运用CaPitall ntegrator CWS自动生成导线的方法

窦明佳 金力 伍岳

摘要：本文介绍了运用capital Integrator中的CWS（综合布线）进行汽车线束中导线自动布线的方法，从车辆配置选项的维护、原理图的设计、拓扑图设计以及导线合成约束规则的制定到最后的导线生成进行了全面阐述，并着重对约束规则的制定进行了说明，通过使用该方法可大大提高设计工作效率并提高设计质量。

关键词：Capital;CWS（综合布线）;线束等级;约束规则

中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2020）02-0048-07

窦明佳

毕业于华北水利水电大学，本科学历，现就职于东风汽车股份有限公司商品研发院，任轻客与新能源开发部助理工程师，主要从事电子电气架构工作，已发表论文2篇。

1引言

目前汽车行业的创新变革主要集中在电气、电子和嵌入式软件领域，随着高级驾驶辅助系统（ADAS）、车辆互联系统以及乘员舒适性配置增多导致车上的控制器（ECU）、传感器、执行器数量不断增加，而这些车辆用电器之间的信号传输、电源分配都需要线束进行互联;同时随着车辆配置多样化、定制化的顾客需求变化，更增加了线束设计的复杂性，实际上如果车辆有20中可选功能配置将产生1000000中可制造车辆种类;另外，汽车制造商（OEM）还必须满足严格的安全性、效率及可靠性准则，例如功能安全的标准（ISO26262）要求E/E系统需要满足一定的功能安全等级保证在电气系统发生故障时关键信号能够正常传输而不会发生不可预知的安全问题。另一力面，在竞争激烈的汽车行业中，成本是每个车企必须关注的问题，而最大限度的减少新车开发过程中所需的新的设计工作量，实现设计复用可大大减少设计和验证新车辆设计所需的时间和成本。

面对上述各种挑战需要一种新的设计流程来帮助工程师管理日益复杂的电子电气系统，而生成式的设计方法正好能够满足这些要求，其基于规则驱动的自动化设计能够使工程师减少手工操作的工作量，通過跨平台使用经验证的数据可减少开发成本、缩短开发周期。Memor Graphics公司的Capital平台是汽车及航空领域电气系统设计的先进工具，其中的Capital Integrator模块是实现生成式设计的关键模块，本文对Capital Integrator中CWS（Composite Wiring Synthesis）在汽车线束设计过程中的运用方法进行阐述。

2CWS综合布线流程

CWS（Composite Wiring Synthesis）综合布线是Capital Integrator中至关重要的功能，在满足输入约束条件下CWS综合布线自动执行必要的步骤为车辆中每个线束的所有线束级别综合布线，从而为每个可能的车辆配置综合布线，对于电气系统中的每个线束，CWS将识别与该线束相关联的所有配置选项，并为该线束生成多种配置组合的线束等级，

2.1定义配置选项及关系

可在Capital Project中进行选项维护，也可在Capital Integrator中DataSE具栏选择选项进行配置选型的定义以及配置之间包含、互斥关系的定义。（见图2）

2.2整车电气原理图的设计

该工作通常在Capital Logic中将各电器模块之间的信号逻辑连接关系进行定义，然后将设计完成的各系统电气原理以及电源分配、搭铁分配通过生成列表（Bulid List）与Capital Integrator进行关联。

2.3整车平面拓扑的设计

拓扑是在一个整车框架上表示整车线束的分段以及整车用电器的平面物理位置，可通过BridgeIn进行Capital 3D接线（.xml）数据导入而构建拓扑，也可通过添加线束段（Bundle）、添加设备插槽（Add Slot）、添加接地插槽（Add Ground）、添加接线盒插槽（Add Junction Box）以及创建线束内连接插件（Add Inline Pair）进行手工绘制，如下图表示的乘用车的平面拓扑，整车线束包括机舱线束、仪表线束、四门线束以及车身线束，各线束可根据设计者的风格用不同颜色来区分，设计完成的平面拓扑中各线束端可看做导线路由的通道，在CWS时软件会根据输入约束条件沿着通道自动布线。

