運用CaPitall ntegrator CWS自動生成導線的方法

竇明佳 金力 伍岳

摘要：本文介紹了運用capital Integrator中的CWS（綜合布線）進行汽車線束中導線自動布線的方法，從車輛配置選項的維護、原理圖的設(shè)計、拓撲圖設(shè)計以及導線合成約束規(guī)則的制定到最后的導線生成進行了全面闡述，并著重對約束規(guī)則的制定進行了說明，通過使用該方法可大大提高設(shè)計工作效率并提高設(shè)計質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：Capital;CWS（綜合布線）;線束等級;約束規(guī)則

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2020）02-0048-07

竇明佳

畢業(yè)于華北水利水電大學，本科學歷，現(xiàn)就職于東風汽車股份有限公司商品研發(fā)院，任輕客與新能源開發(fā)部助理工程師，主要從事電子電氣架構(gòu)工作，已發(fā)表論文2篇。

1引言

目前汽車行業(yè)的創(chuàng)新變革主要集中在電氣、電子和嵌入式軟件領(lǐng)域，隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車輛互聯(lián)系統(tǒng)以及乘員舒適性配置增多導致車上的控制器（ECU）、傳感器、執(zhí)行器數(shù)量不斷增加，而這些車輛用電器之間的信號傳輸、電源分配都需要線束進行互聯(lián);同時隨著車輛配置多樣化、定制化的顧客需求變化，更增加了線束設(shè)計的復(fù)雜性，實際上如果車輛有20中可選功能配置將產(chǎn)生1000000中可制造車輛種類;另外，汽車制造商（OEM）還必須滿足嚴格的安全性、效率及可靠性準則，例如功能安全的標準（ISO26262）要求E/E系統(tǒng)需要滿足一定的功能安全等級保證在電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時關(guān)鍵信號能夠正常傳輸而不會發(fā)生不可預(yù)知的安全問題。另一力面，在競爭激烈的汽車行業(yè)中，成本是每個車企必須關(guān)注的問題，而最大限度的減少新車開發(fā)過程中所需的新的設(shè)計工作量，實現(xiàn)設(shè)計復(fù)用可大大減少設(shè)計和驗證新車輛設(shè)計所需的時間和成本。

面對上述各種挑戰(zhàn)需要一種新的設(shè)計流程來幫助工程師管理日益復(fù)雜的電子電氣系統(tǒng)，而生成式的設(shè)計方法正好能夠滿足這些要求，其基于規(guī)則驅(qū)動的自動化設(shè)計能夠使工程師減少手工操作的工作量，通過跨平臺使用經(jīng)驗證的數(shù)據(jù)可減少開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期。Memor Graphics公司的Capital平臺是汽車及航空領(lǐng)域電氣系統(tǒng)設(shè)計的先進工具，其中的Capital Integrator模塊是實現(xiàn)生成式設(shè)計的關(guān)鍵模塊，本文對Capital Integrator中CWS（Composite Wiring Synthesis）在汽車線束設(shè)計過程中的運用方法進行闡述。

2CWS綜合布線流程

CWS（Composite Wiring Synthesis）綜合布線是Capital Integrator中至關(guān)重要的功能，在滿足輸入約束條件下CWS綜合布線自動執(zhí)行必要的步驟為車輛中每個線束的所有線束級別綜合布線，從而為每個可能的車輛配置綜合布線，對于電氣系統(tǒng)中的每個線束，CWS將識別與該線束相關(guān)聯(lián)的所有配置選項，并為該線束生成多種配置組合的線束等級，

2.1定義配置選項及關(guān)系

可在Capital Project中進行選項維護，也可在Capital Integrator中DataSE具欄選擇選項進行配置選型的定義以及配置之間包含、互斥關(guān)系的定義。（見圖2）

2.2整車電氣原理圖的設(shè)計

該工作通常在Capital Logic中將各電器模塊之間的信號邏輯連接關(guān)系進行定義，然后將設(shè)計完成的各系統(tǒng)電氣原理以及電源分配、搭鐵分配通過生成列表（Bulid List）與Capital Integrator進行關(guān)聯(lián)。

2.3整車平面拓撲的設(shè)計

拓撲是在一個整車框架上表示整車線束的分段以及整車用電器的平面物理位置，可通過BridgeIn進行Capital 3D接線（.xml）數(shù)據(jù)導入而構(gòu)建拓撲，也可通過添加線束段（Bundle）、添加設(shè)備插槽（Add Slot）、添加接地插槽（Add Ground）、添加接線盒插槽（Add Junction Box）以及創(chuàng)建線束內(nèi)連接插件（Add Inline Pair）進行手工繪制，如下圖表示的乘用車的平面拓撲，整車線束包括機艙線束、儀表線束、四門線束以及車身線束，各線束可根據(jù)設(shè)計者的風格用不同顏色來區(qū)分，設(shè)計完成的平面拓撲中各線束端可看做導線路由的通道，在CWS時軟件會根據(jù)輸入約束條件沿著通道自動布線。

