客車電氣系統(tǒng)開發(fā)流程淺析

李仲鵬

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，吉林 長春 130011）

1 客車產(chǎn)品開發(fā)特殊性

依據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的銷售量數(shù)據(jù)，2011年，全國累計(jì)銷售大型客車6.8萬輛，中型客車6.9萬輛；2012年，大型客車7.5萬輛，中型客車7.0萬輛。大中型客車的生產(chǎn)和銷售均呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢［1］。如此之高的批量生產(chǎn)，對大中型客車的品質(zhì)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。近年來大中型客車火災(zāi)頻發(fā)，除人為因素外，也存在設(shè)計(jì)方面的因素。畢竟客車的服務(wù)對象是人，而人的生命本身是社會財(cái)富中最重要的環(huán)節(jié)，不允許有半點(diǎn)馬虎。因此從設(shè)計(jì)角度講，規(guī)避設(shè)計(jì)問題，是減少因技術(shù)原因引發(fā)事故的關(guān)鍵。如何將可能發(fā)生的事故降到最低點(diǎn)，參考國內(nèi)外大企業(yè)在設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)開發(fā)流程和科學(xué)的設(shè)計(jì)方法是確保設(shè)計(jì)正確的關(guān)鍵。有了好的設(shè)計(jì)開發(fā)流程做基礎(chǔ)，能確保設(shè)計(jì)師用正確的方式做正確的事，有助于積累知識，形成良性可持續(xù)的開發(fā)過程，也有助于提高工作效率和工作品質(zhì)。作為電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)出高品質(zhì)高可靠性的電氣產(chǎn)品是義不容辭的責(zé)任，但歸根到底要靠完備的開發(fā)流程來保證。

2 客車電氣系統(tǒng)開發(fā)的特殊性

基于客車產(chǎn)品的特殊性，客車電氣系統(tǒng)的開發(fā)也具有特殊性。就電氣系統(tǒng)而言，客車與乘用車存在著巨大差別，從開發(fā)、生產(chǎn)到銷售都有其特殊性。首先，從銷售環(huán)節(jié)講起，雖然客車存在著平臺化的產(chǎn)品開發(fā)，但是，用戶訂單車也占客車銷售相當(dāng)?shù)谋戎亍τ谟脩酎c(diǎn)單的車輛，就將給客車電氣系統(tǒng)開發(fā)帶來巨大的挑戰(zhàn)。比如發(fā)動機(jī)、變速器、空調(diào)、緩速器、甚至儀表和車身控制器都存在客戶點(diǎn)單的可能，而如何能將這些來自不同供應(yīng)商的千差萬別的電氣部件合理地統(tǒng)一在同一電氣設(shè)計(jì)環(huán)境之中，對設(shè)計(jì)師就將存在相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。其次，從生產(chǎn)角度而言，雖然目前客車的產(chǎn)量已經(jīng)以萬輛作為統(tǒng)計(jì)單位，但是全國的客車生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量總和，也不會超過產(chǎn)量最優(yōu)秀的貨車單一車型的年產(chǎn)量。而且對于大多數(shù)客車生產(chǎn)企業(yè)，流水線生產(chǎn)只是一個(gè)向往，手工制造仍然是客車生產(chǎn)的主流。綜上所述，要求電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須對各種電氣部件特性相當(dāng)了解，也要具備一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還要通過設(shè)計(jì)流程確保設(shè)計(jì)工作的正確性，才能確保設(shè)計(jì)產(chǎn)品的高品質(zhì)。

3 開發(fā)流程及解析

客車電氣系統(tǒng)開發(fā)流程圖如圖1所示。

3.1 項(xiàng)目啟動會議和項(xiàng)目更改會議

此步驟討論開發(fā)過程和更改過程是否滿足整車開發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，開發(fā)步驟中的交付物，劃分專業(yè)組職責(zé)，討論電氣特性、功能要求和使用頻度，討論主要電子電氣子系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息，如：ECU、ABS、空調(diào)、緩速器等，討論主要相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。了解整車布局、尺寸、主要用電器裝配位置和電子電氣構(gòu)架元件裝配位置。

以某型號小學(xué)生專用校車為例，項(xiàng)目啟動會議中明確整車用途和各階段開發(fā)任務(wù)節(jié)點(diǎn)。參與設(shè)計(jì)的相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目會議上進(jìn)行初步交流。如：ECU、ABS、獨(dú)立暖風(fēng)、空調(diào)等電氣件管腳定義，電氣參數(shù)，布置位置，安裝位置要求等信息。明確相關(guān)專業(yè)何時(shí)對電氣系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)師提供上述涉及信息。電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)師評估工作內(nèi)容并反饋給整車總布置協(xié)調(diào)相關(guān)進(jìn)度，然后各個(gè)專業(yè)組各司其職，進(jìn)入電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段。

