Il processo sorprendentemente manuale di costruzione di cablaggi automobilistici

Fin dagli albori dell’era automobilistica, automobili e camion sono stati ibridi di progettazione meccanica ed elettrica. Per ogni pistone che scorre su e giù in un cilindro, c'è una candela che deve essere accesa al momento giusto per far funzionare il motore, ed è meglio che premendo il pedale del freno si accendano contemporaneamente le luci dei freni. la pressione idraulica pizzica i rotori delle ruote tra le pastiglie dei freni.

Senza collegamenti elettrici un autoveicolo utile è praticamente impossibile. Anche molto prima che l’elettricità iniziasse a diventare il carburante preferito per i veicoli, i cavi che collegano computer, sensori, attuatori e indicatori necessari per far funzionare i sistemi di un veicolo diventavano sempre più complicati di anno in anno. Dopo il motore e il telaio, il cablaggio e l’elettronica di un’auto rappresentano il terzo componente più costoso, e si stima che entro il 2030, circa la metà del costo medio di un veicolo sarà legato al suo sistema elettrico, rispetto al 30% nel 2010.

Assicurarsi che tutti questi segnali arrivino dove stanno andando, e farlo in modo sicuro e affidabile, è il compito dei cablaggi di un veicolo, i fasci di cavi che apparentemente occupano ogni area possibile di un'auto moderna. La progettazione e la produzione di cablaggi elettrici è un processo complesso che si basa su software specializzati, un certo grado di automazione e una sorprendente quantità di manodopera.

L'idea per questo articolo è nata da una conversazione che ho avuto con Elliot Williams e da un accenno disinvolto a una chiacchierata che ha avuto con un ingegnere che realizza software per progettare cablaggi per automobili. Il mio primo pensiero è stato: "Esiste un software per farlo?" che è stato subito seguito da "Certo che c'è un software per farlo!". Il cablaggio necessario per far funzionare un veicolo moderno non è qualcosa che può essere realizzato ad hoc: i cablaggi sono altamente ingegnerizzati, sia per gestire le richieste che verranno poste su di essi dal punto di vista elettrico, sia meccanicamente progettati non solo per adattarsi allo spazio disponibile ma per sopravvivere ai rigori di forse diversi decenni di utilizzo in condizioni ambientali difficili.

Anche i cablaggi elettrici devono essere fabbricabili come componenti separati. La produzione di automobili e camion è sempre più solo un processo di assemblaggio finale, in cui i lavoratori aggiungono parti realizzate da produttori a contratto al telaio di un veicolo mentre scorre lungo la linea. E infatti, i cablaggi elettrici sono tra i primissimi componenti aggiunti al nascente veicolo, il che dimostra la loro importanza per il prodotto finito e spiega quanto possa essere difficile accedere ad alcuni di essi se necessitano di manutenzione in seguito. .

La progettazione di un cablaggio inizia più o meno come inizia qualsiasi progettazione di circuiti complessi: con uno schema. Nella maggior parte dei veicoli moderni, praticamente tutto comunica con uno o più tra forse dozzine di moduli di controllo elettronici, sparsi nel veicolo per controllare tutto, dai tempi di accensione e iniezione di carburante ai controlli HVAC e alle impostazioni del sistema di infotainment. I cablaggi devono essere progettati per ciascun ECM, per fornire collegamenti di alimentazione e dati a ciascun sensore e attuatore, tenendo conto del dimensionamento del cavo per il carico, fornendo collegamenti di terra adeguati e assicurandosi che vengano utilizzati i connettori corretti.

Mentre il processo di progettazione iniziale di un cablaggio può utilizzare strumenti EDA più o meno standard, alla fine la rappresentazione schematica bidimensionale del cablaggio deve essere tradotta nella struttura tridimensionale del veicolo. Per questo lavoro vengono utilizzati strumenti EDA e CAD più specializzati. Un grande protagonista in questo mondo sembra essere CATIA di Dassault Systèmes, che dispone degli strumenti necessari non solo per creare lo schema 2D ma per tradurlo nello spazio 3D del telaio di un veicolo. Questi strumenti consentono al progettista di creare fasci di cavi, aggiungere connettori, definire diramazioni del fascio principale, impostare i percorsi su cui verrà posato ciascun fascio e cercare eventuali conflitti tra il cablaggio e il resto della struttura del veicolo. . Consentono inoltre al progettista di specificare come verranno raggruppati insieme i cavi (ad esempio, avvolgimento con nastro adesivo o telaio in filo metallico) e dove e come il cablaggio sarà collegato al veicolo.