淺析CHS軟件在汽車線束設(shè)計中的應用

1、淺析chs軟件在汽車線束設(shè)計中的應用【摘要】本文介紹了以chs為中心的設(shè)計流程和平臺，內(nèi)容涉及了線束設(shè)計的電子、機械和仿真等多個領(lǐng)域。本文以汽車線束設(shè)計過程為總線，穿插講述了動態(tài)仿真、三維接口等內(nèi)容，配合實例圖紙生動地講述了線束設(shè)計步驟，使讀者能夠理解chs軟件在汽車線束設(shè)計中的操作應用方法。關(guān)鍵詞：chs；設(shè)計流程；三維接口；動態(tài)仿真analysis chs software using in car wiring harness design【abstract】the dissertation presents chs crossed by the design process and p

2、latform. the content refers to many fields of wiring harness design such as electronic, mechanical and simulation. the passage is based on the process of the car wiring design, accompanied with introduction of dynamic simulation, three-dimensional interface. also with the real example blueprints. it

3、s quite clear to make the reader know the operational application methods of the wiring harness design.key words: chs；design process；three-dimensional interface；dynamic simulation前言電氣系統(tǒng)設(shè)計是汽車設(shè)計中的重要組成部分。目前國內(nèi)汽車電氣系統(tǒng)的設(shè)計現(xiàn)狀比較落后，通常都是靠手工或一些簡單的二維cad軟件進行設(shè)計和畫圖，設(shè)計手段落后，沒有集中統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理，不作仿真分析，工作量越來越大，重復性工作增加，發(fā)生錯誤的概率迅

4、速上升。隨著汽車上用電設(shè)備越來越多，系統(tǒng)設(shè)計工作量越來越大，對其研制周期、進度、經(jīng)費等要求也越來越高，傳統(tǒng)的研制方式已無法適應先進汽車設(shè)計要求。傳統(tǒng)的設(shè)計方法、流程和工具遠遠滯后于實際需求。新的線束設(shè)計軟件的出現(xiàn)將給線束設(shè)計帶來革命性的轉(zhuǎn)變。為滿足汽車電子電氣系統(tǒng)的快速發(fā)展，國內(nèi)外各個汽車廠商都陸續(xù)采用專業(yè)化的線束設(shè)計軟件進行線束設(shè)計，提高設(shè)計效率和增強設(shè)計可靠性?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，對于線束設(shè)計部門，一個功能強大的2d線束設(shè)計軟件就非常有必要，而mentor graphics公司的chs（capital harness system）軟件作為設(shè)計平臺擁有先進的設(shè)計方法和個性化的設(shè)計流

5、程，非常適合做汽車整車線束設(shè)計工作。1背景以及意義chs是國際著名eda廠商mentor graphics公司專為航空、航天、車輛等領(lǐng)域開發(fā)的專業(yè)線束設(shè)計軟件工具包，覆蓋了從系統(tǒng)級設(shè)計、邏輯設(shè)計到線束設(shè)計、制造、分析的完整線纜線束工程化流程。我公司目前在工程項目中使用的主要是原理圖工具capital logic、線束圖工具capital harnessxc和catia三維接口。chs的設(shè)計思想是以數(shù)據(jù)為中心，在設(shè)計過程中充分利用前一階段的設(shè)計成果，大大提高設(shè)計數(shù)據(jù)的復用度，從而整體提高設(shè)計效率，主要體現(xiàn)在：l 統(tǒng)一的元器件中心庫，一次建庫所有設(shè)計人員可用；l 接線圖設(shè)計數(shù)據(jù)自動同步到下一設(shè)計階

6、段，自動生成線束圖的接線表，設(shè)計數(shù)據(jù)高度復用；l 與三維結(jié)構(gòu)設(shè)計通信，實現(xiàn)機械和電氣一體化設(shè)計；圖1 chs的線束設(shè)計流程示意圖2 線束設(shè)計流程線束設(shè)計流程主要包括接線圖、線束圖和配套表格，以及三維數(shù)據(jù)接口，對此chs平臺提供了快速高效的設(shè)計環(huán)境，提高了設(shè)計圖紙的一致性和可靠性。針對電氣系統(tǒng)設(shè)計涉及到多個環(huán)節(jié)的問題，chs可以：1) chs軟件與三維軟件catia高度集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，進行機電一體化協(xié)同設(shè)計，同時也為將來進行電磁兼容仿真分析鋪平道路。2) 根據(jù)圖紙標準化要求，創(chuàng)建chs圖紙風格，自動實現(xiàn)圖紙的標準格式，節(jié)約寶貴的設(shè)計人力和時間。下圖展示了線束設(shè)計過程和chs設(shè)計平臺與其他環(huán)節(jié)

