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中心，吉林 長春 130011）

1 客車產品開發(fā)特殊性

依據中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的銷售量數據，2011年，全國累計銷售大型客車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，對大中型客車的品質提出了前所未有的挑戰(zhàn)。近年來大中型客車火災頻發(fā)，除人為因素外，也存在設計方面的因素。畢竟客車的服務對象是人，而人的生命本身是社會財富中最重要的環(huán)節(jié)，不允許有半點馬虎。因此從設計角度講，規(guī)避設計問題，是減少因技術原因引發(fā)事故的關鍵。如何將可能發(fā)生的事故降到最低點，參考國內外大企業(yè)在設計方面的經驗，設計開發(fā)流程和科學的設計方法是確保設計正確的關鍵。有了好的設計開發(fā)流程做基礎，能確保設計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。作為電氣系統(tǒng)設計師，設計出高品質高可靠性的電氣產品是義不容辭的責任，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品開發(fā)，但是，用戶訂單車也占客車銷售相當的比重。對于用戶點單的車輛，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、變速器、空調、緩速器、甚至儀表和車身控制器都存在客戶點單的可能，而如何能將這些來自不同供應商的千差萬別的電氣部件合理地統(tǒng)一在同一電氣設計環(huán)境之中，對設計師就將存在相當的挑戰(zhàn)。其次，從生產角度而言，雖然目前客車的產量已經以萬輛作為統(tǒng)計單位，但是全國的客車生產企業(yè)的產量總和，也不會超過產量最優(yōu)秀的貨車單一車型的年產量。而且對于大多數客車生產企業(yè)，流水線生產只是一個向往，手工制造仍然是客車生產的主流。綜上所述，要求電氣系統(tǒng)設計師必須對各種電氣部件特性相當了解，也要具備一定的設計經驗，同時還要通過設計流程確保設計工作的正確性，才能確保設計產品的高品質。

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 項目啟動會議和項目更改會議

此步驟討論開發(fā)過程和更改過程是否滿足整車開發(fā)時間節(jié)點，開發(fā)步驟中的交付物，劃分專業(yè)組職責，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)設計信息，如：ECU、ABS、空調、緩速器等，討論主要相關設計標準。了解整車布局、尺寸、主要用電器裝配位置和電子電氣構架元件裝配位置。

以某型號小學生專用校車為例，項目啟動會議中明確整車用途和各階段開發(fā)任務節(jié)點。參與設計的相關設計團隊在項目會議上進行初步交流。如：ECU、ABS、獨立暖風、空調等電氣件管腳定義，電氣參數，布置位置，安裝位置要求等信息。明確相關專業(yè)何時對電氣系統(tǒng)開發(fā)設計師提供上述涉及信息。電氣系統(tǒng)設計師評估工作內容并反饋給整車總布置協(xié)調相關進度，然后各個專業(yè)組各司其職，進入電氣系統(tǒng)設計階段。

3.2 制定整車電氣BOM （Bill of Material）

明確電氣部件的狀態(tài)和通用化關系，分解整車開發(fā)計劃，制定電氣總成開發(fā)計劃，評估電氣系統(tǒng)開發(fā)進度是否滿足整車開發(fā)要求。

以某型號小學生專用校車為例，根據整車對電氣系統(tǒng)的要求及各個專業(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。

3.3 靜電流分配量

根據車輛起動機對蓄電池的要求，確定蓄電池容量。根據蓄電池電量計算出整車靜電流。

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，就認為此電氣系統(tǒng)的靜電流是符合整車設計要求的。例如：某校車的起動機為DEUTZ 4kW起動機。根據起動機與蓄電池的匹配規(guī)定，確定此蓄電池為24V、120Ah。起動機與蓄電池的匹配已有成熟公式，這里不再闡述。再根據靜電流公式：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周折算的小時數。將30mA靜電流總量分配給產生靜電流的電氣總成，并要求各個電氣總成供應商按照此靜電流要求進行電氣件開發(fā)。如整車有5個設備會產生靜電流，那么要求所有設備靜電流總和不能超過30mA。

