用于预测电气元件的老化特性的影响的方法和用于仿真此特性的仿真模型

摘要

本发明公开了用于预测连接器元件的老化特性的影响的方法，其借助于至少一个电阻器元件和电压源、以及执行所述方法的计算机程序、包括所述计算机程序的计算机可读介质、和用于仿真退化的连接器元件的仿真模型来仿真由连接器元件的老化导致的退化状态。

说明书

技术领域

本发明涉及用于预测电气元件，特别是连接器元件的老化特性的影响的方法，用于使用所述方法来计算老化特性的影响的计算机程序，包括所述计算机程序的计算机可读介质，以及用于仿真电气元件的老化特性的仿真模型。

背景技术

通常，电连接器元件由两个金属表面组成，它们被压在一起以使电流能够在它们之间浮动(float)。即使连接器元件的绝对清洁的金属表面也不是理想地平的，而是表现出微观观察的隆起和凹入。当将这两个金属表面压在一起时，不能在整个表面上获得电气接触，而是只能在表面不规则的相互达到的隆起(接触点)处建立接触。

如果金属表面不是绝对清洁—这是通常的情况，因为污染物、氧化物等的表面膜—电子将只能在接触力能擦去或划破表面膜处通过。这导致一定的接触电阻。

数个老化机制随时间改变了接触情况。例如，由于机械松弛，接触力可降低且因此不再足以划破或擦去表面膜。另一方面，分别由于一般氧化和污染物的积聚，表面膜的厚度或氧化物/污染物的量可增加。

另一个问题是接触表面因为热膨胀或振动而相对运动，这导致摩擦。由于磨损、疲劳破坏、塑性变形或磨擦腐蚀，摩擦转而又导致接触表面退化。

作为上述机制的结果，导电的接触区域进一步减少，这将导致接触电阻的增加。最终，退化的接触变得不稳定，带有高的或波动的接触电阻。

该不稳定性转而又对包括退化的连接器元件的系统、子系统或电路有影响，这不仅可以导致例如错误指示的故障，而且在最坏的情况下可以导致系统、子系统或电路的完全失效。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于预测退化的连接器元件对系统、子系统或电路的影响的方法。

此目的通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求11所述的计算机程序、根据权利要求13所述的计算机可读介质和根据权利要求14所述的仿真模型来解决。

在工作接触中，上述不稳定性的结果可检测为间歇或断开的接触、温度的升高、电磁辐射的增加等。

因此，本发明的方法使用至少一个电阻器元件和电压源作为主元件，用于仿真退化的连接器元件的不同的接触电阻特性。将电压源包括在仿真模型自身内的优点是：电压源可以用来模拟伽伐尼电压(galvanic voltage)或由于退化状态而由接触获取的其他电压。这样的电压可以由腐蚀或其他退化状态导致且可以对所传递的信号有显著影响。

基于所仿真的不同接触电阻，所述方法可以计算退化的连接器元件对系统、子系统或电路的影响。这意味着可以设计针对连接器元件老化的耐用电路。

由于单独地检测电阻的增加可以是不稳定的，因为当将接触点移动到绝缘区域时移动本身可以导致接触电阻的迅速增加，然后当将接触点进一步移动到导电区域时具有良好的导电，所以退化的连接器元件对系统、子系统或电路的影响的计算是必要的。

此外，由于接触经常设计为带有数个并联的连接器元件且每个连接器元件包括数个接触点(构成了冗余系统)的事实，所以电气性能不需要立即受退化机制影响。

本发明的主要优点是本发明的方法能预测退化的连接器元件对系统或子系统的影响，这转而又使例如使用者能够区分由于例如移动而断开的连接器和由于退化而断开的连接器对系统的影响。

本发明的方法因此可以用来在系统级别上预测接触退化的影响。将本发明的方法在电路仿真内合并数次，每次例如带有其自身的参数设定，提供了发现接触退化对大型系统的功能性的综合及相互作用的影响的可能性。这样的影响不能由从现有技术中已知的其他方法预测。

优选地，所述方法借助于至少一个可变调节的电阻器来执行，其仿真了电连接器元件的退化状态。这意味着对于具有可调节长度的选定时间段，电阻可以增加。这仿真了不同的退化状态。例如，略微增加的电阻可以对应于表面膜厚度的增加或污染物/氧化物的量的增加。在种情况下，连接器元件仍闭合但连接电阻增加了，这也可以导致温度的升高。然而，此温度升高可以不同于由断开的连接器元件导致的温度升高，并因此对系统的影响不同。

