汽車上的線束和管路

        汽車的發展伴隨著電氣化和智能化的過程，不斷豐富的車載功能，依靠著電氣系統的協同工作得以實現。更多的功能，意味著更復雜的電氣系統，作為汽車“神經系統”的線束和管路設計難度隨之增加，同時，這些錯綜復雜的線束和管路還被要求在更為狹小的空間中完成，新舊問題和矛盾不斷凸顯。

圖1汽車上的線束和管路

        與剛性結構不同，線束和管線具有柔性特征，其在外力作用及自身重力影響下的形變和受力狀態，很難依靠經驗進行判斷和確定。這些柔性的形變和受力導致的與周邊干涉、摩擦等缺陷，并不易在車輛裝配或出廠檢測中檢出，這就為車輛將來的安全和正常運行埋下隱患。

    · 線束與周邊（鈑金、過孔、螺栓等）是否存在干涉、摩擦？

圖2線束與周邊干涉摩擦導致破損

    · 類似儀表板多媒體單元的裝配部位，線束長度冗余是否合適？

圖3收音機線束預留過長，裝配后的線束與周邊發生干涉碰撞

    · 線束彎折半徑是否合理？

圖4線束彎折半徑過小導致線束受損

    · 固定點的布置間距是否考慮了力學性能和重力條件？

圖5固定點間距過大或過小導致線束應力

    · 連接振動部位的管線疲勞如何分析？

圖6發動機周邊的管線必須考慮振動的影響

    · 運動部位的線束和管路，在主體移動過程中是否對線束造成傷害？

圖7車輛上的運動部位幾乎都有線束和管路經過

        這些問題在較大程度上，是需要經過一段時間才會顯現出來，也就是通常在消費者使用過程中才會發現問題，這就直接導致了近年來，由于線束布置問題引起的汽車召回事件不斷出現。

圖8近年因線束布置問題導致的汽車召回事件摘錄

        類似的問題，其實在其他行業和領域也能被發現。換句話說，有柔性線束和管道的地方，就可能存在這些問題。

圖9其他存在線纜和管路問題的行業

IPS管線柔性仿真方案

        隨著數字化設計、驗證和制造流程的普及，在產品研發階段對設計結果進行仿真驗證已成為不可或缺的重要步驟之一。

        汽車的研發過程是一個多方合作、多學科交叉的復雜過程，從研發需求的提出到車輛的生產制造和測試，將經過多個階段和多次迭代。在研發階段引入仿真驗證，不僅能夠及早發現和消除潛在的設計問題，在問題發生之前就將其消除，阻斷這些問題向下游流程的傳遞，從而避免造成更大的損失。同時也能夠幫助設計人員對設計結果進行多項優化，篩選更佳方案，縮短設計結果的迭代過程，提高設計效率與準確率。

圖10整車電氣系統研發流程

        IPS（Industrial Path Solution）是由德國工業4.0概念的發起者和倡導者，也是歐洲權威的應用科學研究機構－弗勞恩霍夫協會（Fraunhofer-Gesellschaft）開發的數字化軟件平臺。為管線設計、裝配驗證、人機模擬以及機器人規劃等領域提供專業的解決方案，該平臺目前全球范圍內擁有龐大成熟用戶群，遍布汽車、工業機器、重工機械、消費電子等行業。

圖11IPS管線柔性仿真方案組成

    · IPS Cable Simulation-管線仿真模塊

        能夠仿真外力作用及重力條件下，管線的撓性運動路徑；可對運動部位的管線實時仿真，動態展示管線的空間變形、彎扭狀態以及應力應變分布；能進行高頻振動及疲勞分析，公差分析，掃掠體積模型，生成運動路徑包絡線和容差包絡線；實時優化與修改，優化后的數據能夠返回三維軟件，支持與三維軟件的數據橋接，能夠根據設計規則，實現管線自動布置，建模過程簡單，軟件易學上手快。

圖12汽車線纜中拖動卡扣位置，動態顯示相關線束受力變化

    · IPS Path Planner-路徑規劃

        自動計算裝配路徑，規避安裝路徑上的干涉，帶有彈性線的路徑規劃、封裝，與周邊的間隙分析可視化，導出機器人路徑。

圖13仿真儀表板上安裝收音機時線束動態變動

    · IPS IMMA-人機工程

        通過生物力學模型，基于簡化的人體骨架模型和統計數據設計的假人模型，模擬實際工藝裝配過程，確保無碰撞的組裝運動，執行可行性、可見性和可安裝性分析，自動人體工學評估動作，自動根據任務調整運動策略。

圖14利用人機工程仿真座椅安裝過程（右上角為操作員視角）

    · IPS ROBOTICS-機器人優化

        自動平衡工作站和機器人之間的任務，排序，協調和無碰撞運動的產生，考慮連接到機器人的彈性線。

圖15機器人組任務規劃

    · IPS Virtual Paint-虛擬噴涂

        可視化模擬噴漆，即時模擬室內噴涂，結合多個機器人及其動作的復雜過程，真實模擬密封材料沉積，包括材料的復雜流變性。簡單直觀的仿真設置，無需任何計算工具專業知識。耦合到IPS Path Planner和IPS Robot Optimization可以優化整個機器人組的膠水和粘合劑材料的沉積。

圖16虛擬噴漆和虛擬噴涂

經緯恒潤提供的服務

        經緯恒潤的技術團隊擁有豐富的電氣系統及線束線纜設計、仿真經驗，將為客戶提供專業的技術支持和技術咨詢服務。同時基于IPS軟件功能，結合客戶的實際應用需求，提供合適的解決方案，必要時提供軟件功能的定制化開發、與第三方軟件的接口程序開發服務。

圖17經緯恒潤提供的服務

        通過提供一系列專業的方案及服務，經緯恒潤將為汽車線束及管線設計用戶帶來諸多收益。

  · 設計優化

    · 電纜、軟管和復雜線束的實時變形仿真

    · 多種材料類型、橫截面輪廓和動態卡箍

    · 運動優化和容差分析，生成包絡線

    · 自動電纜布線，結構空間和裝配分析

    · 彎曲半徑、作用力、扭、拉等的設計驗證

    · 接觸、碰撞、應力和應變的檢測和可視化

  · 提高效率

    · 實時仿真，動態分析

    · 過程和結果可視化

    · 可直接進行設計修改

    · 軟件一天速成使用

  · 過程優化

    · 一種工具貫穿設計到樣機的完整產品流程

    · 通過減少樣機設計和迭代實現降低成本和時間

    · 幫助進行質量改進和質量保證

    · 實現部門間快速決策的跨學科合作