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[其他] 汽车保护系统中的分布式架构

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发表于 2016-1-21 04:56:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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如今的汽车制造商正积极努力地工作,旨在减轻整车的重量,从而有助于降低二氧化碳(CO2)的排放量,提高燃料的利用效率。设计工程师们正在努力开发新的技术和设计技巧,在不牺牲系统可靠性的前提下,降低汽车中线束的重量。正在涌现的线材技术是一项可以使重量大幅降低的技术,这种技术可以以更小的线径实现更大的电流承载量。如今,汽车研发工程师们正在重新采用众所周知的成熟技术,即利用中的聚合物正温度系数(PPTC)器件,在改善系统可靠性的同时,减小整车的重量。
    重新检视分布式解决方案
虽然从20世纪90年代以来,在分布式解决方案中采用PPTC器件来实现保护已经成为人人皆知的设计选项,但在OEM厂商中间,该项技术的普及却变得非常缓慢。实际上,随着汽车功能的大幅增加,导致汽车电气和电子电路的功能不断增加,如今,汽车中的布线系统已经变得比历史上任何时候都更加庞大、笨重和复杂。除了对改变传统设计方法的阻力之外,传统上所利用的粗线也限制了采用PPTC器件优点的充分发挥。
过去,由于机械强度的原因,车辆中所用导线的最小线径为0.35平方毫米(美国线规中为22),所承载的最大电流为8至10安培。这样一来,对于信号电流较小(如电流小于8安培)的电路应用,采用PPTC器件的某些优点就无法体现出来。然而,如今的线材技术正在以更细的线径,同时能够承载更大的电流,例如,线径仅为0.13平方毫米(美国线规中为26)的导线,却能够承载高达5安培的电流。该线材技术使得在采用分布式架构和PPTC过流保护时,所用的导线重量得到进一步的大幅降低。
汽车行业的研究结果表明,相对于传统的采用保险丝保护的集中式架构,这种分布式解决方案具有显著的优点。根据研究的结果,在中高端乘用车辆中,采用具体如图1所示分布式架构和泰科电子的聚合物开关器件(PolySwitch?)后,除了仅铜线重量就可减轻了50%左右以外,设计灵活度还得到了大幅改善。
  

采用传统的保险丝方案与分布式架构两种情况下所采用线材重量的比较结果

采用传统的保险丝方案与分布式架构两种情况下所采用线材重量的比较结果

  图1:采用传统的保险丝方案与分布式架构两种情况下所采用线材重量的比较结果。在线材重量的计算中,所引用的铜材料密度为8.96x10-6kg/mm3。      

    减轻拖车灯光电路相关的导线重量
应用环境的恶劣、混杂的维修、因为浸水所导致的短路及过载,都决定了拖车的灯光电路属于高风险的应用。为了改善可靠性,通常在拖车电路中采用冗余的连接导线,每条导线都连接各自分离的保险丝及供电电路。在这种设计方案中,通常,所有车灯都采用单独的保险丝予以保护,这些保险丝都位于一个集中式保险丝座中。
然而,在分布式保护架构中,可以将PPTC器件安放在车灯组件、连接器或者结合块中,这样,减少了3个保险丝,一个继电器,3组长导线以及相应的连接器。该设计方案还简化了刹车设计、转向设计、危险警示灯模块以及开关设计。图2和图3对传统的集中式解决方案(左)和分布式保护技术(右)进行了具体比较。在分布式解决方案中,在每个相应的节点上仅需要一个聚合物开关器件来保护每个灯光电路。
  

传统的集中式保护解决方案

传统的集中式保护解决方案

  图2:传统的集中式保护解决方案。

  

采用聚合物开关PPTC器件的分布式解决方案

采用聚合物开关PPTC器件的分布式解决方案

  图3:采用聚合物开关PPTC器件的分布式解决方案。
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