防止汽車(chē)線(xiàn)束發(fā)生災(zāi)難性過(guò)載,，是一條關(guān)鍵的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)師必須確保熔斷策略能保護(hù)線(xiàn)路,。這個(gè)過(guò)程一般涉及人工計(jì)算每條線(xiàn)的最大負(fù)荷，然后將結(jié)果與多年前創(chuàng)建的電子表進(jìn)行比較,。

       這個(gè)過(guò)程由于其人工性質(zhì)而極易出錯(cuò),。你可能發(fā)現(xiàn)報(bào)警，也確實(shí)有情況,，但汽車(chē)和飛機(jī)卻仍在正常行駛和飛行,。原因如下：

       1、電路處于過(guò)保護(hù)狀態(tài),。由于大部分設(shè)計(jì)過(guò)程的人工性質(zhì)，設(shè)計(jì)師往往過(guò)于謹(jǐn)慎,；這意味著所采用的電線(xiàn)比實(shí)際負(fù)荷所需的更粗,。

       2、物理測(cè)試,。制作出造價(jià)高昂的物理原型,，由測(cè)試工程師對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行物理測(cè)試，以確保電路受到保護(hù),。這既費(fèi)時(shí)間又費(fèi)金錢(qián),，而且往往處于設(shè)計(jì)過(guò)程的后期階段，導(dǎo)致因這項(xiàng)測(cè)試而帶來(lái)的設(shè)計(jì)變更的代價(jià)十分高昂,。

       3,、工程師和設(shè)計(jì)師聰明無(wú)比。很多設(shè)計(jì)的確延續(xù)了很多年,。歷史告訴他們哪些有用,，哪些沒(méi)用——但我們必須提出這樣的問(wèn)題：這是最有效的設(shè)計(jì)方式嗎？

分析和模擬

       在談到電路保護(hù)時(shí),，我們經(jīng)常聽(tīng)到“模擬”和“分析”這兩個(gè)詞,。雖然模擬往往被譽(yù)為線(xiàn)束保護(hù)設(shè)計(jì)的救星，但卻很少實(shí)施,，而如果實(shí)施的話(huà),，會(huì)造成過(guò)程中的巨大瓶頸。首先,，必須由一名訓(xùn)練有素,、技術(shù)高超的專(zhuān)家來(lái)創(chuàng)建復(fù)雜的模型，運(yùn)行模擬，然后分析結(jié)果,。接著,，結(jié)果被反饋給線(xiàn)束工程團(tuán)隊(duì)，而他們則必須根據(jù)往往既復(fù)雜又難懂的圖表和結(jié)果做出決定,。

       在以這種方式進(jìn)行模擬時(shí)總是會(huì)缺少的一項(xiàng)重要信息是汽車(chē)的實(shí)際配置,。并非所有負(fù)荷都存在于所有汽車(chē)上。以一輛可選配導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車(chē)為例,。要進(jìn)行哪種模擬,，帶導(dǎo)航還是不帶導(dǎo)航？讓我們將選配天窗添加到組合中：現(xiàn)在,，你有2² = 4種車(chē)型要模擬,。當(dāng)加入更多選配內(nèi)容后，可以看到,，模擬組合的數(shù)字升至2ⁿ ,，其中，n=選配件的數(shù)量,。

       對(duì)于專(zhuān)業(yè)從事電機(jī)模型和線(xiàn)路模型創(chuàng)建的模擬和建模專(zhuān)家來(lái)說(shuō),，數(shù)十億種汽車(chē)組合的復(fù)雜性超出了任何模擬的范圍。即便你能運(yùn)行如此之多的模擬,，也沒(méi)有足夠的時(shí)間,，來(lái)解讀所有形成的模擬圖表，以便在車(chē)輛投入量產(chǎn)前進(jìn)行有意義的設(shè)計(jì)變更,。設(shè)計(jì)到制造的時(shí)間一年年縮短,；沒(méi)有時(shí)間以這種方式進(jìn)行模擬，這迫使設(shè)計(jì)師不得不根據(jù)電子表格中或紙質(zhì)的歷史查詢(xún)表來(lái)選擇電線(xiàn)和保險(xiǎn)絲的規(guī)格,。假如沒(méi)有人工錯(cuò)誤,，設(shè)計(jì)師通常最后完成的是一種過(guò)保護(hù)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致成本和重量增加,。

