淺析CHS軟件在汽車線束設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、淺析chs軟件在汽車線束設(shè)計(jì)中的應(yīng)用【摘要】本文介紹了以chs為中心的設(shè)計(jì)流程和平臺(tái)，內(nèi)容涉及了線束設(shè)計(jì)的電子、機(jī)械和仿真等多個(gè)領(lǐng)域。本文以汽車線束設(shè)計(jì)過(guò)程為總線，穿插講述了動(dòng)態(tài)仿真、三維接口等內(nèi)容，配合實(shí)例圖紙生動(dòng)地講述了線束設(shè)計(jì)步驟，使讀者能夠理解chs軟件在汽車線束設(shè)計(jì)中的操作應(yīng)用方法。關(guān)鍵詞：chs；設(shè)計(jì)流程；三維接口；動(dòng)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(jì)是汽車設(shè)計(jì)中的重要組成部分。目前國(guó)內(nèi)汽車電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀比較落后，通常都是靠手工或一些簡(jiǎn)單的二維cad軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和畫圖，設(shè)計(jì)手段落后，沒(méi)有集中統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)管理，不作仿真分析，工作量越來(lái)越大，重復(fù)性工作增加，發(fā)生錯(cuò)誤的概率迅

4、速上升。隨著汽車上用電設(shè)備越來(lái)越多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作量越來(lái)越大，對(duì)其研制周期、進(jìn)度、經(jīng)費(fèi)等要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的研制方式已無(wú)法適應(yīng)先進(jìn)汽車設(shè)計(jì)要求。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、流程和工具遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于實(shí)際需求。新的線束設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)將給線束設(shè)計(jì)帶來(lái)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(guó)內(nèi)外各個(gè)汽車廠商都陸續(xù)采用專業(yè)化的線束設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行線束設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率和增強(qiáng)設(shè)計(jì)可靠性?！肮び破涫?，必先利其器”，對(duì)于線束設(shè)計(jì)部門，一個(gè)功能強(qiáng)大的2d線束設(shè)計(jì)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(jì)平臺(tái)擁有先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和個(gè)性化的設(shè)計(jì)流

5、程，非常適合做汽車整車線束設(shè)計(jì)工作。1背景以及意義chs是國(guó)際著名eda廠商mentor graphics公司專為航空、航天、車輛等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的專業(yè)線束設(shè)計(jì)軟件工具包，覆蓋了從系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)到線束設(shè)計(jì)、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(xiàng)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(jì)思想是以數(shù)據(jù)為中心，在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分利用前一階段的設(shè)計(jì)成果，大大提高設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的復(fù)用度，從而整體提高設(shè)計(jì)效率，主要體現(xiàn)在：l 統(tǒng)一的元器件中心庫(kù)，一次建庫(kù)所有設(shè)計(jì)人員可用；l 接線圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)同步到下一設(shè)計(jì)階

6、段，自動(dòng)生成線束圖的接線表，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)高度復(fù)用；l 與三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通信，實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣一體化設(shè)計(jì)；圖1 chs的線束設(shè)計(jì)流程示意圖2 線束設(shè)計(jì)流程線束設(shè)計(jì)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(duì)此chs平臺(tái)提供了快速高效的設(shè)計(jì)環(huán)境，提高了設(shè)計(jì)圖紙的一致性和可靠性。針對(duì)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題，chs可以：1) chs軟件與三維軟件catia高度集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，進(jìn)行機(jī)電一體化協(xié)同設(shè)計(jì)，同時(shí)也為將來(lái)進(jìn)行電磁兼容仿真分析鋪平道路。2) 根據(jù)圖紙標(biāo)準(zhǔn)化要求，創(chuàng)建chs圖紙風(fēng)格，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)圖紙的標(biāo)準(zhǔn)格式，節(jié)約寶貴的設(shè)計(jì)人力和時(shí)間。下圖展示了線束設(shè)計(jì)過(guò)程和chs設(shè)計(jì)平臺(tái)與其他環(huán)節(jié)

