Desafíos comunes en la ingeniería de diseño para transporte

La electrónica vehicular es un aspecto importante de la ingeniería de diseño para transporte. Autobuses, camiones, motocicletas y, por supuesto, coches, todos tienen múltiples componentes que interactúan concurrentemente para proporcionar datos y potencia a lo largo de cualquier vehículo. Los vehículos modernos usan datos en tiempo real para operar y funcionar correctamente. Estos sistemas incluyen dirección, frenado, HVAC, gestión del motor y mucho más. Diseñar para estos sistemas requiere gran atención al detalle, ya que muchos desarrolladores tienen formas concurrentes de ingeniería que requieren múltiples partes para diseñar y fabricar componentes por separado. Veamos algunas de las operaciones con las que un ingeniero automotriz debe lidiar al configurar y diseñar la colocación electrónica y cómo esto puede mejorarse.

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Visión general de la electrónica interior y exterior

El sistema eléctrico automotriz externo se relaciona generalmente con dos tipos. Hay sistemas dedicados a la funcionalidad y los de seguridad. Los sistemas de funcionalidad son los que permiten que el vehículo funcione correctamente durante la conducción.

• Sistema de encendido (bobina de encendido, paquetes de bobinas, bujías y cables)

• Gestión del motor (inyección de combustible, sistema de refrigeración, control del acelerador, etc.)

• Electrónica de transmisión (cambio automático de marchas)

• Electrónica del chasis (ABS, TCS, EBD, ESP)

• Electrónica de asistencia al conductor (limpiaparabrisas, espejos ajustables, luces indicadoras)

Los vehículos modernos tienen un sensor para todo, desde la presión de los neumáticos hasta el voltaje de la batería. La electrónica interna suele ser para confort del pasajero, asistencia a la conducción y entretenimiento. La radio, controles de HVAC, salpicadero y mandos del conductor se incluyen en esta categoría. Si alguien ha conducido un vehículo, estos componentes le resultarán familiares. La historia corta es que la era de los sistemas mecánicos se está convirtiendo en un cuento lejano y los vehículos modernos requieren un gran esfuerzo para hacer que estos sistemas electrónicos funcionen correctamente. Veamos algunos de los problemas que enfrentan ingenieros y fabricantes al conectar estos dispositivos.

Espacio y holgura limitados

Con el auge de vehículos de bajo consumo, la demanda de vehículos ligeros y de alto rendimiento en consumo de combustible está en aumento. Las empresas son cada vez más competitivas en tener vehículos ligeros que requieren mínima demanda de combustible. Esto suele significar que los componentes y estructuras del vehículo se vuelven más compactos y el espacio interno para la colocación de componentes se ve limitado.

Los sistemas electrónicos se colocan basándose en una ubicación estándar (luces, limpiaparabrisas) o en la disponibilidad de una ubicación (baterías y cajas de relés). Estos sistemas deben operar concurrentemente, o independientemente, y están conectados a otros a través de una fuente de alimentación común. Tener cables recorriendo la totalidad del vehículo es común y puede resultar desafiante para los ingenieros eléctricos.

En un sentido práctico, existen cuatro tipos comunes de problemas de holgura para el cableado.

• Holgura para instalación

• Holgura para cableado

• Holgura para operación

• Holgura para servicio

Profundicemos un poco en las holguras que se encuentran en vehículos modernos y las preguntas que deben hacerse al diseñar para ellas.

Holgura para instalación

Se reduce a una cuestión de espacio. ¿Hay suficiente espacio para el componente donde se desea colocar? ¿Hay obstrucciones? ¿Pueden las puertas, capó y otros cuerpos móviles operar a través de su rango de movimiento diseñado, sin interferencias? ¿Los componentes tienen que instalarse antes o después de otro para evitar interferencias durante la instalación?

Holgura para cableado

Una vez instalado el componente, ¿puede llegar el cableado asociado a él? ¿Hay suficiente espacio para los conectores de cableado? ¿Hay suficiente espacio para realizar mantenimiento? ¿Hay espacio para el mazo de cables después de instalar los conectores? ¿Hay espacio para las curvas del mazo de cables?

Holgura para operación

Si el componente es un interruptor o perilla, ¿se puede alcanzar desde una posición normal de conducción? ¿Causarán componentes adyacentes interferencias al intentar operar dicho componente? ¿Se puede operar cuando el conductor lleva guantes? ¿Las operaciones de componentes interfieren con otros?

Holgura para servicio

Si un componente falla eventualmente, ¿es posible reemplazarlo? ¿Hay espacio alrededor del componente para hacer ajustes? ¿Hay espacio para desconectar los conectores de cables para pruebas?

La holgura necesita consideración

Hay mucho pensamiento al designar la ubicación de conectores y mazos de cables. Asegurar que la colocación no interfiera con otros diseños es importante, así como la funcionalidad del dispositivo. La capacidad de servicio, mantenimiento e interacción personal tienen su lugar en la ubicación del componente.