在本发明的其他优选实施例中，所述方法借助于用于仿真电感的电感器元件，和/或用于仿真两个接触表面之间的电容的电容器元件，和/或用于选择两个电阻器元件的一个的开关，和/或用于控制开关的脉冲源来进一步执行。借助于这些元件，可以精细地调整对退化状态的仿真。

进一步优选的是，所述方法由计算机执行，且如另一个实施例所示，诸如电阻器或电感器的元件的特性实际上由相应的计算机程序仿真且可以由例如数/模设备转换为模拟信号。

在从属权利要求中限定了进一步的优点和优选实施例。

附图说明

参考如下对附图的详细描述可更清楚地理解本发明。然而，描述和附图仅图示了优选实施例且并不意图于将本发明限制于此。

图1是用于实施根据本发明的用于仿真退化的电连接器元件的方法的第一优选实施例的示意性仿真模型；并且

图2是用于实施根据本发明的用于仿真退化的电连接器元件的方法的第二优选实施例的示意性仿真模型。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于执行本发明的用于预测退化的电连接器对系统、子系统或电路的影响的方法的仿真模型的优选实施例。

模型可以包含六个主要零件，其中可以使用所有六个或其有限集。如图1所示，该模型分别包含电压源2以仿真伽伐尼电压的特性，两个串联电阻器4、6以仿真连接器元件的特性，特别是在瞬间间断(microbreak)期间的串联电阻和接触电阻。该模型进一步包括开关8以仿真瞬间间断的特性，电感器10以仿真电感，电容器12以仿真电容，和用于控制开关的脉冲源14。

瞬间间断是在连接器元件的连接中的短时中断(shortinterruption)，它特别地由移动导致，当将接触点移动到绝缘区域时，这可以导致接触电阻迅速升高，然后当将接触点进一步移动到导电区域时具有良好的导电。连接器元件的此短时中断或断开状态可能持续十分之一微秒，但可以对系统有很大的影响，例如可以干扰数字通讯。

电压源2仿真了恒压源。所仿真的电压源可以是对应于在物理接触元件内出现的伽伐尼电压的参数化的电压。伽伐尼电压一般出现在两个金属之间且其大小可以受接触元件表面上的污染物或氧化物的增加/降低量影响。

电阻器4、6仿真了连接器元件中的典型电阻。该电阻被参数化以能够调节到物理接触元件。在由于例如表面膜的厚度增加或由于磨损引起的接触表面的平面度的恶化而电阻增加的情况下，可以使用单个电阻器4，该电阻适用于所增加/降低的连接器电阻。

在电阻器意图仿真瞬间间断的情况中，优选的是具有不同电阻的至少两个电阻器。如图1所示，进一步存在开关8，用于选择电阻器4或6。通过在两个电阻器4和6之间切换且因此在两个电阻大小之间切换，可以仿真连接器的良好连接的状态和几乎断开的状态。该良好连接由非常低的电阻来仿真。也可以由在无电阻器(非常良好的连接)的无电阻状态和有电阻状态之间切换的单个电阻器来仿真瞬间间断。然而，由于闭合连接的仿真的无电阻不可调节，此仿真模型未考虑由于连接元件的老化引起的连接恶化。

开关8可以由脉冲源14控制，其可以是随机的、周期的或具有任何其他类型的相关定时特性。脉冲源14可以是自治元件或可以被包括在执行用于控制仿真的程序的计算机中。

也可能将电阻器和开关结合成晶体管。

电感器10仿真了连接器元件中的串联电感，且电容器12仿真了连接器的两个接触表面之间的电容。

也可能将仿真模型扩展到电阻器4和/或6的热特性，考虑仿真模型元件随所增加的温度的材料特性。

此外，图1的模型包括用于将模型连接到例如车辆或电路的系统的连接点16，应当仿真退化的连接器元件对该系统的影响。图1中的连接点18提供了接地连接。

图2示出了用于实施根据本发明的用于仿真退化的电连接器元件的方法的第二优选实施例的示意性仿真模型。仿真模型示出了到另外的电路的连接点20。该另外的电路可以例如是通信系统或传感器系统。在非常优选的实施例中，连接点20提供了到直接安装在发动机上的传感器的连接。其它之处，图2中的仿真模型与图1的仿真模型相同。因此，在图2中的其他附图标记与图1中的附图标记具有相同的含义。

根据所仿真的物理连接器元件及其环境，可以省略仿真模型的一个或数个零件。另一方面，可以优选地将多个仿真模型元件串联或并联连接，以便仿真在多元件连接器中的丢失冗余(lost redundancy)的影响。这可以通过使用统计学方法来实现。

仿真模型的控制和/或所仿真的退化连接器元件的影响的计算可以由计算机程序执行。也可以优选地使用实际上仿真了仿真模型的一个或多个元件的计算机程序。