專利名稱：用于預(yù)測(cè)電氣元件的老化特性的影響的方法和用于仿真此特性的仿真模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于預(yù)測(cè)電氣元件，特別是連接器元件的老化特性的 影響的方法，用于使用所述方法來(lái)計(jì)算老化特性的影響的計(jì)算機(jī)程序， 包括所述計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，以及用于仿真電氣元件的老 化特性的仿真模型。
背景技術(shù)：
通常，電連接器元件由兩個(gè)金屬表面組成，它們被壓在一起以使 電流能夠在它們之間浮動(dòng)(float)。即使連接器元件的絕對(duì)清潔的金屬 表面也不是理想地平的，而是表現(xiàn)出微觀觀察的隆起和凹入。當(dāng)將這 兩個(gè)金屬表面壓在一起時(shí)，不能在整個(gè)表面上獲得電氣接觸，而是只 能在表面不規(guī)則的相互達(dá)到的隆起(接觸點(diǎn))處建立接觸。
如果金屬表面不是絕對(duì)清潔 一 這是通常的情況，因?yàn)槲廴疚铩?氧化物等的表面膜 一 電子將只能在接觸力能擦去或劃破表面膜處通 過(guò)。這導(dǎo)致一定的接觸電阻。
數(shù)個(gè)老化機(jī)制隨時(shí)間改變了接觸情況。例如，由于機(jī)械松弛，接 觸力可降低且因此不再足以劃破或擦去表面膜。另一方面，分別由于 一般氧化和污染物的積聚，表面膜的厚度或氧化物/污染物的量可增加。
另一個(gè)問(wèn)題是接觸表面因?yàn)闊崤蛎浕蛘駝?dòng)而相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這導(dǎo)致摩 擦。由于磨損、疲勞破壞、塑性變形或磨擦腐蝕，摩擦轉(zhuǎn)而又導(dǎo)致接 觸表面退化。作為上述機(jī)制的結(jié)果，導(dǎo)電的接觸區(qū)域進(jìn)一步減少，這將導(dǎo)致接 觸電阻的增加。最終，退化的接觸變得不穩(wěn)定，帶有高的或波動(dòng)的接 觸電阻。
該不穩(wěn)定性轉(zhuǎn)而又對(duì)包括退化的連接器元件的系統(tǒng)、子系統(tǒng)或電 路有影響，這不僅可以導(dǎo)致例如錯(cuò)誤指示的故障，而且在最壞的情況 下可以導(dǎo)致系統(tǒng)、子系統(tǒng)或電路的完全失效。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于預(yù)測(cè)退化的連接器元件對(duì)系 統(tǒng)、子系統(tǒng)或電路的影響的方法。
此目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法、根據(jù)權(quán)利要求ll所述的計(jì) 算機(jī)程序、根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和根據(jù)權(quán)利要求14 所述的仿真模型來(lái)解決。
在工作接觸中，上述不穩(wěn)定性的結(jié)果可檢測(cè)為間歇或斷開的接觸、 溫度的升高、電磁輻射的增加等。
因此，本發(fā)明的方法使用至少一個(gè)電阻器元件和電壓源作為主元 件，用于仿真退化的連接器元件的不同的接觸電阻特性。將電壓源包 括在仿真模型自身內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)是電壓源可以用來(lái)模擬伽伐尼電壓
(galvanic voltage)或由于退化狀態(tài)而由接觸獲取的其他電壓。這樣的 電壓可以由腐蝕或其他退化狀態(tài)導(dǎo)致且可以對(duì)所傳遞的信號(hào)有顯著影 響。
基于所仿真的不同接觸電阻，所述方法可以計(jì)算退化的連接器元 件對(duì)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或電路的影響。這意味著可以設(shè)計(jì)針對(duì)連接器元件 老化的耐用電路。由于單獨(dú)地檢測(cè)電阻的增加可以是不穩(wěn)定的，因?yàn)楫?dāng)將接觸點(diǎn)移 動(dòng)到絕緣區(qū)域時(shí)移動(dòng)本身可以導(dǎo)致接觸電阻的迅速增加，然后當(dāng)將接 觸點(diǎn)進(jìn)一步移動(dòng)到導(dǎo)電區(qū)域時(shí)具有良好的導(dǎo)電，所以退化的連接器元 件對(duì)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或電路的影響的計(jì)算是必要的。
