硕士论文-汽车电气动力及信号传送系统集成化设计的研究与开发.pdf
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1、上海交通大学硕士学位论文汽车电气动力及信号传送系统集成化设计的研究与开发姓名:周启申请学位级别:硕士专业:机械工程指导教师:马登哲;徐嘉明20030901上海交通大学工程硕士学位论文 摘要-i-汽车电气动力及信号传送系统 集成化设计的研究与开发 摘 要 在当今日趋激烈的市场竞争环境下企业能否在竞争中生存下来取决于是否能尽快地对市场需求作出反应缩短产品开发时间从而加快合格产品投放市场的速度 目前国内对于汽车电力及信号传送系统的设计手段较为落后 一般都是工程师手工画出电气原理图 在实物车模上用卷尺测量进行布线设计绘制出用于生产的线束装配图并建立工程材料明细表工人根据线束装配图手工制作样品在整车现场
2、中进行样品的装配测试和性能校验然后发现问题修改设计更改电气原理图和线束装配图重新制作样品装配实物车模进行测试校验一般会有数次甚至数十次的反复修改才能完成设计这种传统设计方式存在着很多问题如产品开发周期长依赖实物样品的试制和装配反复工程更改浪费原材料受地域局限需现场设计和试制无法共享客户和供应商的数据无统一产品数据库管理各设计部门阶段单兵作战等 本课题的研究目标是根据汽车电力及信号传送系统设计的内容 流程及其应用需求探讨集成化设计系统各关键设计环节的单元支撑技术及上海交通大学工程硕士学位论文 摘要-ii-其集成方法和实现途径在建立设计系统集成框架基础上开发出一个能集成汽车电力和信号传送系统设计的
3、各种计算机辅助支撑工具支持汽车动力及信号传送系统整个设计生命周期全过程的集成化设计系统其功能包括电气原理设计电气模拟分析零件图形和特性库的建立和自动选配线束空间布局设计和分析工程图纸绘制和材料明细表建立等几大部分从而为汽车电气工程师提供一种提高汽车动力及信号传送系统系统开发能力的有效手段 作为本论文研究与开发的最终成果汽车动力及信号传送系统集成化设计系统是基于数字化建模三维装配数据库虚拟仿真分析等技术针对汽车动力及信号传送系统产品而开发和创建的应用系统由于采用了数字化虚拟产品的设计分析和仿真技术大大提高了产品设计质量,同时缩短了产品开发周期 关键词网列表数据传递系统虚拟集成平台功效模型物理模型
4、特性参数 上海交通大学工程硕士学位论文 ABSTRACT-iii-R E S E A R C H&D E V E L O P M E N T O F V E H I C L E E L E C T R I C A L I N T E G R A T E D D E S I G N F O R P O W E R&S I G N A L D I S T R I B U T I O N S U B S Y S T E M A B S T R A C T Whether an enterprise can survive in the more and more competitive market
5、 depends on quickly responding to market demand,shorting product design period,and improving the time to release the qualified product.At present,the design method of Vehicle Electrical Power&Signal Distribution Subsystem is lagged behind in China.Usually engineers manually draft Schematics Circuit
6、Diagrams,and then draw Harness Assembly Drawings and create Engineer Bill of Materials for production after harness routing design with tapeline in vehicle model assembly.Prototype workers make the sample product according to requirements of the Harness Assembly Drawings.Finally engineers carry out
7、the Assemble Test and Performance Check in real vehicle.However if caught problem,engineers need to change design,update diagram and harness assembly drawings,rework sample product,reassemble product,and retest performance in vehicle.It will take several and some time dozen of engineering changes,un
8、til finalize the design.上海交通大学工程硕士学位论文 ABSTRACT-iv-There lie a lot of issues in such kind of traditional design method,such as long time to release,depending of the real sample to test and assembly,reworking again and again,waste of material,restriction of region which need engineer design and test
9、in line,no capability of sharing math data from customers and suppliers,not common product data management,and isolation island of design in each departments and each phases.The main aim of this research is as followings:According to the content,procedure and application requirement of design system