怎么辦,？

       解決這一難題的方法是，利用這些模擬專(zhuān)家的專(zhuān)長(zhǎng),，使每位工程師都能對(duì)他們的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,，并提供快速而有意義的反饋。通過(guò)抓住電線(xiàn)和保險(xiǎn)絲尺寸規(guī)格準(zhǔn)則（這是你的工程知識(shí)產(chǎn)權(quán)）,，我們相信,，你的設(shè)計(jì)工具會(huì)讓你的工程師知道是否有問(wèn)題。分析工具應(yīng)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行分析,，向工程師直接指出具體問(wèn)題所在,，并且根據(jù)你的工程技術(shù)知識(shí)提出解決這些問(wèn)題的辦法。細(xì)看各種選配內(nèi)容的詳細(xì)模擬運(yùn)行的圖表和曲線(xiàn)圖，是一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程,，仍有待解釋數(shù)據(jù),。

選對(duì)工具，輕松上手

       有一種成本更低廉,、更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方式,。方向正確的一步是，以可用軟件進(jìn)行分析的電子格式采集設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),。利用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)工具,，工程師和設(shè)計(jì)師可執(zhí)行實(shí)施正確構(gòu)建 (correct-by-construction) 設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)則?？梢栽谥谱魑锢碓椭?，很早就發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的問(wèn)題——也許完全不再需要制作原型。

這種由軟件工具進(jìn)行設(shè)計(jì)分析的正確構(gòu)建法需要若干參數(shù)：

1. 汲取電流的設(shè)備的準(zhǔn)確負(fù)荷信息,，如：

電機(jī)大小 (hp)   115伏   208伏   230伏

1/7           5安培  3安培  2.9安培

2. 通過(guò)電子控制單元 (ECU) 的電流：

a. 我們經(jīng)常聽(tīng)說(shuō),，ECU 的內(nèi)部是專(zhuān)有的，建模工作困難重重,。當(dāng)你把關(guān)注的焦點(diǎn)放在手頭的任務(wù)上,，即確定保險(xiǎn)絲是否能保護(hù)線(xiàn)路，那么,，利用正確的工程工具，ECU 內(nèi)部連接建模就變得小菜一碟,。所需的一切,，如圖1所示（假設(shè)性示例）。

       圖1：可用于 ECU 的一個(gè)簡(jiǎn)單的保險(xiǎn)絲熔斷模型

3. 說(shuō)明零部件位置和汽車(chē)各部位的相對(duì)溫度以及線(xiàn)束連接點(diǎn)的汽車(chē)結(jié)構(gòu)模型,，如圖2所示,。

       圖2：必須對(duì)線(xiàn)束連接點(diǎn)的位置和溫度極限進(jìn)行建模

4. 電池、保險(xiǎn)絲,、電線(xiàn)以及汽車(chē)上的基本分立器件（車(chē)燈,、電機(jī)、開(kāi)關(guān),、接地裝置,、繼電器等）的準(zhǔn)確模型。

你可以這樣做

       圖3的例子顯示的是用正確的工具可能實(shí)現(xiàn)的結(jié)果,。工程師可以采用推薦的電線(xiàn)規(guī)格（Wire CSA (max)  欄）,，并實(shí)際應(yīng)用于設(shè)計(jì)中，從而利用這些信息來(lái)推動(dòng)零件選型,。

