可能的避开发热件，如空调管、散热格栅、大灯散热冷板等，此外在发动机舱的线束选择的胶带的耐温等级至少需要达到105℃。基于以上设计原则利用三维绘图软件结合三维布置环境数据，绘制线束三维数据，从而确定线束三维布置方案。
在步骤S104中，根据电气原理图和线束三维布置方案，生成线束二维图纸。在确认线束三维布置方案之后，在电气系统原理图的接线上标注由线束三维模型方案确定的线束长度信息，再根据各用电器的载流量明确标注各单线的线径，根据线束线色并标注，由这些信息可以形成线束初步二维图纸。基于此按照线束产品工装样板的实际要求将同一分支的单线进行收束，并标注各低压线束分支与主干的胶堵、焊点、支架以及线束包裹胶带的信息，最终实现线束二维图纸绘制的完成。
在步骤S105中，根据线束二维图纸，进行小批量线束生产，并对生产出的小批量线束进行小批量线束电气检测，获得小批量线束电气检测结果。
根据线束二维图纸，根据预批量车的装车需求采取手工样件的方式进行小批量线束生产，并对小批量线束进行小批量线束电气检测。作为本发明的一个实施方式，小批量线束电气检测可以包括小批量线束的通断检测和/或静电流检测。其中线束的通断检测主要是采用线束电检台对线束的所有回路进行通断性检测，线束的静电流检测主要是采用线束电检台以及电流计对线束保险丝对应回路的持续工作载流进行测量，对应回路的持续工作载流不得超过保险丝额定电流的110％。
在步骤S106中，根据小批量线束电气检测结果，判断小批量线束的电气性能是否满足线束功能需求，如不满足线束功能需求，则执行步骤S107，如满足线束功能需求，则执行步骤S108。
根据小批量线束电气检测结果，判断小批量线束电气性能是否满足功能需求，即线束的所有回路均为通路，且线束保险丝对应回路的持续工作载流低于保险丝额定电流的110％，如果满足以上功能需求，则进行小批量线束生产试装；如不满足功能需求，则执行步骤S107。
在步骤S107中，根据小批量线束电气检测结果检查线束问题，根据线束问题重新生成线束二维图纸，并且重复步骤S105-S106，直至小批量线束的电气性能满足线束功能需求。
检查线束问题，根据线束问题重新生成线束二维图纸可以包括：检查线束问题、更换线路并制定线束二维更改方案，基于此生成二维线束更改文件，二维线束更改文件是基于线束二维图纸所形成的更改文件，主要有线束电气属性的更改文件以及线束机械属性的更改文件。执行二维线束更改文件之后对线束进行更改，重复步骤S105-S106，直至小批量线束电气性能满足功能需求。
在步骤S108中，将小批量线束在生产试装车上试装，即，进行小批量线束生产试装，小批量线束生产试装是在车型试装阶段进行的试装，通过小批量线束生产试装，用于生产专门用于整车电磁兼容性测试的生产试装车。
在步骤S109中，对生产试装车进行整车电磁兼容性测试，获得整车电磁兼容性测试结果。
进行生产试装车整车电磁兼容性测试，生产试装车整车电磁兼容性测试可以包括整车辐射发射测试、整车抗辐射干扰测试以及整车抗静电干扰测试中的一个或多个。
整车辐射发射测试主要是针对整车在天线强辐射环境下对整车产生影响的测试，具体做法是通过在用于测试的生产试装车顶盖安装场发射天线，车内拆除主机并接入接地的阻抗适配器，通过安装在微波暗室外的信号发生器和功率放大器提供场发射天线辐射功率，通过从0.1MHz到5925MHz之间分频段测试，得到用于测试的生产试装车的辐射发射场强值。
整车抗辐射干扰测试主要是针对整车在辐射环境下整车功能项的测试，具体做法是通过安装对数周期天线在微波暗室固定位置向用于测试的生产试装车发射电磁波，通过从100kHz到3 000MHz之间分频段测试，对测试用例的内容进行测试，进而分析在辐射环境下整车功能项存在的问题。
