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1、浅析CHS软件在汽车线束设计中的应用【摘要】本文介绍了以CHS为中心的设计流程和平台，内容涉及了线束设计的电子、机械和仿真等多个领域。本文以汽车线束设计过程为总线，穿插讲述了动态仿真、三维接口等内容，配合实例图纸生动地讲述了线束设计步骤，使读者能够理解CHS软件在汽车线束设计中的操作应用方法。关键词：CHS；设计流程；三维接口；动态仿真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前言电气系统设计是汽车设计中的重要组成部分。目前国内汽车电气系统的设计现状比较落后，通常都是靠手工或一些简单的二维CAD软件进行设计和画图，设计手段落后，没有集中统一的数据库管理，不作仿真分析，工作量越来越大，重复性工作增加，发生错误的概率迅
4、速上升。随着汽车上用电设备越来越多，系统设计工作量越来越大，对其研制周期、进度、经费等要求也越来越高，传统的研制方式已无法适应先进汽车设计要求。传统的设计方法、流程和工具远远滞后于实际需求。新的线束设计软件的出现将给线束设计带来革命性的转变。为满足汽车电子电气系统的快速发展，国内外各个汽车厂商都陆续采用专业化的线束设计软件进行线束设计，提高设计效率和增强设计可靠性。“工欲善其事，必先利其器”，对于线束设计部门，一个功能强大的2D线束设计软件就非常有必要，而Mentor Graphics公司的CHS（Capital Harness System）软件作为设计平台拥有先进的设计方法和个性化的设计流
5、程，非常适合做汽车整车线束设计工作。1背景以及意义CHS是国际著名EDA厂商Mentor Graphics公司专为航空、航天、车辆等领域开发的专业线束设计软件工具包，覆盖了从系统级设计、逻辑设计到线束设计、制造、分析的完整线缆线束工程化流程。我公司目前在工程项目中使用的主要是原理图工具Capital Logic、线束图工具Capital HarnessXC和CATIA三维接口。CHS的设计思想是以数据为中心，在设计过程中充分利用前一阶段的设计成果，大大提高设计数据的复用度，从而整体提高设计效率，主要体现在：l 统一的元器件中心库，一次建库所有设计人员可用；l 接线图设计数据自动同步到下一设计阶
6、段，自动生成线束图的接线表，设计数据高度复用；l 与三维结构设计通信，实现机械和电气一体化设计；图1 CHS的线束设计流程示意图2 线束设计流程线束设计流程主要包括接线图、线束图和配套表格，以及三维数据接口，对此CHS平台提供了快速高效的设计环境，提高了设计图纸的一致性和可靠性。针对电气系统设计涉及到多个环节的问题，CHS可以：1) CHS软件与三维软件CATIA高度集成，实现数据互通，进行机电一体化协同设计，同时也为将来进行电磁兼容仿真分析铺平道路。2) 根据图纸标准化要求，创建CHS图纸风格，自动实现图纸的标准格式，节约宝贵的设计人力和时间。下图展示了线束设计过程和CHS设计平台与其他环节
7、的关系。红色部分是利用CHS进行线束设计的开发过程，包括接线图、线束图及配套表格；周围青色部分表示CHS平台与三维软件、仿真分析、工厂生产和线束测试等环节的数据流转关系。工厂生产三维电缆CATIA接线关系，用于干涉检查接线图CHS Logic线束图CHS HarnessXCBOM接线表Reporter分支拓扑结构+分支长度图纸归档仿真分析EMI/EMC接线关系+电缆三维电缆测试仪图2 CHS开发平台与相关环节的关系2.1 接线图设计CHS软件同时支持原理图和接线图，二者很相似，都表示设备之间的连接关系和信号传递路径。但二者之间也有一定区别：A） 接线图要考虑连接器和可能经过的对接插头，而原理图
8、只考虑设备间信号传递关系，不需要连接器；B） 接线图要考虑导线的型号、颜色、线径等，而原理图不需要关心导线型号；由于汽车设计生产过程中主要用到接线图，而且在实际应用中也可以用接线图代替原理图的作用，所以最终的设计流程中只需要绘制接线图。此外，CHS软件还提供元器件库管理、图纸版本管理、用户权限管理等功能，为汽车线束设计提供了良好的设计环境，使得开发人员的工作更加顺利。接线图中的电连接关系可以导入三维CATIA设计，与三维线束进行数据交换，在CATIA中方便的实现三维布线，从而可以实时查看电缆的三维信息，进行三维干涉检查。在工作中我们利用Capitle Logic绘制接线图，主要工作内容有：n
9、对所有设备和连接器进行布置，修改名称和型号n 绘制导线，确定具体到pin到pin的接线关系n 为所有连接器、导线、多芯线选择合适的元件库n 分缆，设置连接器和导线分别属于哪个线束n 进行设计规则检查DRC总体来说，Capital Logic是一个易学易用的基于电气特性的专业原理图/接线图设计工具，设计中的任何电气对象（导线、连接器、设备）都是可以被软件识别的，能够对所有电气对象指定Part Number，支持高级自动命名功能。下图是已经完成的接线图实例。图3 接线图实例2.2 动态仿真CHS内嵌仿真和分析工具，支持在原理和接线设计阶段进行各种仿真和分析，并迅速给出设计的仿真分析报告，提高了设计