3.4 電氣功率列表

根據整車電氣BOM，設計師將供應商和其他專業(yè)組提供的總成電氣信息匯總并存檔。根據電氣參數，確定每個用電器所需的熔斷絲、繼電器容量和數量。根據電氣功率生成電源分配列表 （表1）和電平衡列表 （表2），并根據計算結果確定發(fā)電機功率，其中發(fā)電機的確定需要進行電平衡計算［2］。

表1 電源分配列表

表2 電平衡列表

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

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

發(fā)電機額定發(fā)電量（A）=發(fā)電機額定發(fā)電量（A）×10%+加權電流總和。例如，某校車加權電流總和為132.73A，如考慮使用150 A發(fā)電機，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)電機的發(fā)電量為150A。

3.5 協(xié)調各個專業(yè)組之間工作

因電氣工程師需要與很多專業(yè)設計師之間進行信息交流，因此，按照專業(yè)之間的工作指派流程，確定非電氣專業(yè)與電氣相關的開發(fā)任務完成時間，要求各專業(yè)設計工作回執(zhí)文檔信息，以便確保整車開發(fā)進度。

3.6 熔斷絲盒開發(fā)

根據電氣功率列表和電源分配表，確定熔斷絲和繼電器個數。確定熔斷絲盒、電源配電盒、大功率熔斷絲盒、整車控制器的個數和位置以及電子電氣配比情況。如有平臺化產品，盡量確認使用平臺化產品和供應商。如需重新開發(fā)，須經項目組確認，并要求供應商提供開發(fā)供貨周期和報價。

3.7 繪制電氣系統(tǒng)原理圖

根據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，搭鐵性質，導線線號，插接器型號，插接器孔位信息，內連接插接器信息等。

3.8 繪制電線束裝置圖

將各個電氣件三維數據交付總布置，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，確定內連接位置及連接方式、過孔方式、過孔保護方式。對于客車而言，電線束裝置圖缺失一直是困擾生產部門與設計部門的一大問題。主要原因是客車開發(fā)周期相對較短，設計人員緊張，產品批量小。而繪制裝配圖耗時耗力，雖然有高性能的制圖軟件，往往也需要相當長的繪制時間。但是裝配文件對于生產部門是必不可少的。有了裝配文件，生產工藝才有了評判標準。否則，不但裝配品質無法保障，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

配合試裝及路試總結問題，并對各項圖紙和交付物進行改進。做好改進記錄，注明時間、地點、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

根據項目組統(tǒng)一安排或者由專業(yè)組自行安排對項目進行更改，更改過程由此流程第一步做起至流程結束，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

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)的產品在規(guī)定條件、規(guī)定時間下，實現(xiàn)規(guī)定功能并確保可靠性；可以確保電氣系統(tǒng)開發(fā)過程不漏掉設計和計算步驟，從而確保設計的正確性與合理性。有的放矢的設計步驟也會提高設計師的工作效率。流程輸出文件具有統(tǒng)一格式，使設計實現(xiàn)標準化，便于查閱和管理，節(jié)約管理成本和勞動時間。例如：生成整車電氣BOM后，此文件即是電氣系統(tǒng)設計的基礎和依據，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后 （一般時間為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，所有的設計輸出就有依據，無論設計師人員的變動還是產品本身的更改都有據可查。

5 總結

流程是為了確保設計師用正確的設計方法，做正確設計；確保電氣系統(tǒng)開發(fā)能夠正確、準確、及時地為生產和研發(fā)服務。通過不斷改善流程，能夠最終達到持續(xù)不斷改善產品的目的。好的流程不但可以簡化設計過程、縮短設計周期、提高工作效率，而且可以降低設計錯誤率，并能更好地指導生產，確保產品品質不斷提升，進而削減售后服務費用。使設計、裝配、售后服務更加規(guī)范，有法可依。

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

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