整车抗静电干扰测试主要是针对整车在静电环境下的传输线信号稳定性测试，具体做法是在微波暗室让用于测试的生产试装车处于启动的状态下，在低压线束CANH线焊点和CANL线焊点的位置用静电发生器向传输线路进行静电放电，通过与信号读取设备连接的上位机观测该传输线路信号传输的稳定性，进而分析静电对于信号传输的影响。
在步骤S110中，根据整车电磁兼容性测试结果判断生产试装车的整车电磁兼容性测试是否通过，如生产试装车的整车电磁兼容性测试不通过，则执行步骤S111，如生产试装车的整车电磁兼容性测试通过，则执行步骤S112。
在整车辐射发射测试中，如果用于测试的生产试装车的辐射发射场强值高于或等于标准规定的场强值，则整车辐射发射测试不通过；如果用于测试的生产试装车的辐射发射场强值低于标准规定的场强值，则整车辐射发射测试通过。
整车抗辐射干扰测试整车功能项评价标准如表2所示：
表2整车抗辐射干扰测试整车功能项评价标准
Figure BDA0002643628490000101
整车抗辐射干扰测试如果出现A级以及B级的测试现象，则整车抗辐射干扰测试通过，如果出现C级、D级以及E级的测试现象，则整车抗辐射干扰测试不通过。
整车抗静电干扰测试整车功能项评价标准如表3所示：
表3整车抗静电干扰测试整车功能项评价标准
Figure BDA0002643628490000102
整车抗静电干扰测试如果出现I级的测试现象，则整车抗静电干扰测试通过，如果出现II级以及III级的测试现象，则整车抗静电干扰测试不通过。
通过整车辐射发射测试，整车抗辐射干扰测试以及整车抗静电干扰测试判断生产试装车整车电磁兼容性测试是否通过，如生产试装车整车电磁兼容性测试不通过，则执行步骤S111；如生产试装车整车电磁兼容性测试通过，则判断线束小批量生产试装是否通过，即，执行步骤S112。
在步骤S111中，根据整车电磁兼容性测试结果重新生成线束二维图纸，并且重复步骤S105-S110，直至整车电磁兼容性测试通过。具体地，可以核对电磁兼容要求输入，例如，核对控制器接地点附近的电磁兼容环境，如果控制器接地点空间距离15cm之内布置有功率发射装置或者大电流电器件，则将接地点调整至距离该设备15cm之外。根据评价结果制定线束二维更改方案，并基于线束二维更改方案，生成线束二维图纸更改文件，进而更改线束二维图纸。
在步骤S112中，根据整车电磁兼容性测试结果，进行小批量线束生产试装评价，获得小批量线束生产试装评价结果。
基于生产试装车整车电磁兼容性测试通过结果，进行线束小批量生产试装评价。作为本发明的一个实施方式，小批量线束生产试装评价可以包括线束可装配性评价和/或线束可布置性评价。
线束可装配性方面，要保证在安装工位进行线束安装时，线束固定件安装法向需要有20cm以上的安装空间，满足该条件则线束可装配性评价通过，反之则不通过。
线束可布置性方面，要通过以下检查项：(a)线束布置位置没有通过金属边缘；(b)线束布置位置没有与其他零件产生干涉；(c)线束两固定件之间的距离不超过50mm；(d)线束末端分支插头与邻近的固定件的距离在15mm～20mm之间。
在步骤S113中，根据小批量线束生产试装评价结果判断小批量线束生产试装评价是否通过，如果小批量线束生产试装不通过，则执行步骤S114，如果小批量线束生产试装通过，则执行步骤S117。
如满足以上检查项(a)-(d)，则线束可布置性评价通过。由于布置环境数据输入中各个部件的三维布置与实车装配状态存在差异，部分部件在确定线束三维布置方案时的位置与实车的位置不同，因此造成以上检查项不满足，线束可布置性评价不通过。综合线束可装配性评价和线束可布置性评价判断线束小批量生产试装评价是否通过。
