自動車用ワイヤーハーネスを構築する驚くべき手作業のプロセス

Oct 10, 2023

自動車時代のごく初期の頃から、乗用車とトラックは機械設計と電気設計のハイブリッドでした。 シリンダー内でピストンが上下にスライドするたびに、エンジンを作動させるために適切なタイミングで点火する必要がある点火プラグがあり、ブレーキ ペダルを踏むと同時にブレーキ ライトが点灯するようにする必要があります。油圧によってホイールローターがブレーキパッドの間に挟まれます。

電気接続がなければ、実用的な自動車を作ることは事実上不可能です。 電気が車両の燃料として選ばれるようになるずっと前から、車両システムの実行に必要なコンピューター、センサー、アクチュエーター、インジケーターを接続する配線は年々複雑になってきました。 自動車の配線と電子機器は、エンジンとフレームに次いで 3 番目に高価なコンポーネントであり、2010 年の 30% から 2030 年までには平均的な自動車コストの完全に半分が電気システムに固定されると推定されています。

これらすべての信号が確実に目的地に到達し、安全かつ信頼性の高い方法でそれを行うのが、現代の自動車のありとあらゆる領域を占有しているように見えるワイヤーの束である車両のワイヤー ハーネスの仕事です。 ワイヤー ハーネスの設計と製造は、特殊なソフトウェア、ある程度の自動化、そして驚くほどの人力に依存する複雑なプロセスです。

この記事のアイデアは、エリオット ウィリアムズとの会話、および自動車のワイヤー ハーネスを設計するソフトウェアを作成するエンジニアとの雑談の何気ない言及から生まれました。 最初に思ったのは、「そんなことをするソフトウェアがあるのか​​？」ということでした。 そのすぐ後に「もちろん、それを行うためのソフトウェアがあります!」が続きました。 現代の車両を動かすために必要な配線は、その場限りでできるものではありません。ワイヤー ハーネスは、電気的に課せられる要求に対処するために高度に設計されており、利用可能なスペースに収まるだけでなく、機械的にも設計されています。困難な環境条件下でおそらく数十年間使用された過酷な環境にも耐えられます。

ワイヤー ハーネスも別個のコンポーネントとして製造可能である必要があります。 自動車やトラックの製造は、最終組立プロセスのみとなりつつあり、そこでは契約製造業者が製造した部品を車両のフレームに追加してラインに送り出す作業が行われます。 実際、ワイヤー ハーネスは、誕生したばかりの車両に追加される最初のコンポーネントの 1 つであり、これは完成品に対するワイヤー ハーネスの重要性の証拠であると同時に、後で整備が必要になった場合に一部のワイヤー ハーネスにアクセスすることがいかに難しいかを説明しています。 。

ワイヤー ハーネスの設計は、複雑な回路設計とほぼ同じように、回路図から始まります。 最新の車両では、点火タイミングや燃料噴射から HVAC 制御やインフォテインメント システムの設定に至るまで、ほぼすべてのものが車両の周囲に点在するおそらく数十個の電子制御モジュールのうちの 1 つまたは複数と通信し、あらゆるものを制御します。 ワイヤー ハーネスは、負荷に合わせたワイヤーのサイズ設定、適切なアース接続の提供、適切なコネクタの使用の確認を考慮して、各センサーとアクチュエーターに電力とデータの接続を提供するために、ECM ごとに設計する必要があります。

ワイヤー ハーネスの初期設計プロセスでは多かれ少なかれ標準的な EDA ツールを使用できますが、最終的にはハーネスの 2 次元の概略図を車両の 3 次元構造に変換する必要があります。 この作業には、より専門化された EDA ツールと CAD ツールが使用されます。 この世界の主要なプレーヤーは、ダッソー・システムズの CATIA のようです。これには、2D 回路図を作成するだけでなく、それを車両シャーシの 3D 空間に変換するために必要なツールがあります。 これらのツールを使用すると、設計者はワイヤの束を作成し、コネクタを追加し、メインの束から分岐を定義し、各束が敷設されるパスを設定し、ハーネスと車両の残りの構造の間の競合を探すことができます。 。 また、設計者は、ワイヤーをどのように束ねるか (テープラップとワイヤー織機など)、ハーネスを車両のどこにどのように取り付けるかを指定することもできます。