圖3：工程師可利用正確的工具,，輕松地將標(biāo)準(zhǔn)化電線(xiàn)規(guī)格直接應(yīng)用于設(shè)計(jì)中。

       憑借這些信息，可在實(shí)際零件制造之前,，在過(guò)程中及早做出設(shè)計(jì)決定,。通過(guò)利用你的工程師的多年經(jīng)驗(yàn)，你也可以為更廣大的客戶(hù)提供這種水平的分析和決策,。

問(wèn)題早發(fā)現(xiàn),，多省錢(qián)

       圖4的圖表顯示了在汽車(chē)的設(shè)計(jì)周期中進(jìn)行設(shè)計(jì)變更的相對(duì)成本。越晚發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,，成本越高,。汽車(chē)制造商一年的保修和召回費(fèi)用高達(dá)數(shù)十億美元，這對(duì)那些直到汽車(chē)已經(jīng)交到客戶(hù)手中才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的企業(yè)來(lái)說(shuō),，嚴(yán)重影響了他們的盈利,。你要在設(shè)計(jì)過(guò)程中及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

       使你的設(shè)計(jì)工程師能在制造原型之前不斷地進(jìn)行設(shè)計(jì)分析,，不但可以節(jié)約時(shí)間和金錢(qián),，還能提高你的產(chǎn)品的可靠性。大部分電氣設(shè)計(jì)測(cè)試開(kāi)始于成本最高的原型階段,，在圖4中沿紅線(xiàn)用淡色曲線(xiàn)表示,。如果你先在創(chuàng)意到邏輯設(shè)計(jì)階段花了較多的時(shí)間和精力，那么在整合過(guò)程中所花的時(shí)間,、金錢(qián)和精力就會(huì)少得多,，保修和召回成本也會(huì)減少。

不再需要原型

       日益盛行的一類(lèi)電線(xiàn)和保險(xiǎn)絲尺寸規(guī)格分析是短路測(cè)試,。有三種短路測(cè)試,，如圖5所示。

圖5：三種短路測(cè)試：A – 高壓側(cè)短路測(cè)試,，B – 低壓側(cè)短路測(cè)試,，C – 負(fù)荷兩端短路測(cè)試。

       這類(lèi)分析一般在物理測(cè)試中進(jìn)行,。這需要在設(shè)計(jì)完成后制造一輛造價(jià)高昂的原型車(chē),，成本可能高達(dá)百萬(wàn)美元以上。制造這類(lèi)原型車(chē)的目的不只是進(jìn)行電氣測(cè)試,，也是為了進(jìn)行物理測(cè)試,。這種性質(zhì)的短路測(cè)試具有損壞線(xiàn)路的風(fēng)險(xiǎn)，可能需要進(jìn)行昂貴的維修,，以便使車(chē)輛為計(jì)劃進(jìn)行的下次測(cè)試做好準(zhǔn)備,。在設(shè)計(jì)完成前，在制造昂貴的原型車(chē)之前,，這類(lèi)測(cè)試應(yīng)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行,，并應(yīng)對(duì)公司中的每一位線(xiàn)束工程師公開(kāi),，而不是掌握在少數(shù)模擬專(zhuān)家的手中。

保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間 vs. 電線(xiàn)冒煙特性

       在日本開(kāi)始盛行的一項(xiàng)分析是,，調(diào)整保險(xiǎn)絲的尺寸,，使保險(xiǎn)絲在短路測(cè)試中，在電線(xiàn)包覆材料開(kāi)始冒煙之前熔斷,。日本電線(xiàn)制造商開(kāi)始公布電線(xiàn)的冒煙特性,，以便汽車(chē)制造商與線(xiàn)束制造商可以進(jìn)行這種保險(xiǎn)絲尺寸調(diào)整和電線(xiàn)尺寸調(diào)整。