在步骤S114中，根据小批量线束生产试装评价结果，判断导致小批量线束生产试装评价不通过的因素是否涉及线束三维布置方案更改，如果涉及线束三维布置方案更改，则执行步骤S115，如果导致小批量线束生产试装评价不通过的因素不涉及三维方案更改，则执行步骤S116。作为示例，不涉及三维方案更改的情况例如更改线束包裹胶带、包裹胶带的捆扎方式、更改线束插头的端子类型的情况。作为示例，如果上述线束可装配性以及线束可布置性中的任何一项不通过，都需要进行三维方案更改。
在步骤S115中，根据小批量线束生产试装评价结果重新生成线束三维布置方案，并且重复步骤S104-S113，直至小批量线束生产试装评价通过。
在步骤S116中，根据小批量线束生产试装评价结果重新生成线束二维图纸，并且重复步骤S105-S113，直至小批量线束生产试装评价通过。
在步骤S117中，对通过了小批量线束生产试装评价的小批量线束进行线束产品认可实验，在线束产品认可实验通过之后，获得符合电磁兼容要求的线束产品。
如图3所示，线束产品认可实验通过以下步骤实现：
S301，进行线束产品拉拔力实验。线束产品拉拔力实验是测定线束端子拉拔力的实验，主要针对线束端子固定的应力进行分析。通过拉力机固定线束端子的“口部”，借助转动绞盘给线束端子均匀的拉力，通过破坏性试验将线束端子可以承受的拉拔力的极限确定下来，并与标准数据进行比照，从而确定压接的应力是否合格；
S302，判断线束产品拉拔力实验是否通过，结合表4，如果线束产品拉拔力实验实际拉力值小于导线面积对应的最小拉力，则线束产品拉拔力实验不通过；如果线束产品拉拔力实验实际拉力值大于导线面积对应的标准要求最小拉力，则线束产品拉拔力实验通过；如果线束产品拉拔力实验通过则进行线束产品端子切片实验，如线束产品拉拔力实验不通过则优化压接工艺以及参数，重复步骤S301，直至线束产品拉拔力实验通过；
表4线束导线面积和拉拔力
导线面积/mm2 标准要求最小拉力/N
0.35 40
0.5 50
0.75 80
1.0 100
1.5 150
2 180
2.5 200
4.0 280
10.0 550
25.0 1800
S303，在线束产品拉拔力实验通过后，进行线束产品端子切片实验，线束产品端子切片实验主要针对端子根部切片的形状判断端子压接的质量，压接连接必须按照有效的图纸说明来进行。端子切片实验主要通过端子剖面分析仪完成。端子剖面分析仪是精密检测分析的设备，端子剖面分析仪通过对端子进行破坏性试验获得端子的剖面，继而对端子断面结构进行处理，再借助端子剖面分析仪的高品质的图像采集系统对端子形状进行测量分析。
S304，判断线束产品端子切片实验是否通过，如果不通过，则优化压接工艺以及参数，重复步骤S301以及S302，直至线束产品端子切片实验通过；如果通过，则低压线束产品开发完成。
传统的线束设计方法由于基本没有将电磁兼容设计考虑在内，往往在线束产品设计完成之后甚至是车型量产之后，才发现整车存在电磁兼容问题。
与现有技术相比，本发明的实施方式提出的综合电磁兼容的低压线束产品设计方法能够在设计阶段规避后续可能产生的电磁兼容问题。在进入整车试制和测试验收阶段时，电磁兼容相关电子器件往往已经开发完成，在这一阶段这些器件更改的难度较大且周期较长。由于低压线束的调整会受到线束布置环境的限制，为兼顾电磁兼容要求，低压线束需要做出调整，在布置环境已经确定的情况下低压线束调整的灵活度较低。本发明基于以上考虑从线束产品设计层面出发，线束作为相对容易调整的器件，做出调整以满足整车电磁兼容需求无疑是最为经济和理想的方式，在整车低压线束三维布置开发完成之前考虑电磁兼容可能产生的影响，在设计阶段有效地解决可能存在的整车电磁兼容问题，解决了本领域目前亟待解决的技术问题。
另外，通过本发明的实施方式提出的综合电磁兼容的低压线束产品设计方法，能够有效地缩短低压线束产品的设计周期。在低压线束产品的设计过程中，通过最大程度地降低由于不满足单件级别和整车级别的电磁兼容实验要求对开发进度带来的影响，进而可以缩短低压线束产品的设计周期，从而保障车型的顺利量产。