2.4定义规则及约束条件

在生成式设计流程中设计者通过设置规则和约束来使自动过程达到自己想要的结果，在CapitalIntegrator中可创建的约束类型包括放置、导线路南、导线综合、网络综合、导线规范以及接地设计。（见图5）

在设计过程中有一些约束规则是比较常用的，下面着重对常用的约束规则进行说明：

2.4.1设置设备/接地放置规范：

执行放置属性/特性匹配名称=插槽名称的设备，接地：定义该规则后在进行自动放置设备命令时所有的电器设备（Device）会根据CapitalLogic中定义的名称去寻找匹配插槽（Slot），如果两者名字相同，就将该设备放置在相应的插槽中。在项目开展过程中有遇到相同设备在不同的车型（Vehicel model）中放置位置不同，例如下图中蓄电池在左舵车型上放置在机舱右侧，而右舵车型时放置在机舱左侧的情况，可在位于机舱左侧的蓄电池插槽（BATTERY-RHD）上设置规则：在属性/特性匹配名称=BArFFERY的设备/接地上放置选型RHD，同理可在位于机舱右侧的蓄电池插槽（BAT-FERY-LHD）放置规则：在属性/特性匹配名称=BATFERY的设备/接地上放置选型LHD，这样可实现相同设备在不同车型中物理位置不同的设计，在CWS导线综合时会根据上述规则赋予蓄电池的配置选项（Option）生成左舵和右舵车型连接蓄电池的导线。（见图6）例如在线束生产的工艺上有的OEM会规定一条线束上相同信号的导线只能连接一个焊接点（Splice），为了达到这样的目的，需要设置每个焊接点的成本为1000，而单位导线长度成本为1，这里的成本是相对成本而不是实际的价格成本，只是为了在CWS导线综合时减少焊接点的生成，同时如果设置每个焊接点的最大导线数为7，这样在连接焊接点的导线数大于7时会自动增加一个焊接点。

2.4.4网络规范：

SAE J1939对波特率为250Kbit/s的CAN网络通讯采用非屏蔽双绞线拓扑结构进行了规定，例如规定了节点到主干线的分支长度最大为3m，而对于高速CAN总线（250Kbit/S-1Mbit/s）有些OEM通常设置总线各分支长度小于1m以提高总线信号传输的抗干扰能力。

所以在Capital Integrator中可设置网络规范使生成的网络传输媒介一导线满足总线输出物理层的要求。

2.5 CWS综合布线运算

在完成上述2.4.1到2.4.4的输入条件后，接下来可进行cwsN算

2.5.1CWS运算的第一步：生成线束等级

可根据前期定义的车型、配置组合以及导线路由需求为每个线束总成生成多个线束等级以满足不同车型的配置需求，配置越多同时可选配置越丰富生成的线束等级就越复杂，這也是目前乘用车线束种类繁多的原因。（见图7）

同时，线束等级不仅可以自动生成也可以手动编辑或者外部导入预先定义好的线束等级。（见图8）

2.5.2导线合成

在线束等级自动生成或者导入后下一步进行导线的生成，导线生成步骤会利用已经存在的线束等级为每个线束总成的每个线束等级生成对应的导线，这时软件路由信号并生成需要的导线、焊接点和多线压接，这一步受放置在拓扑中的设备上配置选项以及各设备之间的复杂逻辑连接关系影响，同时导线在路由时会寻找成本最低的路径，导线路由的成本主要是下列成本的总和：