       這類(lèi)測(cè)試背后的主要驅(qū)動(dòng)因素是耐用性,。隨著電線(xiàn)在高負(fù)荷條件下溫度的升高,，電線(xiàn)包覆層開(kāi)始冒煙，電線(xiàn)的耐用性降低,。這可能導(dǎo)致任何數(shù)量的耐用性問(wèn)題,。隨著電線(xiàn)絕緣性減弱，電線(xiàn)可能變脆,，并可能導(dǎo)致里面的裸線(xiàn)暴露在外,，造成短路危險(xiǎn)。想象一下,，在行駛過(guò)程中,，安全氣囊電路意外短路，安全氣囊打開(kāi)的情形,。保修和召回成本驚人,。先期測(cè)試做得越多，參與測(cè)試工作的設(shè)計(jì)工程師越多,，測(cè)試工作越輕松,，產(chǎn)品也越完善。

       這類(lèi)測(cè)試,，有時(shí)稱(chēng)作“電線(xiàn)冒煙測(cè)試”，是用物理原型車(chē)來(lái)進(jìn)行,，費(fèi)錢(qián)費(fèi)時(shí),。這類(lèi)測(cè)試原理如下所述：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，引起負(fù)荷端短路（高壓側(cè),、低壓側(cè)或負(fù)荷兩端）,，對(duì)電路進(jìn)行觀測(cè)。如果電線(xiàn)包覆材料在保險(xiǎn)絲熔斷前開(kāi)始冒煙,，則要研究解決辦法,。這可能涉及更換更大規(guī)格的保險(xiǎn)絲、熔斷時(shí)間更短的保險(xiǎn)絲,、更粗的電線(xiàn),、不同材質(zhì)的電線(xiàn)等,。圖6為概念示意圖。

       圖6：保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間與電線(xiàn)冒煙時(shí)間,。

       在圖6的圖表中,，我們采用一根假設(shè)的保險(xiǎn)絲和電線(xiàn)，并繪出了保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間和電線(xiàn)冒煙時(shí)間（均以秒為單位）及電流（單位：安培）,。讓我們來(lái)看一看圖上的兩個(gè)點(diǎn)：

       在大約20安培時(shí),，我們看到，對(duì)于電線(xiàn)與保險(xiǎn)絲的這一組合來(lái)說(shuō),，保險(xiǎn)絲會(huì)在電線(xiàn)冒煙（藍(lán)線(xiàn)）之前熔斷（橙線(xiàn)）,。

       在大約8安培時(shí)，我們看到,，電線(xiàn)會(huì)在保險(xiǎn)絲熔斷前冒煙,。這不是人們所希望的情況，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致電線(xiàn)材料老化,，總體上造成耐用性問(wèn)題,。

       如今市場(chǎng)上有能幫助你做到這一點(diǎn)的工具。問(wèn)問(wèn)你自己,，由公司里的任意一位工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期在虛擬環(huán)境下自動(dòng)進(jìn)行下列分析,，是不是很重要：

整車(chē)負(fù)荷測(cè)試

多種汽車(chē)配置的自動(dòng)化測(cè)試

自動(dòng)保險(xiǎn)絲尺寸調(diào)整與零件選型

自動(dòng)電線(xiàn)尺寸調(diào)整與零件選型

自動(dòng)化短路測(cè)試 -- 高壓端、低壓端,、負(fù)荷兩端短路測(cè)試或三種測(cè)試輪流進(jìn)行

保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間與電線(xiàn)材料冒煙時(shí)間測(cè)試,，以提高線(xiàn)路耐用性

小結(jié)

       物理模型測(cè)試提出了兩個(gè)成本問(wèn)題：(1) 制造和維護(hù)原型的成本十分高昂；(2) 遲至原型階段才發(fā)現(xiàn)的缺陷,，改正成本十分高昂,。解決辦法是對(duì)于能進(jìn)行適當(dāng)模擬的系統(tǒng)，采用虛擬原型和模擬,。線(xiàn)束很容易進(jìn)行模擬,，虛擬原型很容易發(fā)現(xiàn)缺陷，如短路或保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間與電線(xiàn)冒煙時(shí)間,。利用這些工具,，不但可以大大節(jié)約成本，還能縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間,。