1.拓扑结构、连接点、分开点
拓扑结构(即导线线路空间特征)受到由汽车组装件规定的导线线路限制。电气部件的位置和错接(即交叉)规定了要敷设导线的走向。在选择每一导线线路时自由度受到限制。生产的线束必须满足它的边界条件,但也要满足在汽车上装配的边界条件。后者主要由装配方案或汽车生产厂家的汽车设备确定或定义。
所有转移的装配(所谓的生产成品模块)需要分开的导线束和与余下的电气系统的分开点。可在汽车侧或模块侧选择到这些分开点的插接连接件的位置。如果能利用现有的插接连接件,则很容易装配。如果车门电控单元布置在导线束与车门过渡处附近,并且有一个模块化的插头,则电控单元还承担连接点功能,所以不需要附加的接触点就可分开。
在汽车上必须敷设余下的主导线束。在与车前、车后(挂车)、车轮罩和布置在车身外部的过渡处布线是困难的。金属板上要预留孔,并要密封,防止湿气和尘埃侵入并阻尼噪声。如果主导线束不分开,则必须靠引导件穿入。如果插接件大或多,导线引导件安装在插接件支路上会经常出现问题。为此,可选择有综合密封结构的、大的孔(但会削弱板件强度)或附加插接连接件敷设余下的主导线束。附加插接连接件可以将主导线束分开,并在两侧装配。
为确定主导线走向,还有线路选择的其他限制:
1)防盗保护。
2)安全性系统。
3)电磁兼容(EMV)。
2.配置方案
设计电气系统的重要目标之一是成本优化。评价电气系统不只是限于汽车方案本身,还需考虑电气系统的整个供货平台,特别重要的是要多配置和在市场中尽可能占大的份额。因为在简单的基本配置的汽车上所配置的一些仪器(设备、器件、装置)要比高配置的汽车上所配置的一些仪器(设备、器件、装置)少且经济,所以只能通过性价比的混合评价进行成本优化。另外一种评价是要控制与配置有关的设备(装置、仪器)配置和电气系统。这样,对每一个模型方案就有一个最佳的设备配置和电气系统的组合。
图8.2-12是中央闭锁机构和风窗玻璃升降机构控制功能的两种方案。在低配置率时,模块结构(图左)是最好的,在带风窗玻璃电动升降机构和中央闭锁机构的大量高配置时,图右的方案是理想的。而且每辆汽车车门中用了两个电控单元,并提供了两个功能,有一个共同的能源供给,可以在一个简单布线的网络上交换信息。简单布线的网络费用也低。
图8.2-12 结构方案:提供的结构对功能分配的影响
3.电气系统结构
在传统的电气系统开发过程中,电气部件是系统开发者确定的。这些电气部件是电气系统设计的固定的边界条件。这些电气部件布置到安装空间中时会有很大变动。
如果突破这个惯例和在方案阶段就布置通用的电控单元安装空间,并将一些功能自由地分配到电控单元,则开辟了优化电气系统结构的新的自由度。图8.2-13是电控单元内部结构与它到电气系统的接口。电控单元内部资源(如计算能力、存储器和驱动器特征)取决于在电控单元中需要处理的功能数据。利用配置在电控单元中的一些功能还可确定电气系统的部件连接和主要参数。除电气系统的拓扑结构外,电气系统的整体优化评价会相应改变汽车上的功能分配(图8.2-14)。拓扑结构和整体优化评价一起形成电气/电子结构两个固定点。由此可推导出各部件的尺寸。电气系统结构总成本包括电气/电子部件、电气系统部件和导线线路成本,包括导线布线费用。
图8.2-13 电控单元内部结构与它到电气系统的接口
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图8.2-14 简化的照明控制功能结构实例
图8.2-15是在设计电气系统结构时的各种参数的相互作用和工作流程。电气系统功能要求还包括电气系统开发中设定的安装空间和导线线路。从汽车产品技术说明(设计任务书)可得到对电气系统的功能要求,但仍有对电气系统功能要求再细分的一定自由度。从照明控制实例中(图8.2-14)可见,人们把照明控制设定为整个功能模块中的一个模块或联网模块。这样就可确定它的空间边界并可自动得到一个单独的电控单元。在配置各种功能时,由布置在不同安装空间的各种功能模块可得到总的硬件资源并在它们间相互交接。要注意的是这样配置的电气系统软件会更加综合,如配置的过程状态信息与时间特性必须同步。
图8.2-15 在确定电气系统结构时的工作流程
除技术影响外,目前电气系统结构优化在很大程度上还受组织和商业的边界条件制约。传统的电控单元按功能范围限定,并由专长于应用领域的电气系统供货商开发和生产。在自由的功能配置下汽车生产厂家要承担相应的责任并具有集成的权限。
4.能源供给和保护
电气系统向所有电气/电子部件(系统)提供能源。所有连接导线不应出现短路。为易于找出故障,应在各个功能范围单独设置熔丝(保险装置),如图8.2-16所示的设置情况,它的两路不同负荷电流的导线设置一个公用的熔丝。在确定导线和熔丝断面尺寸时必须保证,在断面尺寸小的导线短路时熔丝也要起作用(熔断)。
图8.2-16 熔丝设计
常规的能源供给结构(图8.2-17,至今大多还在使用)不需要高的导线敷设费用,但要求分级保护设计。一般在蓄电池附近设置主熔丝盒。主供能导线从熔丝盒连到控制板的其他分配节点和汽车尾部,需要时到发动机室和向靠近的大功率用电器件(仪器、装置)供电。在各节点上进行电能的再分配和保护。
图8.2-17 常规的能源供给结构
熔丝尺寸直接由发生故障的支路短路确定(选择性断开),而其上一级的功能则保留,从而实现相应的保险等级和断开特性等级(分级保护)。
保护发动机起动导线是困难的,一是不希望附加熔丝电阻;二是如果考虑故障点处接触电阻,则允许的起动电流与短路电流重叠(一样)。解决的方案是选择另一种断开准则。实际上重大的故障是线路短路,而线路短路是在汽车碰撞时由于板件或发动机部件割伤导线绝缘部分而发生的。在安全气囊电控单元中的碰撞传感器提供一个有效的信号,利用该信号打开靠近蓄电池的断路开关。如果碰撞波及蓄电池端子,利用点火盒将蓄电池导线从蓄电池端子中脱开。
要特别注意连接到事关重大安全性的能源供给系统的导线保护。为达到导线的最大可用性,要使它们处于最高层级的保护下,如在图8.2-17中表示的报警闪光灯、安全气囊、遥控装置(紧急呼救)的导线。对汽车行驶灯和驻车灯,在照明电路中熔丝断开时需要部分的冗余导线,即要敷设双导线保护。完全冗余导线(像重大的安全性系统)与图8.2-17表示的常规的能源供给结构是不同的。
对电气系统能源供给的各种要求见表8.2-6。在电子系统中采用联网和电子控制部件可组成新的电气系统结构。同样,由于对电能需要的不断增加而出现新的供电电压或多电压电气系统。
表8.2-6 对能源配置结构和对它的零部件要求
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