10、的正确性、减少了逻辑错误的发生，大大缩短了FMEA分析的时间，提高了工作效率、降低了纠错成本。CHS支持的仿真功能主要是稳态直流仿真，仿真类型包括: n LC/DC，动态仿真用户可以在设计界面，直接进行动态的仿真，通过点击图纸上的开关等设备，设置开关的状态，图纸上将动态显示电流方向和大小，可以查阅每个元件的工作状态参数，包括电压、电流等。n SimStress，电气极限分析极限工作情况分析则自动遍历所有的开关组合操作，以计算可能的最大的电流、电压等，结果可以输出成表格。n SimProve，潜通路分析对所有的开关动作进行排序组合，如果其中任何一种组合能够出现与期望电路行为不符合的结果，则被软件
11、报告为可疑行为，供用户判断。n SimCertify，失效模式分析；FMEA报告会根据用户定义的元件失效严重程度、发生频率和可被发现可能性，计算出统计分数，以报表的形式呈现。CHS强大的仿真分析功能将大大提高线束设计的可靠性，以CHS软件为设计平台，可以在工作中逐步引入仿真分析。从实际情况出发，先期可在工作中对接线图进行动态仿真，在软件图纸上动态查看电压、电流的信息，监测每个元件的工作状态参数。图4 动态仿真实例2.3 三维数据接口线束设计跨越电子和机械两个领域，支持它们开发的软件工具在处理问题时必须兼有电子技术与机械技术两方面专业特点。但是软件往往仅从电子学的观念出发，或者只能进行机械系统的
12、规划设计，很难找到能够同时处理以上两方面问题的软件工具。为此需要一条自动化的渠道把二者无缝继承，整合电子和机械领域的设计，从而完善流程提高效率。CHS软件与CATIA三维设计软件之间有完善的数据接口，能够实现无缝集成，自动进行数据交互。利用该接口即可以将接线图的导线连接关系导入CATIA，进行三维布线，得到真实的导线信息后返回接线图，也可以将CATIA的三维电缆模型导入CHS中，包括分支拓扑结构和分支长度、导线、连接器等信息。2.3.1从CHS传递数据到CATIA三维软件CHS软件与CATIA V5实现了无缝连接，在CATIA V5电气设计环境中嵌入了CHS的图标，在CATIA V5中完成线束
13、的敷设后，调入电线的接线信息，完成设备与逻辑关系之间的匹配，即可实现电线的自动敷设，并将分支长度等信息反馈到CHS当中，完成最后的电缆图和电线表，使设计的电缆长度更加准确，节省成本、减少了日后修改的工作量。A） 从CHS中导出接口文件，包含所有导线和连接器的信息。图5 导出接线图数据B） CATIA读取接口文件，导入接线关系，然后据此进行三维布线和干涉检查。如果两个软件位于同一台计算机，就支持“connected”模式，二者可以直接通信，省略中间文件步骤。图6 接线图数据传入CATIAC）在CATIA中进行连接器的自动匹配定位，默认规则是按照名字相同进行匹配。然后进行三维布线，查看电缆的三维模
14、型，可以发现电缆的粗细很像实际生产后的结果。图7 匹配连接器图8 三维布线结果2.3.2从CATIA三维软件传递数据到CHS利用CHS的change manager导入功能，把电缆三维结构导入CHS HarnessXC，自动展平成二维分支图，然后自动放到空白图纸，生成线束分支图。除了分支结构，从三维中导入的信息还包括连接器、压接头splice、线卡、保护材料等。图9 从CATIA导入CHS的数据图10 自动展平分支图图11 分支图在CHS中导入效果2.4 线束图设计CHS支持线束图的绘制，包括手工绘制分支结构与添加接线关系。在线束设计流程中，利用前面提到的CHS与CATIA接口，把三维电缆分支
15、结构自动导入CHS生成线束图。这样做除了省去画分支图的工作量，还能够得到准确的分支长度。如果是从三维CATIA导入的分支图，那么还需要人工细微调整，优化图纸的布置布局。图12 布局优化后的线束图进行接线图与线束图的同步操作，导入详细接线关系，包括连接器、导线等信息。图13 接线图与线束图同步利用风格管理功能，配置图形和表格的默认显示方式。对连接器来说，除了显示连接器符号和节点表，针对军车图纸的特殊需要，可以在各个连接器的图形符号上自动显示接线信息，在各个孔位上显示所接导线的线号、线径、颜色等。图14 连接器符号和节点表利用CHS的report功能可以随时查看线束图的所有导线，下图是导线表的实例
16、。可以看到接线图中的所有导线都已经正确的传递到线束图当中，说明前面的“同步”工作成功完成。图15 接线表实例3 结论CHS软件凭借其强大的功能，使线束设计人员摆脱了以往单一使用其他软件进行电气线路设计时繁琐的步骤，使线束的设计流程更加清晰明朗，可以从线束图直接生成原理图，可以进行仿真分析工作，以前需要手工操作的一些步骤和大量报表，现在通过该软件实现整车线束设计自动化，大大节省了设计人员的设计时间，既有效的提高了设计效率，又有力的保证了设计质量，因此运用CHS软件将会是今后汽车线束设计的主流趋势。参考文献1 明导上海电子科技有限公司 Mentor Graphics公司线缆线束设计解决方案CHS 中国集成电路 2008（3）2 吁苗 汽车线束设计原则汽车与配件 2010（1）3 王巍 秦贵和 范玮 基于CAN总线的汽车车身线束设计 制造业自动化2005(7)作者简介：苟斌（1983-）男，工程师，本科，湖南大学电气工程及其自动化专业，东风汽车公司技术中心电器设计室，主要从事整车电气系统设计工作。