总而言之，本发明的实施方式提出的综合电磁兼容的低压线束产品设计方法相较于传统线束设计方法不仅在低压线束产品设计开发阶段有效地解决可能存在的整车电磁兼容问题，而且缩短了低压线束产品开发的周期。
下文通过具体车型对本发明的实施方式提出的低压线束产品设计方法进行进一步说明。
1.确认需求配置
需求输入就是根据该车型的市场需求输入，定义电气系统需求的功能，从而确定该车型需要哪些电器装备。以K车型为例，列举四通道倒车雷达、电动座椅、无钥匙进入以及一键启停四种配置，根据市场的反馈得出以下配置信息：三种配置比例为基本型：舒适型：豪华型＝7:7:6，三种配置比例决定了电气系统以及线束的最终配置比例。为了便于对选型的信息进行管理，对于以上配置电气功能可以采用代码进行表示，例如，四通道倒车雷达可以用代码PDC表示，车身电子稳定性控制可以用代码ESC表示，胎压检测可以用代码RDK表示，高端音响可以用代码AMP表示，定速巡航可以用代码ACC表示，在线连接可以用代码OCU表示。选择K车型具有豪华型配置车辆时，线束的配置则显示为+PDC+ESC+RDK+AMP+ACC+OCU，这样就能保证线束的选型能够体现功能的需求。具体配置信息如表5所示：
表5K车型配置信息
Figure BDA0002643628490000141
2.低压线束生产试装与更改
低压线束生产试装与更改可以通过以下3步实施：
1)生成电气原理图
生成电气原理图是将整车的需求输入变成电气方案的过程，在确定K车型整车电气系统功能配置之后根据配置需要加入相应的电器器件以及对应的原理图方案，进而提供可以适应需求车型选型需要的系统原理图。参照图4，其示出了根据本发明的实施方式的电气原理图。图4中401为网关，402为驱动CAN线，403为舒适CAN线，404为底盘CAN线，405为附加CAN线，406为信息娱乐CAN线，407为LIN线，408为整车启动硬线信号输出线，409为电瓶常电信号输出线，410为接地线，ECU为发动机控制器，GSG为变速箱控制器，CI为仪表，TSG为车门控制器，PDC为倒车雷达控制器，ESC为车身电子稳定性控制器，ACC为定速巡航控制器，RDK为胎压检测控制器，OCU为在线连接单元控制器，AMP为功放控制器，HU为整车主机。还包括碰撞传感器(Sensor Crash)、发电机(Generator)、安全气囊控制器(Airbag)、发动机控制器传感器(Sensor Engine)。根据线束的配置+PDC+ESC+RDK+AMP+ACC+OCU，则电气原理图包含以上所有的控制器，电气原理图为最全配置方案。
2)生按照以下步骤成线束二维图纸：
(a)进行电磁兼容线束单件测试，电磁兼容线束单件测试可以包括线束单件抗静电放电测试和线束单件信号线的抗脉冲干扰测试。
参照图5，其示出了根据本发明的实施方式的线束单件抗静电放电测试的示意图。图5中501为接地基带，502为静电发生器，503为有刻度的基板，504为信号读取设备，505为上位机，506为被测试低压线束，507为信号发生设备。通过与信号读取设备连接的上位机观测该传输线路信号传输的稳定性，进而分析静电对于信号传输的影响，根据刻度不断调整线束的长度，由此确定线束的CAN线双绞线的绞距小于50mm、钥匙读写线圈线束分支长度小于833mm、BCM控制器接地线分支长度小于660mm。
参照图6，其示出了根据本发明的实施方式的线束单件信号线的抗脉冲干扰测试的示意图。
图6中601为接地基带，602为发射/接收信号的控制器，603为脉冲干扰发生器，604为有刻度的基板，605为被测试低压线束，606为50Ω负载阻抗，607为稳压电源，608为示波器。将脉冲干扰发生器接入信号线底部有刻度的基板，每5ms发出瞬态4000V电压脉冲，通过示波器观察电压脉冲是否在传输线上产生较大场强值波动。寻找场强值波动低于最大允许场强值的最长的线束长度，根据刻度不断调整线束的长度，由此确定天线屏蔽线的长度必须小于4010mm。