10、 of Power&Signal Distribution Subsystem,to develop an integrated design system with all of the necessary computer tools to support the complete life cycle of the vehicle electrical design for Power&Signal Distribution Subsystem which includes,schematics design,electrical simulated analysis,component
11、 library and selection,harness packaging&routing design and analysis,and product engineering drawing&bill of materials.Therefore,to provide vehicle electrical engineer groups an integrated system and tool to improve the development of vehicle electrical systems.As the outcome of this research,Vehicl
12、e Electrical Integrated Design System is designed for Vehicle Electrical Power&Signal Distribution Subsystem.By adopting the digital product model and integrated design,the system can improve the capacity of product design and developing,shorten the 上海交通大学工程硕士学位论文 ABSTRACT-v-product design periodand
13、 substantially improve the product quality.K E Y W O R D S:netlist,pass synchronize system,virtual integration platform,behavioral model,physical model,property parameter.上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明所 呈 交 的 学 位 论 文是 本 人 在 导 师 的 指 导 下独 立 进 行 研究 工 作 所 取 得 的 成 果除 文 中 已 经 注 明 引 用 的 内 容 外本 论 文 不 包 含 任 何其 他 个 人
14、或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 作 品 成 果对 本 文 的 研 究 做 出 重 要 贡献 的 个 人 和 集 体均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明本 人 完 全 意 识 到 本 声 明 的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日上海交通大学学位论文版权使用授权书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 学 校 有 关 保 留使 用 学 位 论 文 的 规 定同 意 学 校保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版允 许 论 文 被 查阅 和 借 阅本 人 授 权 上 海 交 通 大 学 可 以
15、 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编入 有 关 数 据 库 进 行 检 索可 以 采 用 影 印缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇编本学位论文 保密在 年解密后适用本授权书本学位论文属于 不保密请在以上方框内打学位论文作者签名 指导教师签名日期 年 月 日 日期 年 月 日上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 -1-第一章 绪论 1.1 课题来源与背景 1.1.1 汽车电力及信号传送系统概述 汽车电力及信号传送系统连接了汽车上所有的各种汽车电气装置如图 1 1 所示电喷发动机发电机起动机蓄电池雨刷各类车灯喇叭音响空调仪表盘高压点火线圈电子集控门
16、锁电动车窗电动后视镜防盗装置电动车椅自动变速装置以及大量的监控和自测传感器并为它们安全和有效地传送电力和传输电子信号 随着汽车电器和电子技术的不断发展和完善以及大量的高新技术在汽车上的广泛应用更增加了汽车上的电器装置的数量和复杂程度 首先汽车舒适性电子装置不断增多 例如用于舒适性方面的前挡风玻璃车窗加热器 电子辅助取暖器和立式电动空调以及通讯电子装置 导航系统和自娱系统等其次汽车主动和被动安全装置的一些部件进一步电气化如安全气囊防抱死刹车系统等 1 另外电子技术的发展使一些带电的机械装置逐步转变为带机械的电子产品如电子制动电子转向机械阀的电子控制主动悬架等这使得汽车电力及信号传送系统变得空前复
17、杂和重要 从经济价值的角度来看 电力及信号传送系统占低档车总价的 5%和高档车总价的 1 0%左右 图 1 1 汽车电气装置 V e h i c l e E l e c t r i c a l D e v i c e 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 -2-同时电力及信号传送系统自身也不断地应用和发展新高技术如排线C A N 总线光纤总线中央集成单元和无线连接等 因此汽车电力及信号传送系统产品日益复杂和技术更新使得设计阶段成为汽车电力及信号传送系统产品开发的一个核心环节 1.1.2 汽车电力及信号传送系统的设计概述 汽车电力及信号传送系统设计工作一般由汽车总装公司电气工程部和相关的汽