3.2 制定整車電氣BOM （Bill of Material）

明確電氣部件的狀態(tài)和通用化關(guān)系，分解整車開發(fā)計(jì)劃，制定電氣總成開發(fā)計(jì)劃，評估電氣系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)度是否滿足整車開發(fā)要求。

以某型號小學(xué)生專用校車為例，根據(jù)整車對電氣系統(tǒng)的要求及各個(gè)專業(yè)組所提供的電氣信息整理出第一版整車電氣BOM。此BOM將作為電氣系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)。

3.3 靜電流分配量

根據(jù)車輛起動機(jī)對蓄電池的要求，確定蓄電池容量。根據(jù)蓄電池電量計(jì)算出整車靜電流。

只要蓄電池的電量能夠滿足在不切斷蓄電池的條件下，車輛停放6周仍能正常起動，就認(rèn)為此電氣系統(tǒng)的靜電流是符合整車設(shè)計(jì)要求的。例如：某校車的起動機(jī)為DEUTZ 4kW起動機(jī)。根據(jù)起動機(jī)與蓄電池的匹配規(guī)定，確定此蓄電池為24V、120Ah。起動機(jī)與蓄電池的匹配已有成熟公式，這里不再闡述。再根據(jù)靜電流公式：整車靜態(tài)電流（A）×1 008（h）＜（30%-0.1%×42）×Q，求得靜電流小于30 mA。其中Q=120 Ah；0.1%×42為蓄電池在6周內(nèi)自放電量；30%為蓄電池維持起動所能損失的最大電量百分比；1008為6周折算的小時(shí)數(shù)。將30mA靜電流總量分配給產(chǎn)生靜電流的電氣總成，并要求各個(gè)電氣總成供應(yīng)商按照此靜電流要求進(jìn)行電氣件開發(fā)。如整車有5個(gè)設(shè)備會產(chǎn)生靜電流，那么要求所有設(shè)備靜電流總和不能超過30mA。

3.4 電氣功率列表

根據(jù)整車電氣BOM，設(shè)計(jì)師將供應(yīng)商和其他專業(yè)組提供的總成電氣信息匯總并存檔。根據(jù)電氣參數(shù)，確定每個(gè)用電器所需的熔斷絲、繼電器容量和數(shù)量。根據(jù)電氣功率生成電源分配列表 （表1）和電平衡列表 （表2），并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定發(fā)電機(jī)功率，其中發(fā)電機(jī)的確定需要進(jìn)行電平衡計(jì)算［2］。

表1 電源分配列表

表2 電平衡列表

表1（僅舉例說明）中的電源性質(zhì)可分為3類。第1類為B+電源 （30號電源），即負(fù)載通過熔斷絲直接連接蓄電池；第2類為ON電源 （15號電源），即將鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)至ON檔時(shí)供電的電源，接整車上電后，發(fā)動機(jī)起動、行駛過程中需要供電的負(fù)載；第3類為ACC電源 （75號電源），即將鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)至ACC檔時(shí)供電的電源，接空調(diào)、暖風(fēng)、遠(yuǎn)近光燈、收音機(jī)等負(fù)載。ACC電源在車輛起動瞬間 （鑰匙開關(guān)處于START位置）切斷ACC供電，以確保蓄電池給起動機(jī)提供充足的起動電流。負(fù)載種類分為C（線圈）、R（電阻）、M （電機(jī)）、T（晶體管）等。

表2（僅舉例說明）中的μs、μw分別為負(fù)載在夏季、冬季工作時(shí)的使用頻度系數(shù)。μ0為四季平均使用頻度系數(shù)。加權(quán)電流為負(fù)載電流與μs或μ0的乘積。

發(fā)電機(jī)額定發(fā)電量（A）=發(fā)電機(jī)額定發(fā)電量（A）×10%+加權(quán)電流總和。例如，某校車加權(quán)電流總和為132.73A，如考慮使用150 A發(fā)電機(jī)，則有15 A的余量用來給蓄電池充電。132.73 A+15 A=147.73 A＜150A，即確定了整車發(fā)電機(jī)的發(fā)電量為150A。

3.5 協(xié)調(diào)各個(gè)專業(yè)組之間工作

因電氣工程師需要與很多專業(yè)設(shè)計(jì)師之間進(jìn)行信息交流，因此，按照專業(yè)之間的工作指派流程，確定非電氣專業(yè)與電氣相關(guān)的開發(fā)任務(wù)完成時(shí)間，要求各專業(yè)設(shè)計(jì)工作回執(zhí)文檔信息，以便確保整車開發(fā)進(jìn)度。

3.6 熔斷絲盒開發(fā)

根據(jù)電氣功率列表和電源分配表，確定熔斷絲和繼電器個(gè)數(shù)。確定熔斷絲盒、電源配電盒、大功率熔斷絲盒、整車控制器的個(gè)數(shù)和位置以及電子電氣配比情況。如有平臺化產(chǎn)品，盡量確認(rèn)使用平臺化產(chǎn)品和供應(yīng)商。如需重新開發(fā)，須經(jīng)項(xiàng)目組確認(rèn)，并要求供應(yīng)商提供開發(fā)供貨周期和報(bào)價(jià)。