此外需要保证CANH线与CANL线安装在低压线束插头中紧邻的孔位中，以减少电磁场的干扰。
(b)在仿真软件HFSS中构建整车接地电磁兼容有限元模型，参照图7，其示出了根据本发明的实施方式的整车接地电磁兼容有限元模型的示意图。图7中701为接地线束三维模型，702为整车金属车身模型。在构建整车金属车身模型以及接地线束三维模型之后，计算整车接地电磁兼容有限元模型电磁分布。参照图8，其示出了根据本发明的实施方式的接地电磁兼容有限元模型电磁分布的示意图。从图8可以看出，整车模型的顶棚中部、顶棚后部、侧围B柱上部感生电流值较大，高于周边位置的感生电流，因此不宜布置接地点，因此将接地点布置于底盘前部与后部位置，符合整车接地电磁兼容要求。参照图9，其示出了根据本发明的实施方式的电磁兼容接地方案的示意图，图9中901为低压线束接地点，902为接地线方案。
(c)结合线束单件电磁兼容要求输入以及电磁兼容接地方案，确定电磁兼容要求输入；
(d)结合外饰件三维模型、内饰件三维模型、动力总成三维模型环境输入，确认线束三维布置方案。参照图10，其示出了根据本发明的实施方式的线束三维布置方案的示意图。通过线束三维布置方案获得各线束回路的长度信息，标注各单线的线径，根据线束的线色并标注，由这些信息可以形成线束初步二维图纸。将同一分支的单线进行收束，并标注各低压线束分支与主干的胶堵、焊点、支架以及线束包裹胶带的信息，最终实现线束二维图纸绘制的完成。参照图11，其示出了根据本发明的实施方式的K车型线束二维图纸的示意图。
3.小批量线束电气检测与生产试装
根据K车型线束二维图纸进行小批量线束生产，小批量线束生产完成后进行小批量线束电气检测。小批量线束电气检测主要包括线束的通断检测以及线束的静电流检测。K车型线束的通断检测在电检台检测所有线束回路均为通路，线束的通断检测通过；线束的静电流检测针对K车型整车22个保险丝进行测量，实际静电流检测电流值结果如表6所示：
表6静电流检测电流值结果
保险丝 额定电流 实际静电流检测电流值
F1 15A 15.5A
F2 15A 13.6A
F3 15A 14.6A
F4 15A 15.3A
F5 15A 15.2A
F6 15A 14.8A
F7 15A 14.8A
F8 15A 13.8A
F9 15A 13.6A
F10 15A 13.8A
F11 15A 14.9A
F12 30A 32.0A
F13 30A 31.3A
F14 30A 27.3A
F15 30A 29.5A
F16 30A 28.5A
F17 30A 29.6A
F18 50A 44.7A
F19 15A 13.9A
F20 15A 12.8A
F21 15A 15.3A
F22 30A 24.6A
通过线束的静电流检测发现线束保险丝对应回路测量电流值小于保险丝额定电流的110％，线束的静电流检测通过。
在线束的静电流检测通过后，进行小批量线束生产试装；小批量线束生产试装是在车型试装阶段进行的试装，装配专门用于整车电磁兼容性测试的生产试装车。
4.整车电磁兼容性测试
K车型生产试装车整车电磁兼容性测试包括整车辐射发射测试，整车抗辐射干扰测试以及整车抗静电干扰测试。
参照图12，其示出了根据本发明的实施方式的整车辐射发射测试的示意图。图12中1201为测试设备，1202为同轴双绞线，1203为微波暗室，1204为用于测试的生产试装车，1205为辐射发射测试天线，1206为主机接口，1207为阻抗适配器，1208为铅材质通道。如图12所示，K车型生产试装车的司机侧和副司机侧需要与微波暗室侧壁至少有2000mm的距离，辐射发射测试天线的顶端需要与微波暗室顶部至少有2000mm的距离。参照图13，其示出了根据本发明的实施方式的整车辐射发射测试结果。图13中1301为标准规定的最大辐射发射场强值，1302为标准规定的平均辐射发射场强值，1303为测试的生产试装车的最大辐射发射场强值，1304为测试的生产试装车的平均辐射发射场强值，用于测试的生产试装车的辐射发射场强值均低于标准规定的场强值，整车辐射发射测试通过。
