车辆原始设备制造商开始关注设备布线
具有新增长产品的汽车原始设备制造商(如特斯拉)和航空航天原始设备制造商(如Blue Origin)正在创造自然具有更高电气系统含量的产品。因此,他们开始集中精力改进其布线设计方法。这些产品包括私人太空探索,具有附带利益选项的自动驾驶汽车,当然还有主流电动汽车及其配套的充电基础设施。在本文中,我们将集中讨论后者。
特斯拉(Tesla)在其Model-Y汽车开发中将重点放在改进接线设计上(图1)。
图1.在特斯拉Model Y上进行接线系统开发可能会成为未来汽车行业设计的预兆。
埃隆·马斯克(Elon Musk)宣布Model-Y是一场“制造工厂革命”。对改善汽车线材设计的关注意味着潜在的改进已通过特斯拉的“我们能否使这一10倍性能更好”测试。用埃隆·马斯克(Elon Musk)的三句名言可以最好地说明这一测试:
1)“我以物理方法进行分析”,“您将事情归结为特定领域的首要原理或基本真理,然后从那里进行推理。然后,您将推理应用于这些公理原则,以评估什么是真正可能的以及什么被简单地认为是可能的。”
2)“只做10%的改善就意味着您正在与世界上其他所有人竞争。” 当您进行雄心勃勃的大胆尝试时,即使失败也会为您带来重要的结果。拍摄10倍,现实会降为2倍,如果拍摄2倍,现实会降为10%。当某人具有突破性的创新时,这几乎不是一件小事。很少是一件事。通常,一堆东西共同构成了巨大的创新。”
3)“十年后甚至二十年后需求还会存在吗?不要将时间浪费在紧急的临时需求上(表述)。”
特斯拉Model Y有望在布线设计最终成为人们的重点时,提供一个可以完成的真实示例。这是特斯拉针对Model-Y SUV的电缆设计改进目标(2019年3月14日宣布,2020年第四季度开始生产)。
- 布线和组件– Y型SUV使用的布线总长度为100米(330英尺),而3型SUV现在使用的布线总长度为1,500米(4920英尺),同时共享75% Model-3的汽车总配件。
– 电源和信号/数据将使用相同的电缆(有时也使用相同的导体)。电路板和组件的接线端子将使用智能芯片和新的通信芯片标准,例如USB C型
– 一些接线将转换为柔性电路(如果适用)。
– 可能不会意识到电动汽车上仍然装有低电压的12伏(通常是铅酸)电池来为汽车的12伏系统供电,但事实并非如此。特斯拉的目标是用更高电压的系统组件(可能是48V)替换旧的12伏系统组件。这个想法是,新的电气系统将直接由车辆的主锂离子电池供电。受影响的组件将需要重新设计以在更高的系统电压下运行。
自动化–特斯拉深知传统接线系统对自动化的局限性。因此,他们为所谓的结构电缆申请了专利。
以下是该专利的摘要:
传统的电缆很容易用人的手操作,以与不同结构或设备上的适当连接器配合。但是,这些电缆的安装很难自动化。电缆缺乏足够的结构完整性和刚性,无法通过机械臂轻松拾取,移动和放置。此外,由于传统的电缆不是刚性的,因此它们可能不容易形成为不同的形状并在狭窄的空间约束中被布线到预定位置。在制造过程中对传统的柔性电缆进行布线(例如在汽车制造过程中连接不同的组件)通常无法实现自动化,因此需要人工放置。这种手动放置是费时,乏味且昂贵的。此外,某些传统电缆被设计为通过一根电缆来满足多种目的(例如电力传输,数据和视频);特定的应用程序可能不需要传输所有三种类型的信息。
根据本公开的结构电缆是具有结构完整性的电缆,作为自动化过程的一部分,可以由机械臂将其操纵就位,同时提供与其所需位置的可靠数据连接。作为形式操纵的一部分,结构电缆优先允许操纵成不同的几何形状,以允许避开障碍物的放置,并且可以以可重复的方式执行,从而实现为自动化过程的一部分。这可以通过以下方法实现:
将定制的平行电缆加固为结构形状,以便通过机械臂将其自动组装到汽车中(图2)。
- 使用平行电线/导体创建定制的刚性挤出。大多数针对所需的阻抗和数据屏蔽进行了优化。有些具有用于功率的导体横截面(图3)。
- 连接器导体端接过程的自动化。
- 设计定制的电连接器,以便最终的汽车总成连接配合可以自动化。
图2图3
超级充电电缆和连接器
特斯拉最新的增压站使用的电缆组件在电缆和车辆配套的直流触点中均经过乙二醇/水冷却。这些主动冷却的电缆组件是由缩短充电时间的需求驱动的,同时使电缆直流导体的铜横截面(AWG)保持较小,以实现灵活性和轻量化(图4)。这些显然不是典型的电源线。
图4
电动汽车充电连接器的标准化正经历着越来越大的功率直流和交流连接器的痛苦。它们由美国,欧洲和亚洲的竞争公司和政府标准提供。
人们可以放心,特斯拉在接线系统方面的发展并不是传统上在车辆设计中所需要的。新型Model-Y的电缆和接线设计与其他基础汽车设计(机械,电气,软件等)同时完成。大多数情况发生在虚拟设计阶段,即第一个物理原型可用之前数月。即使将这些10倍的改进目标降低到2倍,它们也将共同构成车辆布线的一项巨大创新。
下一代电气布线设计软件使这种前期虚拟布线设计成为可能:
- 原理图接线图
- 机械3D CAD电气布线
- 制造文档,带有2D展平的工程图
但是,现在正在开发另一代设计软件,该软件会更改制造文档的输出。无需创建2D工程图即可。对于产品制造而言,所有足够的信息都与3D几何体位于同一电子文件中。此新文件类型称为产品制造信息(PMI)。到目前为止,这些输出文件仅适用于使用领先的机械设计软件的纯机械设计。这些中性的电子文件不仅要足够完整,以供下游制造供应商使用,还可以供CNC加工中心直接使用。
那么布线设计适合哪里呢?刚开始时有两种PMI电子文件格式替代方案,其中包括电气布线设计产品制造信息。这些新的PMI文件有望在5年内支持电缆和线束制造以及电线加工设备的输入:
1.)STEP AP 242 Edition-2,由航空航天和国防部开发
摘自“ 2018年全球产品数据互操作性峰会”
针对Edition-3的计划扩展:
–等电位/信号概念
–功能信息逻辑链接,网络,功能
– EWIS要求,安全规则
–电气库
–光纤特异性
–制造过程(模板)
2.)汽车电子集装箱(VEC)版本1.1.3,由汽车开发
–包括电气设计的新语义,3层(网络,连接和布线规范)
我们希望那些专注于将布线设计推到最前沿的汽车OEM取得成功。他们优先考虑在设计车辆时同时设计布线系统,而不是事后等待物理原型。OEM不仅将从这些创新的布线设计方法中受益,电缆和线束制造商以及布线组件供应商也将从中受益。