此外，由于接觸經(jīng)常設(shè)計(jì)為帶有數(shù)個(gè)并聯(lián)的連接器元件且每個(gè)連 接器元件包括數(shù)個(gè)接觸點(diǎn)(構(gòu)成了冗余系統(tǒng))的事實(shí)，所以電氣性能 不需要立即受退化機(jī)制影響。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的方法能預(yù)測(cè)退化的連接器元件對(duì)系 統(tǒng)或子系統(tǒng)的影響，這轉(zhuǎn)而又使例如使用者能夠區(qū)分由于例如移動(dòng)而 斷開的連接器和由于退化而斷開的連接器對(duì)系統(tǒng)的影響。
本發(fā)明的方法因此可以用來(lái)在系統(tǒng)級(jí)別上預(yù)測(cè)接觸退化的影響。 將本發(fā)明的方法在電路仿真內(nèi)合并數(shù)次，每次例如帶有其自身的參數(shù) 設(shè)定，提供了發(fā)現(xiàn)接觸退化對(duì)大型系統(tǒng)的功能性的綜合及相互作用的 影響的可能性。這樣的影響不能由從現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他方法預(yù)測(cè)。
優(yōu)選地，所述方法借助于至少一個(gè)可變調(diào)節(jié)的電阻器來(lái)執(zhí)行，其 仿真了電連接器元件的退化狀態(tài)。這意味著對(duì)于具有可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的選 定時(shí)間段，電阻可以增加。這仿真了不同的退化狀態(tài)。例如，略微增 加的電阻可以對(duì)應(yīng)于表面膜厚度的增加或污染物/氧化物的量的增加。 在種情況下，連接器元件仍閉合但連接電阻增加了，這也可以導(dǎo)致溫 度的升高。然而，此溫度升高可以不同于由斷開的連接器元件導(dǎo)致的 溫度升高，并因此對(duì)系統(tǒng)的影響不同。
在本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施例中，所述方法借助于用于仿真電感的 電感器元件，和/或用于仿真兩個(gè)接觸表面之間的電容的電容器元件， 和/或用于選擇兩個(gè)電阻器元件的一個(gè)的開關(guān)，和/或用于控制開關(guān)的脈 沖源來(lái)進(jìn)一步執(zhí)行。借助于這些元件，可以精細(xì)地調(diào)整對(duì)退化狀態(tài)的仿真。
進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述方法由計(jì)算機(jī)執(zhí)行，且如另一個(gè)實(shí)施例所 示，諸如電阻器或電感器的元件的特性實(shí)際上由相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序仿 真且可以由例如數(shù)/模設(shè)備轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。
在從屬權(quán)利要求中限定了進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)選實(shí)施例。


參考如下對(duì)附圖的詳細(xì)描述可更清楚地理解本發(fā)明。然而，描述 和附圖僅圖示了優(yōu)選實(shí)施例且并不意圖于將本發(fā)明限制于此。
圖l是用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的用于仿真退化的電連接器元件的方 法的第一優(yōu)選實(shí)施例的示意性仿真模型；并且
圖2是用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的用于仿真退化的電連接器元件的方 法的第二優(yōu)選實(shí)施例的示意性仿真模型。
具體實(shí)施例方式
圖l示意性地示出了用于執(zhí)行本發(fā)明的用于預(yù)測(cè)退化的電連接器 對(duì)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或電路的影響的方法的仿真模型的優(yōu)選實(shí)施例。
模型可以包含六個(gè)主要零件，其中可以使用所有六個(gè)或其有限集。 如圖1所示，該模型分別包含電壓源2以仿真伽伐尼電壓的特性，兩個(gè) 串聯(lián)電阻器4、 6以仿真連接器元件的特性，特別是在瞬間間斷(micro break)期間的串聯(lián)電阻和接觸電阻。該模型進(jìn)一步包括開關(guān)8以仿真瞬 間間斷的特性，電感器10以仿真電感，電容器12以仿真電容，和用于 控制開關(guān)的脈沖源14。
瞬間間斷是在連接器元件的連接中的短時(shí)中斷(short interruption)，它特別地由移動(dòng)導(dǎo)致，當(dāng)將接觸點(diǎn)移動(dòng)到絕緣區(qū)域時(shí)，這可以導(dǎo)致接觸電阻迅速升高，然后當(dāng)將接觸點(diǎn)進(jìn)一步移動(dòng)到導(dǎo)電區(qū) 域時(shí)具有良好的導(dǎo)電。連接器元件的此短時(shí)中斷或斷開狀態(tài)可能持續(xù) 十分之一微秒，但可以對(duì)系統(tǒng)有很大的影響，例如可以干擾數(shù)字通訊。