参照图14，其示出了根据本发明的实施方式的整车抗辐射干扰测试的示意图。图14中1401为对数周期天线，1402为微波暗室，1403为用于测试的生产试装车。
图14中K车型生产试装车的司机侧与对数周期天线至少有2000mm的距离，K车型生产试装车的副司机侧与微波暗室侧壁至少有1000mm的距离，对数周期天线与微波暗室侧壁至少有1000mm的距离。通过从100kHz到3 000MHz之间分频段测试，对测试用例的内容进行测试。整车抗辐射干扰测试用例以及测试结果如表7所示：
表7整车抗辐射干扰测试用例以及测试结果
Figure BDA0002643628490000171
Figure BDA0002643628490000181
从表7可以看出，整车抗辐射干扰测试用例中测试用例7以及测试用例10不通过，评级为C级，其中测试用例7经分析，后雨刮电机的单件电磁兼容测试通过，因此调整后雨刮电机的测试接地点，再次进行整车抗辐射干扰测试，在干扰状态下后雨刮摆动卡顿问题消失，重新评级为A级；测试用例10经分析，仪表氛围灯的单件电磁兼容测试通过，但是在仪表内饰设计中为表现科技质感在仪表氛围灯上下两侧嵌有金属装饰条，在干扰环境下对于仪表氛围灯的功能产生了影响，拆除金属装饰条，再次进行整车抗辐射干扰测试，在干扰状态下仪表氛围灯闪烁问题消失，因此说明金属装饰条对仪表氛围灯功能产生了干扰，线束不需要进行调整。
参照图15，其示出了根据本发明的实施方式的整车抗静电干扰测试的示意图。图15中1501为接地基带，1502为静电发生器，1503为CAN线焊点，1504为信号读取设备，1505为上位机，1506为读取CAN线信号的信号线，1507为用于测试的生产试装车。通过对CANH线焊点和CANL线焊点进行静电放电，通过上位机从CAN线监测整车报文发现每当进行静电放电时，发送周期为cyclic(循环)的报文的发送值为：
00→01→02→03→04→05→06→07→08→09→10→11→12→13→14→15
上位机读取发送报文发现发送cyclic(循环)报文的发送周期受到影响，原发送周期为2ms，在静电放电瞬间发送周期延长为4ms，控制器的功能没有受到影响，因此整车抗静电干扰测试通过。
综合以上整车辐射发射测试，整车抗辐射干扰测试以及整车抗静电干扰测试结果，由于整车抗辐射干扰测试不通过，调整接地线位置方案并且核对线束单件电磁兼容要求输入，发现后雨刮电机接地线分支没有违背线束单件电磁兼容要求输入，基于此制定线束二维更改方案，并线束二维图纸更改文件，进而更改线束二维图纸。重新生成线束二维图纸、进行小批量线束生产试装并进行整车抗辐射干扰测试，整车抗辐射干扰测试通过，则整车电磁兼容性测试通过。
5.小批量生产线束更改
在通过K车型生产试装车整车电磁兼容性测试后，分别通过线束可装配性以及线束可布置性两方面进行评价，线束可装配性方面，线束固定件安装法向有20cm以上的安装空间，线束可装配性评价通过；线束可布置性方面，以下条件均满足：(a)线束布置位置没有通过金属边缘；(b)线束布置位置没有与其他零件产生干涉；(c)线束两固定件之间的距离不超过50mm；(d)线束末端分支插头与邻近的固定件的距离在15mm～20mm之间。
检查线束可布置性条件发现，存在违背(c)和(d)条件的设计，因此涉及线束三维方案更改，因此需要重新制定线束三维更改方案，并根据线束三维更改方案生成新的线束二维图纸，小批量线束电气检测通过之后进行小批量线束生产试装，并进行整车电磁兼容性测试，通过后进行线束可装配性以及线束可布置性两方面进行评价，两方面进行评价符合线束可装配性条件和线束可布置性条件，则线束小批量生产试装通过。