18、车电气系统供应商共同开发和设计是一个机机械结构电汽车电气一体化的产品设计 设计工作的主要包括 第一阶段 电气原理设计 设计汽车电气系统的功能逻辑和电路设计包括电气装置模型从电路逻辑上连接各汽车电器装置并实现其使用功能把系统分为许多子系统选用连接器和导线完成汽车电力及信号传送系统的电气原理图 第二阶段线束装配设计 根据电气原理路图和车身各电器的物理空间分布进行汽车电力及信号传送系统的线束空间布局设计由于汽车的空间结构非常紧凑和复杂如图 1 2 汽车及其部分零部件处于运动状态加上汽车对安全性和舒适性的严格要求使得线束空间布局设计非常复杂 确认每根导线的长度导线束的分支尺寸选配塑件端子压接器根据环境
19、和物理结构因素选用导线束外的不同形式和材料的保护覆盖层如胶带套管波纹管导线槽等设计线束固定在车身上所需的导线槽橡胶件,卡钉卡环等考虑防水性为塑件端子和线束选配相应的密封圈完成线束装配图和工程材料明细表 图 12 汽车整车数模透视图Vehicle Assembly math data perspective view 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 -3-第三阶段工艺设计和工装板制作 对导线和覆盖层的尺寸进行工艺化计算获得实际生产所需的生产材料明细表为了使线束装配便于流水线生产和质量检验在工装板上标出各零部件如塑件卡钉橡胶件等和导线束分支以及覆盖层(如胶带套管波纹管)的实际物理位置尺
20、寸和公差完成工装板图纸用以生产出汽车电力及信号传送系统产品如图 1 3 1.2 当前系统设计方式的现状和问题 目前国内对于汽车电力及信号传送系统的设计手段较为落后一般的流程是 第一步手工画出电气原理图 第二步工程师在实物车模上用卷尺测量进行布线设计画出可生产性的线束装配图 第三步工人根据线束装配图手工制作样品 第四步在整车现场中进行样品的装配测试性能校验 第五步进行工艺化设计完成工装板图纸很多厂连进行流水作业的工装板也没有 第六步如有问题需修改设计更改电气原理图和线束装配图重新制作样品装配实物车模进行测试校验一般会有数次甚至数十次的反复修改才能完成设计 即便有些整车厂或零部件公司应用计算机辅助
21、设计甚至其中的先进应用者还建立了车身的三维数字模型但对于汽车电力及信号传送系统-这种结合机械空间布局和定位电力驱动和图 1-3 汽车电力及信号传送系统产品实物和工装板 P r o d u c t a n d A s s e m b l y B o a r d o f P o w e r&S i g n a l D i s t r i b u t i o n S y s t e m 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 -4-电子控制的机电一体化产品设计仍只处于二维图形环境设计阶段只是把电气原理图线束装配图和工装板图纸用 C A D 软件画入到电脑中三种文件之间并没有数据联系和共享 汽车电
22、力及信号传送系统的传统设计方式存在着很多问题 1 产品开发周期长 2 依赖实物样品的试制和装配 3 反复工程更改浪费原材料 4 受地域局限需现场设计和试制 5 电力及信号传送系统处于整车设计的下游阶段又和整车设计的上游阶段的许多子系统相关联当整个汽车设计已初步完成但上游系统一旦发生一些更改如内饰件的修改或发动机的移位 都可能引起电力及信号传送系统原有设计的重大修改 而此时已临近整车试验和验收的既定日期留给电力及信号传送系统修改设计的时间就非常紧迫甚至来不及完成 6 易发生设计错误引起返工 7 与整车厂日益提高的 C A D 技术要求不符 8 无法共享客户和供应商的数据浪费资源 9 无统一产品数
23、据库管理各设计部门阶段单兵作战 1.3 课题研究的目的和意义 产品开发的演变经历了面向车间设计标准设计方法学设计计算机辅助设计计算机的产品建模和虚拟产品开发几个重要的飞跃阶段 2.虚拟产品是反映产品本质的基于计算机的集成化数字模型它能够反映产品在全生命周期内具有的功能和性能 从多个技术层面和角度反映产品的本质 可以通过各种仿真工具和虚拟现实工具对产品进行分析和测试由多个通道交互性沉浸性和想象性地感受产品的功能结构和性能 3,4 虚拟产品开发利用存储在计算机内部的数字化模型虚拟产品来代替实物模型进行仿真分析,从而提高产品在时间质量成本服务和环境等多目标中的决策水平,达到全局优化和一次性开发成功的
24、目的 5.本课题的研究目标是根据汽车电力及信号传送系统设计的内容流程及其应用需求探讨集成化设计系统各关键设计环节的单元支撑技术及其集成方法和实现途径 在建立设计系统集成框架基础上 应用计算机的产品建模和虚拟产品开发等技术 开发出一个能集成汽车电力和信号传送系统设计的各种计算机辅助支撑工具 支持汽车动力及信号传送系统整个设计生命周期全过程的集成化设计系统其功能包括电气原理设计电气模拟分析零件图形和特性库的建立和自动选配线束空间布局设计和分析工程图纸绘制和材料明细表建立等几大部分从而为汽车电气工程师提供一种提高汽车动力及信号传送系统系统开发能力的有效手段 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论
25、 -5-该课题的研发成果不仅为本领域提供了较为系统的集成理念和方法同时具有及其重要的工程应用价值和意义 为汽车电气工程师提供一整套计算机辅助系统从而提高汽车动力及信号传送系统系统开发能力 改善汽车动力及信号传送系统发布的时间控制 有效提高汽车动力及信号传送系统的质量控制 支持标准化系统的目标 减少用于开发汽车动力及信号传送系统的重复性劳动和人员数量 节省用于生产汽车动力及信号传送系统的材料数量如制作手工样品等 充分利用已有的电子模型为各个阶段各部门所共享 1.4 主要研究内容 1.4.1 基于功能集成的设计系统集成框架构造 研究汽车电力及信号传送系统设计中各个过程与环节集成所有的计算机辅助工具
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- 硕士论文 汽车 电气 动力 信号 传送 系统 集成化 设计 研究 开发
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