7、的關(guān)系。紅色部分是利用chs進行線束設(shè)計的開發(fā)過程，包括接線圖、線束圖及配套表格；周圍青色部分表示chs平臺與三維軟件、仿真分析、工廠生產(chǎn)和線束測試等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)關(guān)系。工廠生產(chǎn)三維電纜catia接線關(guān)系，用于干涉檢查接線圖chs logic線束圖chs harnessxcbom接線表reporter分支拓撲結(jié)構(gòu)+分支長度圖紙歸檔仿真分析emi/emc接線關(guān)系+電纜三維電纜測試儀圖2 chs開發(fā)平臺與相關(guān)環(huán)節(jié)的關(guān)系2.1 接線圖設(shè)計chs軟件同時支持原理圖和接線圖，二者很相似，都表示設(shè)備之間的連接關(guān)系和信號傳遞路徑。但二者之間也有一定區(qū)別：a） 接線圖要考慮連接器和可能經(jīng)過的對接插頭，而原理圖

8、只考慮設(shè)備間信號傳遞關(guān)系，不需要連接器；b） 接線圖要考慮導線的型號、顏色、線徑等，而原理圖不需要關(guān)心導線型號；由于汽車設(shè)計生產(chǎn)過程中主要用到接線圖，而且在實際應用中也可以用接線圖代替原理圖的作用，所以最終的設(shè)計流程中只需要繪制接線圖。此外，chs軟件還提供元器件庫管理、圖紙版本管理、用戶權(quán)限管理等功能，為汽車線束設(shè)計提供了良好的設(shè)計環(huán)境，使得開發(fā)人員的工作更加順利。接線圖中的電連接關(guān)系可以導入三維catia設(shè)計，與三維線束進行數(shù)據(jù)交換，在catia中方便的實現(xiàn)三維布線，從而可以實時查看電纜的三維信息，進行三維干涉檢查。在工作中我們利用capitle logic繪制接線圖，主要工作內(nèi)容有：n

9、對所有設(shè)備和連接器進行布置，修改名稱和型號n 繪制導線，確定具體到pin到pin的接線關(guān)系n 為所有連接器、導線、多芯線選擇合適的元件庫n 分纜，設(shè)置連接器和導線分別屬于哪個線束n 進行設(shè)計規(guī)則檢查drc總體來說，capital logic是一個易學易用的基于電氣特性的專業(yè)原理圖/接線圖設(shè)計工具，設(shè)計中的任何電氣對象（導線、連接器、設(shè)備）都是可以被軟件識別的，能夠?qū)λ须姎鈱ο笾付╬art number，支持高級自動命名功能。下圖是已經(jīng)完成的接線圖實例。圖3 接線圖實例2.2 動態(tài)仿真chs內(nèi)嵌仿真和分析工具，支持在原理和接線設(shè)計階段進行各種仿真和分析，并迅速給出設(shè)計的仿真分析報告，提高了設(shè)計

10、的正確性、減少了邏輯錯誤的發(fā)生，大大縮短了fmea分析的時間，提高了工作效率、降低了糾錯成本。chs支持的仿真功能主要是穩(wěn)態(tài)直流仿真，仿真類型包括: n lc/dc，動態(tài)仿真用戶可以在設(shè)計界面，直接進行動態(tài)的仿真，通過點擊圖紙上的開關(guān)等設(shè)備，設(shè)置開關(guān)的狀態(tài)，圖紙上將動態(tài)顯示電流方向和大小，可以查閱每個元件的工作狀態(tài)參數(shù)，包括電壓、電流等。n simstress，電氣極限分析極限工作情況分析則自動遍歷所有的開關(guān)組合操作，以計算可能的最大的電流、電壓等，結(jié)果可以輸出成表格。n simprove，潛通路分析對所有的開關(guān)動作進行排序組合，如果其中任何一種組合能夠出現(xiàn)與期望電路行為不符合的結(jié)果，則被軟件

11、報告為可疑行為，供用戶判斷。n simcertify，失效模式分析；fmea報告會根據(jù)用戶定義的元件失效嚴重程度、發(fā)生頻率和可被發(fā)現(xiàn)可能性，計算出統(tǒng)計分數(shù)，以報表的形式呈現(xiàn)。chs強大的仿真分析功能將大大提高線束設(shè)計的可靠性，以chs軟件為設(shè)計平臺，可以在工作中逐步引入仿真分析。從實際情況出發(fā)，先期可在工作中對接線圖進行動態(tài)仿真，在軟件圖紙上動態(tài)查看電壓、電流的信息，監(jiān)測每個元件的工作狀態(tài)參數(shù)。圖4 動態(tài)仿真實例2.3 三維數(shù)據(jù)接口線束設(shè)計跨越電子和機械兩個領(lǐng)域，支持它們開發(fā)的軟件工具在處理問題時必須兼有電子技術(shù)與機械技術(shù)兩方面專業(yè)特點。但是軟件往往僅從電子學的觀念出發(fā)，或者只能進行機械系統(tǒng)的