6.线束产品认可实验
进行线束产品拉拔力实验，线束产品拉拔力实验测试结果如表8所示：
表8线束产品拉拔力实验测试结果
Figure BDA0002643628490000191
通过表8，实际拉力值大于导线面积对应的标准要求最小拉力，线束产品拉拔力实验通过。
进行线束产品端子切片实验，端子进行破坏性试验后，观测线束端子截面。参照图16，其示出了根据本发明的实施方式的线束产品端子切片实验中线束端子截面的示意图。图16中1601为压接高度H，1602为支撑角度αw，1603为支撑高度La，1604为毛刺高度Gh，1605为毛刺宽度Gb，1606为压接面底部厚度Sb。未压接的线束产品端子厚度为定义为S＝0.5mm。压接高度H为2mm；支撑角度要求偏离垂直线超过30°，αw≤30°，实际测试αw＝27.6°，符合要求；支撑高度必须大于等于未压接的线束产品端子厚度的厚度，La≥1.0×S，实际测试La＝1.37mm，符合要求；毛刺高度必须小于等于未压接的线束产品端子厚度的厚度，Gh≤1.0×S，实际测试Gh＝0.65mm，符合要求；毛刺宽度必须小于等于未压接的线束产品端子厚度的一半，Gb≤0.5×S，实际测试Gb＝0.34mm，符合要求；压接面底部厚度必须大于等于未压接的线束产品端子厚度的3/4，Sb≥0.75×S，实际测试Sb＝1.12mm，符合要求；线束产品端子切片实验通过，则K车型低压线束产品认可实验通过，K车型低压线束产品开发完成。
出于示意的目的，已经给出了本发明的实施方式的前述说明，其并非是穷举性的也并非要将本发明限制为所公开的确切形式。本领域技术人员可以理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下可以做出各种变化，并且可以将其中的元件替换为等同物。另外，在不偏离本发明的基本范围的情况下，可以进行很多修改以使得特定的情况或材料适应于本发明的教导。因此，本发明不试图限制于所公开的作为用于实现本发明所预期的最佳模式的特定实施方式，本发明将包括落入所附的权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (8)

1.一种车辆低压线束产品设计方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S101，根据电气系统功能需求输入，确定整车电气系统功能配置；
S102，根据所述整车电气系统功能配置生成电气原理图；
S103，根据布置环境数据输入和电磁兼容要求输入，确定线束三维布置方案；
S104，根据所述电气原理图和所述线束三维布置方案，生成线束二维图纸；
S105，根据所述线束二维图纸，进行小批量线束生产，并对生产出的小批量线束进行小批量线束电气检测，获得小批量线束电气检测结果；
S106，根据所述小批量线束电气检测结果，判断所述小批量线束的电气性能是否满足线束功能需求，如不满足所述线束功能需求，则执行步骤S107，如满足所述线束功能需求，则执行步骤S108；
S107，根据所述小批量线束电气检测结果检查线束问题，根据所述线束问题重新生成线束二维图纸，并且重复步骤S105-S106，直至所述小批量线束的电气性能满足所述线束功能需求；
S108，将所述小批量线束在生产试装车上试装；
S109，对所述生产试装车进行整车电磁兼容性测试，获得整车电磁兼容性测试结果；
S110，根据所述整车电磁兼容性测试结果判断所述生产试装车的整车电磁兼容性测试是否通过，如所述生产试装车的整车电磁兼容性测试不通过，则执行步骤S111，如所述生产试装车的整车电磁兼容性测试通过，则执行步骤S112；
