汽车上的线束和管路

        汽车的发展伴随着电气化和智能化的过程，不断丰富的车载功能，依靠着电气系统的协同工作得以实现。更多的功能，意味着更复杂的电气系统，作为汽车“神经系统”的线束和管路设计难度随之增加，同时，这些错综复杂的线束和管路还被要求在更为狭小的空间中完成，新旧问题和矛盾不断凸显。

图1汽车上的线束和管路

        与刚性结构不同，线束和管线具有柔性特征，其在外力作用及自身重力影响下的形变和受力状态，很难依靠经验进行判断。这些柔性的形变和受力导致的与周边干涉、摩擦等缺陷，并不易在车辆装配或出厂检测中检出，这就为车辆将来的安全和正常运行埋下隐患。

    ♦  线束与周边（钣金、过孔、螺栓等）是否存在干涉、摩擦？

图2线束与周边干涉摩擦导致破损

    ♦  类似仪表板多媒体单元的装配部位，线束长度冗余是否合适？

图3收音机线束预留过长，装配后的线束与周边发生干涉碰撞

    ♦  线束弯折半径是否合理？

图4线束弯折半径过小导致线束受损

    ♦  固定点的布置间距是否考虑了力学性能和重力条件？

图5固定点间距过大或过小导致线束应力

    ♦  连接振动部位的管线疲劳如何分析？

图6发动机周边的管线考虑振动的影响

    ♦  运动部位的线束和管路，在主体移动过程中是否对线束造成伤害？

图7车辆上的运动部位有线束和管路经过

        这些问题在较大程度上，是需要经过一段时间才会显现出来，也就是通常在消费者使用过程中才会发现问题，这就直接导致了近年来，由于线束布置问题引起的汽车召回事件不断出现。

图8近年因线束布置问题导致的汽车召回事件摘录

        类似的问题，其实在其他行业和领域也能被发现。换句话说，有柔性线束和管道的地方，就可能存在这些问题。

图9其他存在线缆和管路问题的行业

IPS管线柔性仿真方案

        随着数字化设计、验证和制造流程的普及，在产品研发阶段对设计结果进行仿真验证已成为不可或缺的重要步骤。

        汽车的研发过程是一个多方合作、多学科交叉的复杂过程，从研发需求的提出到车辆的生产制造和测试，将经过多个阶段和多次迭代。在研发阶段引入仿真验证，不仅能够及早发现和消除潜在的设计问题，在问题发生之前就将其消除，阻断这些问题向下游流程的传递，从而避免造成更大的损失。同时也能够帮助设计人员对设计结果进行多项优化，筛选更佳方案，缩短设计结果的迭代过程，提高设计效率与准确率。

图10整车电气系统研发流程

        IPS（Industrial Path Solution）是由德国工业4.0概念的发起者和倡导者，也是欧洲权威的应用科学研究机构－弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer-Gesellschaft）开发的数字化软件平台。为管线设计、装配验证、人机模拟以及机器人规划等领域提供专业的解决方案，该平台目前拥有庞大成熟用户群，遍布汽车、工业机器、重工机械、消费电子等行业。

图11IPS管线柔性仿真方案组成

• IPS Cable Simulation-管线仿真模块

        能够仿真外力作用及重力条件下，管线的挠性运动路径；可对运动部位的管线实时仿真，动态展示管线的空间变形、弯扭状态以及应力应变分布；能进行高频振动及疲劳分析，公差分析，扫掠体积模型，生成运动路径包络线和容差包络线；实时优化与修改，优化后的数据能够返回三维软件，支持与三维软件的数据桥接，能够根据设计规则，实现管线自动布置，建模过程简单，软件易学上手快。

图12汽车线缆中拖动卡扣位置，动态显示相关线束受力变化

• IPS Path Planner-路径规划

        自动计算装配路径，规避安装路径上的干涉，带有弹性线的路径规划、封装，与周边的间隙分析可视化，导出机器人路径。

图13仿真仪表板上安装收音机时线束动态变动

• IPS IMMA-人机工程

        通过生物力学模型，基于简化的人体骨架模型和统计数据设计的假人模型，模拟实际工艺装配过程，确保无碰撞的组装运动，执行可行性、可见性和可安装性分析，自动人体工学评估动作，自动根据任务调整运动策略。

图14利用人机工程仿真座椅安装过程（右上角为操作员视角）

• IPS ROBOTICS-机器人优化

        自动平衡工作站和机器人之间的任务，排序，协调和无碰撞运动的产生，考虑连接到机器人的弹性线。

图15机器人组任务规划

• IPS Virtual Paint-虚拟喷涂

        可视化模拟喷漆，即时模拟室内喷涂，结合多个机器人及其动作的复杂过程，真实模拟密封材料沉积，包括材料的复杂流变性。简单直观的仿真设置，无需任何计算工具专业知识。耦合到IPS Path Planner和IPS Robot Optimization可以优化整个机器人组的胶水和粘合剂材料的沉积。

图16虚拟喷漆和虚拟喷涂

经纬恒润提供的服务

        经纬恒润的技术团队拥有丰富的电气系统及线束线缆设计、仿真经验，将为客户提供专业的技术支持和技术咨询服务。同时基于IPS软件功能，结合客户的实际应用需求，提供合适的解决方案，提供软件功能的定制化开发、与第三方软件的接口程序开发服务。

图17经纬恒润提供的服务

        通过提供专业的方案及服务，经纬恒润将为汽车线束及管线设计用户带来诸多收益。

• 设计优化

    ♦  电缆、软管和复杂线束的实时变形仿真

    ♦  多种材料类型、横截面轮廓和动态卡箍

    ♦  运动优化和容差分析，生成包络线

    ♦  自动电缆布线，结构空间和装配分析

    ♦  弯曲半径、作用力、扭、拉等的设计验证

    ♦  接触、碰撞、应力和应变的检测和可视化

•提高效率

    ♦  实时仿真，动态分析

    ♦  过程和结果可视化

    ♦  可直接进行设计修改

    ♦  软件一天速成使用

• 过程优化

    ♦  一种工具贯穿设计到样机的产品流程

    ♦  通过减少样机设计和迭代实现降低成本和时间

    ♦  帮助进行质量改进和质量保证

    ♦  实现部门间快速决策的跨学科合作