電壓源2仿真了恒壓源。所仿真的電壓源可以是對(duì)應(yīng)于在物理接觸 元件內(nèi)出現(xiàn)的伽伐尼電壓的參數(shù)化的電壓。伽伐尼電壓一般出現(xiàn)在兩 個(gè)金屬之間且其大小可以受接觸元件表面上的污染物或氧化物的增加/
降低量影響。
電阻器4、 6仿真了連接器元件中的典型電阻。該電阻被參數(shù)化以 能夠調(diào)節(jié)到物理接觸元件。在由于例如表面膜的厚度增加或由于磨損 引起的接觸表面的平面度的惡化而電阻增加的情況下，可以使用單個(gè) 電阻器4，該電阻適用于所增加/降低的連接器電阻。
在電阻器意圖仿真瞬間間斷的情況中，優(yōu)選的是具有不同電阻的 至少兩個(gè)電阻器。如圖1所示，進(jìn)一步存在開關(guān)8，用于選擇電阻器4或 6。通過(guò)在兩個(gè)電阻器4和6之間切換且因此在兩個(gè)電阻大小之間切換， 可以仿真連接器的良好連接的狀態(tài)和幾乎斷開的狀態(tài)。該良好連接由 非常低的電阻來(lái)仿真。也可以由在無(wú)電阻器(非常良好的連接)的無(wú) 電阻狀態(tài)和有電阻狀態(tài)之間切換的單個(gè)電阻器來(lái)仿真瞬間間斷。然而， 由于閉合連接的仿真的無(wú)電阻不可調(diào)節(jié)，此仿真模型未考慮由于連接 元件的老化引起的連接惡化。
開關(guān)8可以由脈沖源14控制，其可以是隨機(jī)的、周期的或具有任何 其他類型的相關(guān)定時(shí)特性。脈沖源14可以是自治元件或可以被包括在 執(zhí)行用于控制仿真的程序的計(jì)算機(jī)中。
也可能將電阻器和開關(guān)結(jié)合成晶體管。
電感器10仿真了連接器元件中的串聯(lián)電感，且電容器12仿真了連接器的兩個(gè)接觸表面之間的電容。
也可能將仿真模型擴(kuò)展到電阻器4和/或6的熱特性，考慮仿真模型 元件隨所增加的溫度的材料特性。
此外，圖l的模型包括用于將模型連接到例如車輛或電路的系統(tǒng)的 連接點(diǎn)16，應(yīng)當(dāng)仿真退化的連接器元件對(duì)該系統(tǒng)的影響。圖l中的連接
點(diǎn)18提供了接地連接。
圖2示出了用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的用于仿真退化的電連接器元件
的方法的第二優(yōu)選實(shí)施例的示意性仿真模型。仿真模型示出了到另外
的電路的連接點(diǎn)20。該另外的電路可以例如是通信系統(tǒng)或傳感器系統(tǒng)。 在非常優(yōu)選的實(shí)施例中，連接點(diǎn)20提供了到直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳 感器的連接。其它之處，圖2中的仿真模型與圖1的仿真模型相同。因 此，在圖2中的其他附圖標(biāo)記與圖1中的附圖標(biāo)記具有相同的含義。
根據(jù)所仿真的物理連接器元件及其環(huán)境，可以省略仿真模型的一 個(gè)或數(shù)個(gè)零件。另一方面，可以優(yōu)選地將多個(gè)仿真模型元件串聯(lián)或并 聯(lián)連接，以便仿真在多元件連接器中的丟失冗余(lost redundancy)的 影響。這可以通過(guò)使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
仿真模型的控制和/或所仿真的退化連接器元件的影響的計(jì)算可 以由計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行。也可以優(yōu)選地使用實(shí)際上仿真了仿真模型的一 個(gè)或多個(gè)元件的計(jì)算機(jī)程序。
權(quán)利要求
1. 一種用于預(yù)測(cè)電氣元件、特別是連接器元件的老化特性的影響的方法，其特征在于，所述方法借助于至少一個(gè)電阻器元件和電壓源來(lái)仿真由所述連接器元件的老化導(dǎo)致的退化狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述方法基于所仿真的退化狀態(tài)來(lái)計(jì)算所述連接器元件的所述退 化狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)、子系統(tǒng)和/或電路的影響。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述電阻器元件是可變的 且仿真所述連接器元件中的串聯(lián)電阻。