S111，根据所述整车电磁兼容性测试结果重新生成线束二维图纸，并且重复步骤S105-S110，直至所述整车电磁兼容性测试通过；
S112，根据所述整车电磁兼容性测试结果，进行小批量线束生产试装评价，获得小批量线束生产试装评价结果；
S113，根据所述小批量线束生产试装评价结果判断所述小批量线束生产试装评价是否通过，如果所述小批量线束生产试装不通过，则执行步骤S114，如果所述小批量线束生产试装通过，则执行步骤S117；
S114，根据所述小批量线束生产试装评价结果，判断导致所述小批量线束生产试装评价不通过的因素是否涉及线束三维布置方案更改，如果涉及线束三维布置方案更改，则执行步骤S115，如果导致所述小批量线束生产试装评价不通过的因素不涉及三维方案更改，则执行步骤S116；
S115，根据所述小批量线束生产试装评价结果重新生成线束三维布置方案，并且重复步骤S104-S113，直至所述小批量线束生产试装评价通过；
S116，根据所述小批量线束生产试装评价结果重新生成线束二维图纸，并且重复步骤S105-S113，直至所述小批量线束生产试装评价通过；
S117，对通过了所述小批量线束生产试装评价的所述小批量线束进行线束产品认可实验，在所述线束产品认可实验通过之后，获得符合电磁兼容要求的线束产品，其中，所述线束产品认可实验包括线束产品拉拔力实验和线束产品端子切片实验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S103包括以下步骤：
S103a，进行电磁兼容线束单件测试，获得线束单件电磁兼容要求输入；
S103b，建立整车接地电磁兼容有限元模型，计算接地电磁兼容有限元模型电磁分布，确认电磁兼容接地方案是否符合电磁兼容需求，如果符合电磁兼容需求，则电磁兼容接地方案确定；如果不符合电磁兼容需求，则调整电磁兼容接地方案，直至电磁兼容接地方案符合电磁兼容需求；
S103c，根据所述电磁兼容线束单件测试以及所述电磁兼容接地方案，确定所述电磁兼容要求输入；
S103d，根据所述布置环境数据输入和所述电磁兼容要求输入确定所述线束三维布置方案。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤103a中的所述线束单件电磁兼容要求输入包括以下中的一个或多个：线束的控制器局域网络总线双绞线的绞距、控制器局域网络总线双绞线的孔位、钥匙读写线圈线束分支长度、车身控制器接地线分支长度和天线屏蔽线的长度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S103b中的所述整车接地电磁兼容有限元模型包括整车金属车身模型和/或接地线束三维模型。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤103d中的所述布置环境数据输入包括外饰件三维模型、内饰件三维模型、动力总成三维模型中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S105中的所述小批量线束电气检测包括所述小批量线束的通断检测和/或静电流检测。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S109中的所述整车电磁兼容性测试包括整车辐射发射测试、整车抗辐射干扰测试和整车抗静电干扰测试中的一个或多个。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S112中的所述小批量线束生产试装评价包括线束可装配性评价和/或线束可布置性评价。
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