7、的關(guān)系。紅色部分是利用chs進(jìn)行線束設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)過(guò)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(tái)與三維軟件、仿真分析、工廠生產(chǎn)和線束測(cè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)+分支長(zhǎng)度圖紙歸檔仿真分析emi/emc接線關(guān)系+電纜三維電纜測(cè)試儀圖2 chs開(kāi)發(fā)平臺(tái)與相關(guān)環(huán)節(jié)的關(guān)系2.1 接線圖設(shè)計(jì)chs軟件同時(shí)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(hào)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(guò)的對(duì)接插頭，而原理圖

8、只考慮設(shè)備間信號(hào)傳遞關(guān)系，不需要連接器；b） 接線圖要考慮導(dǎo)線的型號(hào)、顏色、線徑等，而原理圖不需要關(guān)心導(dǎo)線型號(hào)；由于汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中主要用到接線圖，而且在實(shí)際應(yīng)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(jì)流程中只需要繪制接線圖。此外，chs軟件還提供元器件庫(kù)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(jì)提供了良好的設(shè)計(jì)環(huán)境，使得開(kāi)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(dǎo)入三維catia設(shè)計(jì)，與三維線束進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在catia中方便的實(shí)現(xiàn)三維布線，從而可以實(shí)時(shí)查看電纜的三維信息，進(jìn)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(duì)所有設(shè)備和連接器進(jìn)行布置，修改名稱和型號(hào)n 繪制導(dǎo)線，確定具體到pin到pin的接線關(guān)系n 為所有連接器、導(dǎo)線、多芯線選擇合適的元件庫(kù)n 分纜，設(shè)置連接器和導(dǎo)線分別屬于哪個(gè)線束n 進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查drc總體來(lái)說(shuō)，capital logic是一個(gè)易學(xué)易用的基于電氣特性的專業(yè)原理圖/接線圖設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)中的任何電氣對(duì)象（導(dǎo)線、連接器、設(shè)備）都是可以被軟件識(shí)別的，能夠?qū)λ须姎鈱?duì)象指定part number，支持高級(jí)自動(dòng)命名功能。下圖是已經(jīng)完成的接線圖實(shí)例。圖3 接線圖實(shí)例2.2 動(dòng)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(jì)階段進(jìn)行各種仿真和分析，并迅速給出設(shè)計(jì)的仿真分析報(bào)告，提高了設(shè)計(jì)

10、的正確性、減少了邏輯錯(cuò)誤的發(fā)生，大大縮短了fmea分析的時(shí)間，提高了工作效率、降低了糾錯(cuò)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(dòng)態(tài)仿真用戶可以在設(shè)計(jì)界面，直接進(jìn)行動(dòng)態(tài)的仿真，通過(guò)點(diǎn)擊圖紙上的開(kāi)關(guān)等設(shè)備，設(shè)置開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，圖紙上將動(dòng)態(tài)顯示電流方向和大小，可以查閱每個(gè)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(dòng)遍歷所有的開(kāi)關(guān)組合操作，以計(jì)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(duì)所有的開(kāi)關(guān)動(dòng)作進(jìn)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(bào)告為可疑行為，供用戶判斷。n simcertify，失效模式分析；fmea報(bào)告會(huì)根據(jù)用戶定義的元件失效嚴(yán)重程度、發(fā)生頻率和可被發(fā)現(xiàn)可能性，計(jì)算出統(tǒng)計(jì)分?jǐn)?shù)，以報(bào)表的形式呈現(xiàn)。chs強(qiáng)大的仿真分析功能將大大提高線束設(shè)計(jì)的可靠性，以chs軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，可以在工作中逐步引入仿真分析。從實(shí)際情況出發(fā)，先期可在工作中對(duì)接線圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，在軟件圖紙上動(dòng)態(tài)查看電壓、電流的信息，監(jiān)測(cè)每個(gè)元件的工作狀態(tài)參數(shù)。圖4 動(dòng)態(tài)仿真實(shí)例2.3 三維數(shù)據(jù)接口線束設(shè)計(jì)跨越電子和機(jī)械兩個(gè)領(lǐng)域，支持它們開(kāi)發(fā)的軟件工具在處理問(wèn)題時(shí)必須兼有電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)兩方面專業(yè)特點(diǎn)。但是軟件往往僅從電子學(xué)的觀念出發(fā)，或者只能進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的