a）导线的成本：导线的成本等于导线的总长度乘以单位导线的成_奉，默认单位导线的成本为1，同时可通过上述2.4.3中描述的方法改变单位导线的成本。

b）焊接点的成本：默认焊接点的成本为0，也可通过2.4.3中添加焊接点的成本约束。

c）多线压接的成本：默认多线压接的成本为0，也可对连接器孔位、连接器、插槽或者整个设计添加多线压接成本约束条件。

d）导线穿过内连接（Inline）的成本：默认穿过内连接的成本为0，也可通过添加内连接/接线盒的成本约束来减少相同信号导线重复通过两个线束总成对接插件的情况。

导线合成对话框包括5个不同的选型，分别为完全合成对话框、模块化综合对话框、生成&完成对话框、完成合成对话框以及定制设置对话框。

选择不同的对话框选型，在CWS时软件系统会进行不同的操作：（见表1）

2.5.3导线合成对话框可勾选的选型

a）删除所有线束等级和车型配置：勾选该选项在CWS时将删除先前综合布线生成的所有线束等级和配置，选择此选项时，还将同时自动勾选“删除所有接线“选项。

b）清除提升选型：勾选该选项将删除先前为各线束等级提升的配置选项和捐赠的配置选项，选择该选项还将自动同时勾选“删除所有线束等级和车型配置”和“删除所有接线”选项。

c）删除所有接线：勾选该操作将删除先前综合布线生成的所有导线。

d）更新线束选项：勾选该选项将标识影响每个线束的配置选项（包括传递配置选项），并将其提升到每个线束上，如果不需要则从线束等级中删除选项，为了确定要删除的配置选项，系统会查看穿过线束的导线上的配置选项以及直接从插槽中的设备提升的配置选项。

e）生成物理线束等级：勾选该操作将重新生成全部可构建线束等级，并遵循车辆模型（vehicle Model）的定义以及各配置选项之间的关系。

f）合成所有接线：该操作将重新创建所有车辆配置，并沿车辆配置的拓扑线束通道路由所有信号，为每种配置生成尽可能多的导线，并为导线生成选项表达式。

g）合并相同线束等级：有时支持不同选项组合的两个线束等级具有相同的导线，在这种情况下，两个线束级别组合为一个，从而支持原始线束等级的所有线束选项。

h）线束级别达到时停止进程：该选项制定每个线束的最大线束等级数，如果未指定或该限制超过1千，则综合布线可能无法完成。

I）运行复杂性报告：勾选该选型会在“输出窗口”中显示复杂性报告，复杂性报告与“更新线束选项”以及“生成物理线束等级”一起运行，报告会列出最复杂的线束，影响每个线束的选项以及影响线束的最复杂的车辆模型。

j）组合导线：如果在连接器、插槽或者设计上设置了在“在孔位约束处合并导线”，则系统会与约束匹配的孔位处合并适当的导线。

k）生成旁路接线：如果在某个线束等级中，某个焊接点仅连接两根导线，则系统将生成一根旁路接线替换该焊接点及其连接的两根导线。

1）生成车辆配置：选择“仅最高复杂性”该系统仅生成最大复杂度的车辆配置，选择“完全”系统将生成所有可能的车辆配置，该选项对综合布线没有影响，综合布线总是始终独立此设置生成自己的配置集。

在设计过程中可根据实际的需要勾选不同的选项以到达自己想要的效果。

3总结

CWS（Composite Wiring Synthesis）是CapitalIntegrator中最为重要的功能，上述CwS运用方法及流程能够减少线束设计过程人工布线的工作量，在所有输入条件满足的情况下，只需一键启动CWS命令可自动生成所有导线，通过在CapitalHarness XC中将CWS生成的导线同步（Synchronize）到线束2D图纸内便形成了线束图纸内所有导线回路信息（导线列表、插件导线表），可通过图纸风格化形成如图10的线束图纸指导线束生产。同时该方法及流程解决了如今车辆特别是乘用车配置复杂的管理问题，通过一致性检查可保证所有可制造车型都有相应的线束等级支撑，所有的车型配置都有相应的导线支撑，减少人工检查的庞大工作量。目前东风股份新能源车辆在整车线束设计时率先使用该设计流程，并成功运用在凯普特EV350、EV400等车型的线束设计中，从而有效缩短线束设计开发周期，提高设计质量。（见图10）