Impacto ambiental

Los vehículos generan grandes cantidades de calor y pueden dañar cables y componentes si no se tiene cuidado durante el diseño de colocación. No es novedad que un vehículo debe funcionar con la ayuda del sistema de gestión del motor bajo el capó. Sensores para frenos, suspensión y transmisión experimentan una inmensa cantidad de movimiento que puede romper cables y componentes con carga mínima. Diseñar sistemas para acomodar estos escenarios es crucial para mantener el sistema intacto.

Generación térmica del motor

El calor generado por el motor puede derretir aislamiento y conectores plásticos en segundos con contacto directo. La temperatura de un motor puede superar fácilmente la temperatura de fusión de conectores plásticos. Diseñar la ubicación de componentes a una distancia segura del motor es crucial, especialmente porque el espacio de cableado es limitado bajo el capó. La ubicación de montaje para conectores necesita existir casi en un estado semi-estático. Donde el movimiento del cableado está limitado por bridas de sujeción instaladas en componentes o ubicaciones que experimentan mínima transferencia de calor del motor.

Fallo de componentes por movimiento mecánico

"Las ruedas del autobús giran y giran", esta frase no es simplemente una línea de una canción infantil, sino que tiene verdadero mérito en el movimiento rotacional producido por las ruedas del vehículo. Los sensores se posicionan cerca o dentro del aro de la rueda para determinar la velocidad rotacional que informa al conductor de la velocidad del vehículo. Estos pequeños dispositivos frágiles necesitan posicionarse para evitar colisiones y causar daño al sensor.

Los sistemas de amortiguación solían ser puramente mecánicos y funcionaban sin necesidad de asistencia electrónica. Hoy, los sistemas muelle-amortiguador utilizan retroalimentación dinámica de las condiciones de la carretera que los sensores del vehículo monitorizan y cambian el amortiguamiento según ajustes personales y condiciones de conducción. El sistema de amortiguación requiere un gran rango de recorrido para que los componentes y el cableado se muevan. Longitud de cable adecuada, interferencia de piezas y diseño de calidad son requeridos para mantener la integridad del sistema y evitar componentes dañados.

¿Cómo podemos facilitar esto a los ingenieros?

Zuken está a la vanguardia del mercado automotriz en desarrollo e integración de componentes vehiculares, desde ingeniería eléctrica hasta mecánica. E3.series es una plataforma de ingeniería que ofrece funciones que fusionan las dos disciplinas en un programa común. Integrar el diseño mecánico vehicular con sistemas eléctricos para producir un modelo con lo mejor de ambos mundos. El proceso de diseño automatizado ayuda en el diseño y modelado de mejores vehículos. Los proyectos de diseño contienen datos desde esquemático hasta creación de mazos, lista de materiales y formato de producción. La arquitectura orientada a objetos instantánea asegura que todos los elementos de diseño, atributos y cambios se reflejen inmediatamente hasta producción.

E3.Cable: Diseño y documentación

E3.cable se usa para diseñar y documentar planes de cables y distribuciones de mazos. Conductores individuales se combinan en el diseño para desarrollar nuevos cables y mazos. Estructuras de apantallamiento y pares trenzados pueden añadirse a los cables y reportarse automáticamente en el diseño esquemático.

E3.3D Routing Bridge

Para lograr el mejor diseño, Zuken ha desarrollado enlaces entre E3.series y todos los principales proveedores de MCAD (CAD mecánico), permitiendo la creación de modelos de diseño totalmente integrados. Usando E3.3D Routing Bridge, la información esquemática y de conexiones de E3.series puede interfaciarse con todos los principales sistemas MCAD. Funciones que incluyen:

• Transferir información de componentes a MCAD (conectores, pines, empalmes)

• Transferir datos hacia/desde MCAD

• Comprobar colisiones o detección de interferencias en MCAD

• Comprobar radio de curvatura de cables

• Calcular automáticamente longitud de cables y segmentos en MCAD

• Creación automática de documentación de fabricación en E3.Formboard

No es necesario cambiar su plataforma actual de modelado sólido, ya que se puede integrar fácilmente con:

• CATIA V5

• SolidWorks

• PTC Creo (Pro/Engineering)

• Autodesk Inventor

• Siemens NX

• Solid Edge

• NX I-deas

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El sistema eléctrico vehicular necesita una profunda consideración al diseñar y desarrollar para fabricación. Dar los pasos para comprender adecuadamente los pros y contras de la colocación de dispositivos y cableado ayudará a determinar el éxito futuro del proyecto. Tener las mejores herramientas disponibles para que sus ingenieros las usen siempre es una ventaja y desarrollar la mejor calidad para consumidores es siempre el objetivo principal.

¿Ha sido un problema el tendido de cableado a través de su diseño? Ingrese un comentario sobre los problemas que tuvo que enfrentar.

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