12、規(guī)劃設(shè)計(jì)，很難找到能夠同時(shí)處理以上兩方面問(wèn)題的軟件工具。為此需要一條自動(dòng)化的渠道把二者無(wú)縫繼承，整合電子和機(jī)械領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，從而完善流程提高效率。chs軟件與catia三維設(shè)計(jì)軟件之間有完善的數(shù)據(jù)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫集成，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。利用該接口即可以將接線圖的導(dǎo)線連接關(guān)系導(dǎo)入catia，進(jìn)行三維布線，得到真實(shí)的導(dǎo)線信息后返回接線圖，也可以將catia的三維電纜模型導(dǎo)入chs中，包括分支拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分支長(zhǎng)度、導(dǎo)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(shí)現(xiàn)了無(wú)縫連接，在catia v5電氣設(shè)計(jì)環(huán)境中嵌入了chs的圖標(biāo)，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(shí)現(xiàn)電線的自動(dòng)敷設(shè)，并將分支長(zhǎng)度等信息反饋到chs當(dāng)中，完成最后的電纜圖和電線表，使設(shè)計(jì)的電纜長(zhǎng)度更加準(zhǔn)確，節(jié)省成本、減少了日后修改的工作量。a） 從chs中導(dǎo)出接口文件，包含所有導(dǎo)線和連接器的信息。圖5 導(dǎo)出接線圖數(shù)據(jù)b） catia讀取接口文件，導(dǎo)入接線關(guān)系，然后據(jù)此進(jìn)行三維布線和干涉檢查。如果兩個(gè)軟件位于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，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(jìn)行連接器的自動(dòng)匹配定位，默認(rèn)規(guī)則是按照名字相同進(jìn)行匹配。然后進(jìn)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(xì)很像實(shí)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(dǎo)入功能，把電纜三維結(jié)構(gòu)導(dǎo)入chs harnessxc，自動(dòng)展平成二維分支圖，然后自動(dòng)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(dǎo)入的信息還包括連接器、壓接頭splice、線卡、保護(hù)材料等。圖9 從catia導(dǎo)入chs的數(shù)據(jù)圖10 自動(dòng)展平分支圖圖11 分支圖在chs中導(dǎo)入效果2.4 線束圖設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)導(dǎo)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(zhǔn)確的分支長(zhǎng)度。如果是從三維catia導(dǎo)入的分支圖，那么還需要人工細(xì)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(jìn)行接線圖與線束圖的同步操作，導(dǎo)入詳細(xì)接線關(guān)系，包括連接器、導(dǎo)線等信息。圖13 接線圖與線束圖同步利用風(fēng)格管理功能，配置圖形和表格的默認(rèn)顯示方式。對(duì)連接器來(lái)說(shuō)，除了顯示連接器符號(hào)和節(jié)點(diǎn)表，針對(duì)軍車圖紙的特殊需要，可以在各個(gè)連接器的圖形符號(hào)上自動(dòng)顯示接線信息，在各個(gè)孔位上顯示所接導(dǎo)線的線號(hào)、線徑、顏色等。圖14 連接器符號(hào)和節(jié)點(diǎn)表利用chs的report功能可以隨時(shí)查看線束圖的所有導(dǎo)線，下圖是導(dǎo)線表的實(shí)例。可以看到接線圖中的所有導(dǎo)線都已經(jīng)正確的傳遞到線束圖當(dāng)中，說(shuō)明前面的“同步”工作成功完成。圖15 接線表實(shí)例3 結(jié)論chs軟件憑借其強(qiáng)大的功能，使線束設(shè)計(jì)人員擺脫了以往單一使用其他軟件進(jìn)行電氣線路設(shè)計(jì)時(shí)繁瑣的步驟，使線束的設(shè)計(jì)流程更加清晰明朗，可以從線束圖直接生成原理圖，可以進(jìn)行仿真分析工作，以前需要手工操作的一些步驟和大量報(bào)表，現(xiàn)在通過(guò)該軟件實(shí)現(xiàn)整車線束設(shè)計(jì)自動(dòng)化，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)時(shí)間，既有效的提