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)一步 所述方法通過(guò)以下項(xiàng)來(lái)仿真所述連接器元件的所述退化狀態(tài)*用于仿真所述連接器元件中的串聯(lián)電感的電感器元件，和/或 *用于仿真所述連接器元件的兩個(gè)連接表面之間的電容的電容 器元件，和/或*選擇電阻元件的開關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述至少一個(gè)電阻器元件和所述開關(guān)設(shè)計(jì)為一個(gè)元件，優(yōu)選為晶 體管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中進(jìn)一步 所述方法借助于用于控制所述開關(guān)的脈沖源來(lái)仿真所述連接器元件的所述退化狀態(tài)，其中所述脈沖源具有隨機(jī)的、周期性的或其他定 時(shí)特性。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述電阻器元件進(jìn)一步仿真所述連接器元件和/或所述指示器元 件和/或所述電容器元件的熱特性。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述連接器元件的仿真的退化狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述連接器元件的老化 機(jī)制，特別是機(jī)械松弛、表面膜、氧化物、污染物、 一般腐蝕、塑性 變形、磨擦腐蝕、疲勞破壞、不同的熱膨脹和/或振動(dòng)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中 所述方法由計(jì)算機(jī)執(zhí)行。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中用于執(zhí)行所述方法的至少一個(gè)元件是相應(yīng)的物理元件的虛擬模型。
11. 一種在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，用于通過(guò)使用根據(jù)權(quán)利 要求1至10的任一項(xiàng)所述的方法來(lái)預(yù)測(cè)退化的連接器元件的影響。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的計(jì)算機(jī)程序，其中 所述計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
13. —種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括用于使用根據(jù)權(quán)利要求1至10的任 一項(xiàng)所述的方法來(lái)預(yù)測(cè)退化的連接器元件的影響的計(jì)算機(jī)程序。
14. 用于仿真電氣元件的老化特性的仿真模型，包括至少一個(gè)電 阻器元件和電壓源，其特征在于，所述電氣元件是連接器元件，并且調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)電阻器元件以仿真由所述連接器元件的老化導(dǎo) 致的退化狀態(tài)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的模型，進(jìn)一步包括 用于仿真所述連接器元件中的電感的電感器元件，和/或用于仿真所述連接器元件的兩個(gè)連接表面之間的電容的電容器元 件，和/或選擇電阻元件的開關(guān)，和/或用于控制所述開關(guān)的脈沖源，其中所述脈沖源具有隨機(jī)的、周期 性的或其他定時(shí)特性。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的模型，其中所述電阻器元件和所述開關(guān)是一個(gè)元件，優(yōu)選為晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于預(yù)測(cè)連接器元件的老化特性的影響的方法，其借助于至少一個(gè)電阻器元件和電壓源、以及執(zhí)行所述方法的計(jì)算機(jī)程序、包括所述計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、和用于仿真退化的連接器元件的仿真模型來(lái)仿真由連接器元件的老化導(dǎo)致的退化狀態(tài)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101427289SQ200780013992
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者拉爾斯·馬特松, 艾勒特·約翰遜 申請(qǐng)人:沃爾沃技術(shù)公司