O processo surpreendentemente manual de construção de chicotes de fios automotivos

Oct 10, 2023

Desde os primórdios da era automobilística, os carros e caminhões têm sido híbridos de design mecânico e elétrico. Para cada pistão deslizando para cima e para baixo em um cilindro, há uma vela de ignição que precisa ser acionada no momento certo para fazer o motor funcionar, e é melhor pisar no pedal do freio para que as luzes de freio se acendam ao mesmo tempo. a pressão hidráulica comprime os rotores das rodas entre as pastilhas de freio.

Sem conexões elétricas, um veículo motorizado útil é uma impossibilidade prática. Muito antes de a eletricidade começar a se tornar o combustível preferido dos veículos, os fios que conectam os computadores, sensores, atuadores e indicadores necessários para operar os sistemas de um veículo estavam ficando cada vez mais complicados a cada ano. Depois do motor e do chassis, a cablagem e a eletrónica de um carro são o terceiro componente mais caro e estima-se que, até 2030, metade do custo médio de um veículo estará bloqueado no seu sistema elétrico, contra 30% em 2010.

Garantir que todos esses sinais cheguem aonde estão indo, e fazê-lo de maneira segura e confiável, é o trabalho dos chicotes elétricos de um veículo, os feixes de fios que aparentemente ocupam todas as áreas possíveis de um carro moderno. O projeto e a fabricação de chicotes elétricos são um processo complexo que depende de software especializado, um certo grau de automação e uma quantidade surpreendente de poder humano.

A ideia para este artigo veio de uma conversa que tive com Elliot Williams e de uma menção espontânea a uma conversa que ele teve com um engenheiro que fabrica software para projetar chicotes elétricos de automóveis. Meu primeiro pensamento foi: “Existe software para fazer isso?” que foi rapidamente seguido por “É claro que existe software para fazer isso!”. A fiação necessária para operar um veículo moderno não é algo que possa ser feito ad hoc - os chicotes de fios são altamente projetados, tanto para lidar com as demandas que serão impostas a eles eletricamente, quanto mecanicamente projetados para não apenas caber no espaço disponível, mas também para sobreviver aos rigores de talvez várias décadas de uso sob condições ambientais desafiadoras.

Os chicotes de fios também devem ser fabricados como componentes separados. A fabricação de automóveis e caminhões é cada vez mais apenas um processo de montagem final, onde os trabalhadores adicionam peças feitas por fabricantes contratados à estrutura de um veículo à medida que ele avança na linha. E, de facto, as cablagens estão entre os primeiros componentes adicionados ao veículo nascente, o que é tanto uma prova da sua importância para o produto acabado, como também explica como pode ser difícil aceder a alguns deles se necessitarem de manutenção posteriormente. .

O projeto de um chicote de fios começa da mesma forma que qualquer projeto de circuito complexo começa: com um esquema. Na maioria dos veículos modernos, praticamente tudo se comunica com um ou mais, talvez dezenas de módulos de controle eletrônico, espalhados pelo veículo para controlar tudo, desde o ponto de ignição e injeção de combustível até controles HVAC e configurações do sistema de infoentretenimento. Chicotes de fios devem ser projetados para cada ECM, para fornecer conexões de energia e dados para cada sensor e atuador, levando em consideração o dimensionamento do fio para a carga, fornecendo conexões de aterramento adequadas e garantindo que os conectores adequados sejam usados.

Embora o processo de projeto inicial de um chicote de fios possa usar ferramentas EDA mais ou menos padrão, eventualmente a representação esquemática bidimensional do chicote deve ser traduzida para a estrutura tridimensional do veículo. Para esse trabalho, são utilizadas ferramentas EDA e CAD mais especializadas. Um grande player neste mundo parece ser o CATIA da Dassault Systèmes, que possui as ferramentas necessárias não apenas para criar o esquema 2D, mas também para traduzi-lo no espaço 3D do chassi de um veículo. Essas ferramentas permitem ao projetista criar feixes de fios, adicionar conectores, definir ramificações do feixe principal, definir os caminhos sobre os quais cada feixe será colocado e procurar quaisquer contenções entre o chicote e o restante da estrutura do veículo. . Eles também permitem que o projetista especifique como os fios serão agrupados – envoltório de fita versus tear de arame, por exemplo – e onde e como o chicote será conectado ao veículo.