O processo surpreendentemente manual de construção de chicotes elétricos automotivos

Mesmo desde os primeiros dias da era do automóvel, 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 pisar no pedal do freio é melhor fazer com que as luzes de freio acendam ao mesmo tempo pressão hidráulica aperta os rotores das rodas entre as pastilhas de freio.

Sem conexões elétricas, um veículo motorizado útil é uma impossibilidade prática. Mesmo 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 chassi, a fiação e a eletrônica de um carro são o terceiro componente mais caro, e estima-se que até 2030, metade do custo médio do veículo será bloqueado em seu sistema elétrico, acima dos 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 é um processo complexo que depende de software especializado, um certo grau de automação e uma quantidade surpreendente de mão-de-obra.

A ideia para este artigo veio de uma conversa que tive com Elliot Williams, e uma menção improvisada de uma conversa que ele teve com um engenheiro que faz software para projetar chicotes elétricos de automóveis. Meu primeiro pensamento foi: "Existe software para fazer isso?" que foi rapidamente seguido por "Claro que existe um software para fazer isso!". A fiação necessária para operar um veículo moderno não é algo que pode ser feito ad hoc - os chicotes elétricos 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 em condições ambientais desafiadoras.

Os chicotes de fios também devem ser fabricados como componentes separados. A fabricação de carros e caminhões é cada vez mais apenas um processo de montagem final, em que os trabalhadores adicionam peças feitas por fabricantes contratados à estrutura de um veículo enquanto ele segue pela linha. E, de fato, os chicotes elétricos estão entre os primeiros componentes adicionados ao veículo nascente, o que é uma evidência de sua importância para o produto acabado e explica como pode ser difícil acessar alguns deles se precisarem de manutenção posteriormente. .

O projeto de um chicote de fios começa praticamente 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 de talvez dezenas de módulos de controle eletrônico, espalhados pelo veículo para controlar tudo, desde o ponto de ignição e injeção de combustível até controles de HVAC e configurações do sistema de infoentretenimento. Os chicotes elétricos devem ser projetados para cada ECM, para fornecer energia e conexões de dados para cada sensor e atuador, considerando o dimensionamento do fio para a carga, fornecendo conexões de aterramento apropriadas e certificando-se de que os conectores apropriados 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 empregadas 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 para traduzi-lo no espaço 3D de um chassi de veículo. Essas ferramentas permitem que o projetista crie feixes de fios, adicione conectores, defina ramificações do feixe principal, defina os caminhos sobre os quais cada feixe será colocado e procure quaisquer contenções entre o chicote e o restante da estrutura do veículo. . Eles também permitem que o projetista especifique como os fios serão agrupados - fita adesiva versus tear de arame, por exemplo - e onde e como o chicote será conectado ao veículo.