2.4定義規(guī)則及約束條件

在生成式設(shè)計流程中設(shè)計者通過設(shè)置規(guī)則和約束來使自動過程達到自己想要的結(jié)果，在CapitalIntegrator中可創(chuàng)建的約束類型包括放置、導線路南、導線綜合、網(wǎng)絡(luò)綜合、導線規(guī)范以及接地設(shè)計。（見圖5）

在設(shè)計過程中有一些約束規(guī)則是比較常用的，下面著重對常用的約束規(guī)則進行說明：

2.4.1設(shè)置設(shè)備/接地放置規(guī)范：

執(zhí)行放置屬性/特性匹配名稱=插槽名稱的設(shè)備，接地：定義該規(guī)則后在進行自動放置設(shè)備命令時所有的電器設(shè)備（Device）會根據(jù)CapitalLogic中定義的名稱去尋找匹配插槽（Slot），如果兩者名字相同，就將該設(shè)備放置在相應(yīng)的插槽中。在項目開展過程中有遇到相同設(shè)備在不同的車型（Vehicel model）中放置位置不同，例如下圖中蓄電池在左舵車型上放置在機艙右側(cè)，而右舵車型時放置在機艙左側(cè)的情況，可在位于機艙左側(cè)的蓄電池插槽（BATTERY-RHD）上設(shè)置規(guī)則：在屬性/特性匹配名稱=BArFFERY的設(shè)備/接地上放置選型RHD，同理可在位于機艙右側(cè)的蓄電池插槽（BAT-FERY-LHD）放置規(guī)則：在屬性/特性匹配名稱=BATFERY的設(shè)備/接地上放置選型LHD，這樣可實現(xiàn)相同設(shè)備在不同車型中物理位置不同的設(shè)計，在CWS導線綜合時會根據(jù)上述規(guī)則賦予蓄電池的配置選項（Option）生成左舵和右舵車型連接蓄電池的導線。（見圖6）例如在線束生產(chǎn)的工藝上有的OEM會規(guī)定一條線束上相同信號的導線只能連接一個焊接點（Splice），為了達到這樣的目的，需要設(shè)置每個焊接點的成本為1000，而單位導線長度成本為1，這里的成本是相對成本而不是實際的價格成本，只是為了在CWS導線綜合時減少焊接點的生成，同時如果設(shè)置每個焊接點的最大導線數(shù)為7，這樣在連接焊接點的導線數(shù)大于7時會自動增加一個焊接點。

2.4.4網(wǎng)絡(luò)規(guī)范：

SAE J1939對波特率為250Kbit/s的CAN網(wǎng)絡(luò)通訊采用非屏蔽雙絞線拓撲結(jié)構(gòu)進行了規(guī)定，例如規(guī)定了節(jié)點到主干線的分支長度最大為3m，而對于高速CAN總線（250Kbit/S-1Mbit/s）有些OEM通常設(shè)置總線各分支長度小于1m以提高總線信號傳輸?shù)目垢蓴_能力。

所以在Capital Integrator中可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)規(guī)范使生成的網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介一導線滿足總線輸出物理層的要求。

2.5 CWS綜合布線運算

在完成上述2.4.1到2.4.4的輸入條件后，接下來可進行cwsN算

2.5.1CWS運算的第一步：生成線束等級

可根據(jù)前期定義的車型、配置組合以及導線路由需求為每個線束總成生成多個線束等級以滿足不同車型的配置需求，配置越多同時可選配置越豐富生成的線束等級就越復(fù)雜，這也是目前乘用車線束種類繁多的原因。（見圖7）

同時，線束等級不僅可以自動生成也可以手動編輯或者外部導入預(yù)先定義好的線束等級。（見圖8）

2.5.2導線合成

在線束等級自動生成或者導入后下一步進行導線的生成，導線生成步驟會利用已經(jīng)存在的線束等級為每個線束總成的每個線束等級生成對應(yīng)的導線，這時軟件路由信號并生成需要的導線、焊接點和多線壓接，這一步受放置在拓撲中的設(shè)備上配置選項以及各設(shè)備之間的復(fù)雜邏輯連接關(guān)系影響，同時導線在路由時會尋找成本最低的路徑，導線路由的成本主要是下列成本的總和：

a）導線的成本：導線的成本等于導線的總長度乘以單位導線的成_奉，默認單位導線的成本為1，同時可通過上述2.4.3中描述的方法改變單位導線的成本。

b）焊接點的成本：默認焊接點的成本為0，也可通過2.4.3中添加焊接點的成本約束。

c）多線壓接的成本：默認多線壓接的成本為0，也可對連接器孔位、連接器、插槽或者整個設(shè)計添加多線壓接成本約束條件。

d）導線穿過內(nèi)連接（Inline）的成本：默認穿過內(nèi)連接的成本為0，也可通過添加內(nèi)連接/接線盒的成本約束來減少相同信號導線重復(fù)通過兩個線束總成對接插件的情況。