3.7 繪制電氣系統(tǒng)原理圖

根據(jù)電氣原理圖繪制流程和方法繪制電氣原理圖。原理圖中包含電源性質(zhì)，搭鐵性質(zhì)，導(dǎo)線線號，插接器型號，插接器孔位信息，內(nèi)連接插接器信息等。

3.8 繪制電線束裝置圖

將各個(gè)電氣件三維數(shù)據(jù)交付總布置，待總布置反饋位置信息后，繪制三維電線束裝置圖，如圖2所示。確定電線束分塊情況，確定內(nèi)連接位置及連接方式、過孔方式、過孔保護(hù)方式。對于客車而言，電線束裝置圖缺失一直是困擾生產(chǎn)部門與設(shè)計(jì)部門的一大問題。主要原因是客車開發(fā)周期相對較短，設(shè)計(jì)人員緊張，產(chǎn)品批量小。而繪制裝配圖耗時(shí)耗力，雖然有高性能的制圖軟件，往往也需要相當(dāng)長的繪制時(shí)間。但是裝配文件對于生產(chǎn)部門是必不可少的。有了裝配文件，生產(chǎn)工藝才有了評判標(biāo)準(zhǔn)。否則，不但裝配品質(zhì)無法保障，也影響裝配速度。因此，繪制裝配文件是十分必要的。

3.9 繪制電線束圖紙

根據(jù)電氣原理圖信息、電線束裝置圖信息、熔斷絲盒信息和電線束繪制方法流程等，繪制電線束圖紙。

3.10 持續(xù)改進(jìn)

配合試裝及路試總結(jié)問題，并對各項(xiàng)圖紙和交付物進(jìn)行改進(jìn)。做好改進(jìn)記錄，注明時(shí)間、地點(diǎn)、試裝問題、后續(xù)處理方法。建立試裝和路試問題反饋表。

3.11 執(zhí)行更改流程

根據(jù)項(xiàng)目組統(tǒng)一安排或者由專業(yè)組自行安排對項(xiàng)目進(jìn)行更改，更改過程由此流程第一步做起至流程結(jié)束，更改記錄形成表格歸檔。

4 電氣系統(tǒng)開發(fā)流程的優(yōu)點(diǎn)

執(zhí)行電氣系統(tǒng)開發(fā)流程并生成開發(fā)過程文件，可以確保所開發(fā)的產(chǎn)品在規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間下，實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能并確保可靠性；可以確保電氣系統(tǒng)開發(fā)過程不漏掉設(shè)計(jì)和計(jì)算步驟，從而確保設(shè)計(jì)的正確性與合理性。有的放矢的設(shè)計(jì)步驟也會提高設(shè)計(jì)師的工作效率。流程輸出文件具有統(tǒng)一格式，使設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，便于查閱和管理，節(jié)約管理成本和勞動時(shí)間。例如：生成整車電氣BOM后，此文件即是電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)，此文件中包含了整車電氣系統(tǒng)的需求和用戶的需求。是否能滿足用戶的需要，又要兼顧成本均由此基礎(chǔ)列表體現(xiàn)。再如：合理分配靜電流可以確保車輛斷開鑰匙開關(guān)后 （一般時(shí)間為6周）仍能正常發(fā)動。有了開發(fā)過程文件并有指定人員管理，所有的設(shè)計(jì)輸出就有依據(jù)，無論設(shè)計(jì)師人員的變動還是產(chǎn)品本身的更改都有據(jù)可查。

5 總結(jié)

流程是為了確保設(shè)計(jì)師用正確的設(shè)計(jì)方法，做正確設(shè)計(jì)；確保電氣系統(tǒng)開發(fā)能夠正確、準(zhǔn)確、及時(shí)地為生產(chǎn)和研發(fā)服務(wù)。通過不斷改善流程，能夠最終達(dá)到持續(xù)不斷改善產(chǎn)品的目的。好的流程不但可以簡化設(shè)計(jì)過程、縮短設(shè)計(jì)周期、提高工作效率，而且可以降低設(shè)計(jì)錯(cuò)誤率，并能更好地指導(dǎo)生產(chǎn)，確保產(chǎn)品品質(zhì)不斷提升，進(jìn)而削減售后服務(wù)費(fèi)用。使設(shè)計(jì)、裝配、售后服務(wù)更加規(guī)范，有法可依。

［1］天柱.中國汽車工業(yè)2012年銷售數(shù)據(jù)分析［J］.上海汽車，2013（2）：61-62.

［2］武冬蕾.汽車電氣系統(tǒng)電流匹配計(jì)算與驗(yàn)證［J］.汽車工程師，2012（11）：40-41.