电动汽车和混合动力车设计的风险最小化及挑战管理

出正确判断，为车辆选择符合要求的电池。

　　减少电磁干扰

　　在电动汽车和混合动力车中，高电压和电流切换的混合再加上低电平网络信号会带来较高的信号间交叉耦合风险，这会导致各种问题，如个别组件或整体系统出现故障。设计目标是尽量减少车内和辐射干扰。设计工程师还必须满足各种机构提出的严格标准，如国际标准化组织（International Organization for Standardization，简称 ISO）和美国汽车工程师学会（Society of Automotive Engineers，简称 SAE）。

　　当"能量辐射体"（能量源）找到通往以某种意外方式作出反应的"接收体"的"路径"之后，电磁干扰问题便产生了。一般来说，设计师只能对路径进行控制，因为能量源和接收体规格一般都是固定的以满足性能、重量和成本要求。

　　能量源和接收体设备的布局和间距会影响电磁干扰行为。设计周期之初的架构建立阶段，设计工程师可使用电气设计工具，根据针对具体设备的间距规则创建自定义间距限制。

　　Capital 等软件具有多种功能，可帮助减轻这些影响；其中大多数功能侧重于能量源和接收体之间的耦合路径或受电磁干扰影响的设备。合理布局是控制电磁干扰影响的有效途径。汽车工业研究协会 （MIRA） 最近发布的一份报告建议，尽可能拉近电子传动部件及其所控制的电机之间的距离。理想的接地设计方案也可有效控制电磁干扰。Capital 软件可提供支持基于规则的设备和接地布局的自动化功能，确保适用于所有车辆设计的最佳方案。

　　信号路由也可用于控制电磁干扰。有时，信号必须远离嘈杂区域或通过单独线束发送，以便能够阻止高低电压间的交叉耦合。架构开发阶段之初，Capital 可为基于规则的信号路由提供支持；而且随着实体设计不断完善，还可支持将信号分离编码输出至 3D MCAD 工具。诸多这样的功能最初用于航空设计，目前已被众多领先公司所采用。电气数据也可从一个工具输出至另一个工具，用于电磁干扰估测和模拟。

　　有时还需要屏蔽。尽管屏蔽是控制电磁干扰的有效方法，但成本很高；然而，Capital 等电气设计工具可对成本进行精确预估，让设计工程师能够在选出最佳方法之前进行一系列比较研究。

　　确保所有情况下的安全环境

　　电动汽车和混合动力车的高电压和电流可带来毁灭性的电击风险。接触高于 80V 的直流电可能致命。由于一些电动汽车和混合动力车的电压可达到 600V 直流电，因此必须考虑所有可能的安全情况并为之进行设计。

　　Capital 之类的工具可精确模拟故障引发的电力影响。例如，碰撞使接地系统发生故障，而且因为与直流电电压发生耦合使部分车体出现非常危险的通电情况。设计错误或意外的电路行为可能导致触电。采用故障模式与影响分析 （FMEA） 可精确确定并区分潜在故障模式的优先顺序。故障模式与影响分析工作一般比较耗时，而现在却可通过一些电气设计工具实现自动化。根据故障模式与影响分析的结果可更好地了解最重要的设计问题，并提供必要的反馈，这样设计工程师可通过修改设计进行纠正。

　　模拟也让设计人员能够预测设计错误的电力影响，如潜电路，开关和负荷以某种方式结合可导致某个电气功能的意外操作或故障，从而带来一系列后果——从驾驶者手足无措到车灯等关乎安全的重要功能的失灵等更严重的后果。

　　设计最佳架构

　　对于开发任何类型的电动汽车平台的汽车设计工程师而言，必须考虑很多配置并以最佳的方式进行组装。这就不可避免地产生了一些问题，例如：

　　• 电池可占用的空间有多大？如何充电？

　　• 电池是否应该"分置于"两个或更多位置？

　　• 哪种电机配置最适合车辆的预期用途？

　　由于电动汽车平台依然不太成熟，其中许多问题几乎没有公认的解决方案。

　　模拟工具可利用图形和数字报告，帮助评估采用不同设计方案的成本和重量。虚拟原型（而非实体模型）使设计工程师能够迅速建立需要运用不同解决方案的情况，以确定哪种方案重量更轻、使用的电线和组件更少等等。例如，通过模拟可比较单电池组部分混合动力车设计（电池组位于车尾）与双电池组设计（电池组位于车身和车头）（图2）。软件显示单电池组设计布线更少、重量更轻、成本更低、整体组件更少（图3）。

　　图2：上图：电池组位于车尾。下图：电池组位于车身和车头。

　　图3：经 Capital 分析得出，单电池组设计布线更少、重量更轻、成本更低、组件更少。

　　结论

设计电动汽车或混合动力车面临诸多挑战，需要开发全新的设计配置来寻找最佳方案。新模型开发所需的时间、成本和费用要求设计