導線合成對話框包括5個不同的選型，分別為完全合成對話框、模塊化綜合對話框、生成&完成對話框、完成合成對話框以及定制設(shè)置對話框。

選擇不同的對話框選型，在CWS時軟件系統(tǒng)會進行不同的操作：（見表1）

2.5.3導線合成對話框可勾選的選型

a）刪除所有線束等級和車型配置：勾選該選項在CWS時將刪除先前綜合布線生成的所有線束等級和配置，選擇此選項時，還將同時自動勾選“刪除所有接線“選項。

b）清除提升選型：勾選該選項將刪除先前為各線束等級提升的配置選項和捐贈的配置選項，選擇該選項還將自動同時勾選“刪除所有線束等級和車型配置”和“刪除所有接線”選項。

c）刪除所有接線：勾選該操作將刪除先前綜合布線生成的所有導線。

d）更新線束選項：勾選該選項將標識影響每個線束的配置選項（包括傳遞配置選項），并將其提升到每個線束上，如果不需要則從線束等級中刪除選項，為了確定要刪除的配置選項，系統(tǒng)會查看穿過線束的導線上的配置選項以及直接從插槽中的設(shè)備提升的配置選項。

e）生成物理線束等級：勾選該操作將重新生成全部可構(gòu)建線束等級，并遵循車輛模型（vehicle Model）的定義以及各配置選項之間的關(guān)系。

f）合成所有接線：該操作將重新創(chuàng)建所有車輛配置，并沿車輛配置的拓撲線束通道路由所有信號，為每種配置生成盡可能多的導線，并為導線生成選項表達式。

g）合并相同線束等級：有時支持不同選項組合的兩個線束等級具有相同的導線，在這種情況下，兩個線束級別組合為一個，從而支持原始線束等級的所有線束選項。

h）線束級別達到時停止進程：該選項制定每個線束的最大線束等級數(shù)，如果未指定或該限制超過1千，則綜合布線可能無法完成。

I）運行復(fù)雜性報告：勾選該選型會在“輸出窗口”中顯示復(fù)雜性報告，復(fù)雜性報告與“更新線束選項”以及“生成物理線束等級”一起運行，報告會列出最復(fù)雜的線束，影響每個線束的選項以及影響線束的最復(fù)雜的車輛模型。

j）組合導線：如果在連接器、插槽或者設(shè)計上設(shè)置了在“在孔位約束處合并導線”，則系統(tǒng)會與約束匹配的孔位處合并適當?shù)膶Ь€。

k）生成旁路接線：如果在某個線束等級中，某個焊接點僅連接兩根導線，則系統(tǒng)將生成一根旁路接線替換該焊接點及其連接的兩根導線。

1）生成車輛配置：選擇“僅最高復(fù)雜性”該系統(tǒng)僅生成最大復(fù)雜度的車輛配置，選擇“完全”系統(tǒng)將生成所有可能的車輛配置，該選項對綜合布線沒有影響，綜合布線總是始終獨立此設(shè)置生成自己的配置集。

在設(shè)計過程中可根據(jù)實際的需要勾選不同的選項以到達自己想要的效果。

3總結(jié)

CWS（Composite Wiring Synthesis）是CapitalIntegrator中最為重要的功能，上述CwS運用方法及流程能夠減少線束設(shè)計過程人工布線的工作量，在所有輸入條件滿足的情況下，只需一鍵啟動CWS命令可自動生成所有導線，通過在CapitalHarness XC中將CWS生成的導線同步（Synchronize）到線束2D圖紙內(nèi)便形成了線束圖紙內(nèi)所有導線回路信息（導線列表、插件導線表），可通過圖紙風格化形成如圖10的線束圖紙指導線束生產(chǎn)。同時該方法及流程解決了如今車輛特別是乘用車配置復(fù)雜的管理問題，通過一致性檢查可保證所有可制造車型都有相應(yīng)的線束等級支撐，所有的車型配置都有相應(yīng)的導線支撐，減少人工檢查的龐大工作量。目前東風股份新能源車輛在整車線束設(shè)計時率先使用該設(shè)計流程，并成功運用在凱普特EV350、EV400等車型的線束設(shè)計中，從而有效縮短線束設(shè)計開發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量。（見圖10）