12、規(guī)劃設(shè)計，很難找到能夠同時處理以上兩方面問題的軟件工具。為此需要一條自動化的渠道把二者無縫繼承，整合電子和機械領(lǐng)域的設(shè)計，從而完善流程提高效率。chs軟件與catia三維設(shè)計軟件之間有完善的數(shù)據(jù)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)無縫集成，自動進行數(shù)據(jù)交互。利用該接口即可以將接線圖的導線連接關(guān)系導入catia，進行三維布線，得到真實的導線信息后返回接線圖，也可以將catia的三維電纜模型導入chs中，包括分支拓撲結(jié)構(gòu)和分支長度、導線、連接器等信息。2.3.1從chs傳遞數(shù)據(jù)到catia三維軟件chs軟件與catia v5實現(xiàn)了無縫連接，在catia v5電氣設(shè)計環(huán)境中嵌入了chs的圖標，在catia v5中完成線束

13、的敷設(shè)后，調(diào)入電線的接線信息，完成設(shè)備與邏輯關(guān)系之間的匹配，即可實現(xiàn)電線的自動敷設(shè)，并將分支長度等信息反饋到chs當中，完成最后的電纜圖和電線表，使設(shè)計的電纜長度更加準確，節(jié)省成本、減少了日后修改的工作量。a） 從chs中導出接口文件，包含所有導線和連接器的信息。圖5 導出接線圖數(shù)據(jù)b） catia讀取接口文件，導入接線關(guān)系，然后據(jù)此進行三維布線和干涉檢查。如果兩個軟件位于同一臺計算機，就支持“connected”模式，二者可以直接通信，省略中間文件步驟。圖6 接線圖數(shù)據(jù)傳入catiac）在catia中進行連接器的自動匹配定位，默認規(guī)則是按照名字相同進行匹配。然后進行三維布線，查看電纜的三維模

14、型，可以發(fā)現(xiàn)電纜的粗細很像實際生產(chǎn)后的結(jié)果。圖7 匹配連接器圖8 三維布線結(jié)果2.3.2從catia三維軟件傳遞數(shù)據(jù)到chs利用chs的change manager導入功能，把電纜三維結(jié)構(gòu)導入chs harnessxc，自動展平成二維分支圖，然后自動放到空白圖紙，生成線束分支圖。除了分支結(jié)構(gòu)，從三維中導入的信息還包括連接器、壓接頭splice、線卡、保護材料等。圖9 從catia導入chs的數(shù)據(jù)圖10 自動展平分支圖圖11 分支圖在chs中導入效果2.4 線束圖設(shè)計chs支持線束圖的繪制，包括手工繪制分支結(jié)構(gòu)與添加接線關(guān)系。在線束設(shè)計流程中，利用前面提到的chs與catia接口，把三維電纜分支

15、結(jié)構(gòu)自動導入chs生成線束圖。這樣做除了省去畫分支圖的工作量，還能夠得到準確的分支長度。如果是從三維catia導入的分支圖，那么還需要人工細微調(diào)整，優(yōu)化圖紙的布置布局。圖12 布局優(yōu)化后的線束圖進行接線圖與線束圖的同步操作，導入詳細接線關(guān)系，包括連接器、導線等信息。圖13 接線圖與線束圖同步利用風格管理功能，配置圖形和表格的默認顯示方式。對連接器來說，除了顯示連接器符號和節(jié)點表，針對軍車圖紙的特殊需要，可以在各個連接器的圖形符號上自動顯示接線信息，在各個孔位上顯示所接導線的線號、線徑、顏色等。圖14 連接器符號和節(jié)點表利用chs的report功能可以隨時查看線束圖的所有導線，下圖是導線表的實例?？梢钥吹浇泳€圖中的所有導線都已經(jīng)正確的傳遞到線束圖當中，說明前面的“同步”工作成功完成。圖15 接線表實例3 結(jié)論chs軟件憑借其強大的功能，使線束設(shè)計人員擺脫了以往單一使用其他軟件進行電氣線路設(shè)計時繁瑣的步驟，使線束的設(shè)計流程更加清晰明朗，可以從線束圖直接生成原理圖，可以進行仿真分析工作，以前需要手工操作的一些步驟和大量報表，現(xiàn)在通過該軟件實現(xiàn)整車線束設(shè)計自動化，大大節(jié)省了設(shè)計人員的設(shè)計時間，既有效的提