印刷电路板振动性能的优化方法、系统及电子设备与流程

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其是涉及一种印刷电路板振动性能的优化方法、系统及电子设备。

背景技术：

新能源汽车中的车载充电机作为充电设备，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力。随着新能源汽车技术的发展，车载充电机也进入高功率、小型化的发展趋势。受到共振的影响，在车载充电机的pcb(printedcircuitboardassembly，印刷电路板)中通常会使用紧固螺丝来满足振动性能的需求。但由于车载充电机的小型化，紧固螺丝的组装空间有限，能够提供螺丝空间的区域也在缩小，难以在车载充电机小型化的前提下来进一步提升振动性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种印刷电路板振动性能的优化方法、系统及电子设备，通过使用阻尼器件来提升印刷电路板的振动性能，能够减少车载充电机印刷电路板中的紧固螺丝使用数量，节省了组装空间；在车载充电机小型化的前提下进一步提高振动性能；同时，阻尼器件的安装过程不需要电批进行组装，能够提高印刷电路板的组装效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种印刷电路板振动性能的优化方法，该方法用于车载充电机中印刷电路板的装配过程，包括：

获取印刷电路板的属性数据；

根据印刷电路板的属性数据对印刷电路板进行模态分析，确定印刷电路板中各部件的共振频率；

将共振频率低于预设频率阈值的部件的位置确定为待优化区域；

在待优化区域上安装至少一个阻尼器件后，对印刷电路板进行模态分析，直至待优化区域的共振频率大于预设频率阈值。

在一些实施方式中，根据印刷电路板的属性数据对印刷电路板进行模态分析，确定印刷电路板中各部件的共振频率的步骤，包括：

将印刷电路板的属性数据输入至预设的有限元分析模型；

利用有限元分析模型对印刷电路板的属性数据进行模态分析，确定印刷电路板中各部件的多阶模态下的共振频率。

在一些实施方式中，多阶模态至少为6阶模态。

在一些实施方式中，在待优化区域上安装至少一个阻尼器件后，方法还包括：

若待优化区域中包含已安装的加密螺丝，则去除加密螺丝。

在一些实施方式中，将共振频率低于预设频率阈值的部件的位置确定为待优化区域的步骤，包括：

若包含多个共振频率低于预设频率阈值的部件，根据多个部件的位置确定多个部件之间的距离；

获取距离满足预设距离阈值的多个部件的位置，根据多个部件的位置确定待优化区域。

在一些实施方式中，阻尼器件为：橡胶垫和/或导热胶片组成的绝缘弹性器件。

在一些实施方式中，预设频率阈值为车载充电机的最低共振频率；其中，最低共振频率不低于250hz。

第二方面，本发明实施例提供了一种印刷电路板振动性能的优化系统，该系统用于车载充电机中印刷电路板的装配过程，系统包括：

属性数据获取模块，用于获取印刷电路板的属性数据；

共振频率确定模块，用于根据印刷电路板的属性数据对印刷电路板进行模态分析，确定印刷电路板中各部件的共振频率；

待优化区域确定模块，用于将共振频率低于预设频率阈值的部件的位置确定为待优化区域；

共振频率优化模块，用于在待优化区域上安装至少一个阻尼器件后，对印刷电路板进行模态分析，直至待优化区域的共振频率大于预设频率阈值。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时实现上述第一方面提到的印刷电路板振动性能的优化方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，程序代码使处理器执行上述第一方面提到的印刷电路板振动性能的优化方法的步骤。

本发明实施例带来了至少以下有益效果：

本发明提供了一种印刷电路板振动性能的优化方法、系统及电子设备，该方法用于车载充电机中印刷电路板的装配过程，该方法首先获取印刷电路板的属性数据；然后根据印刷电路板的属性数据对印刷电路板进行模态分析，确定印刷电路板中各部件的共振频率；再将共振频率低于预设频率阈值的部件的位置确定为待优化区域；并在待优化区域上安装至少一个阻尼器件后对印刷电路板进行模态分析，直至待优化区域的共振频率大于预设频率阈值。该方法利用阻尼器件来提升印刷电路板的振动性能，能够减少车载充电机印刷电路板中的紧固螺丝使用数量，节省了组装空间；在车载充电机小型化的前提下进一步提高振动性能；同时，阻尼器件的安装过程不需要电批进行组装，能够提高印刷电路板的组装效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义的确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种印刷电路板振动性能的优化方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种印刷电路板振动性能的优化方法中步骤s102的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种印刷电路板振动性能的优化方法中步骤s103的流程图；

图4为本发明实施例提供的优化前的印刷电路板的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的优化后的印刷电路板的结构示意图；

图6为本发明实施例提供印刷电路板的前六阶模态固有频率对比图；

图7为本发明实施例提供一种印刷电路板振动性能的优化系统的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

图标：

710-属性数据获取模块；720-共振频率确定模块；730-待优化区域确定模块；740-共振频率优化模块；101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

新能源汽车中的车载充电机作为充电设备，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力，随着新能源汽车技术的发展，车载充电机也进入高功率、小型化的发展趋势。受到共振的影响，在车载充电机的印刷电路板中通常会使用紧固螺丝来满足振动性能的需求。但由于车载充电机的小型化，紧固螺丝的组装空间有限，导致紧固螺丝的数量也逐渐减少，车载充电机的印刷电路板的振动性能难以提升。

同时，螺丝将印刷电路板紧固在车载充电机的金属壳体上，而螺丝属于接地端，需与高压器件保持一定的安全距离，即高压器件的高压端与接地端需保持一定的空间距离，以防止高压击穿造成车体带电，进而危害人身安全。可见，螺丝在实际使用时需要考虑的安全距离也逐渐成为车载充电机小型化发展瓶颈。

基于此，本发明实施例提供的一种印刷电路板振动性能的优化方法、系统及电子设备，通过使用阻尼器件来提升印刷电路板的振动性能，能够减少车载充电机印刷电路板中的紧固螺丝使用数量，节省了组装空间；在车载充电机小型化的前提下进一步提高振动性能；同时，阻尼器件的安装过程不需要电批进行组装，能够提高印刷电路板的组装效率。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种印刷电路板振动性能的优化方法进行详细介绍。

参见图1所示的一种印刷电路板振动性能的优化方法流程图，该方法用于车载充电机中印刷电路板的装配过程，包括：

步骤s101，获取印刷电路板的属性数据。

印刷电路板的属性数据作为模态分析的输入数据，这些属性数据包括电路板器件连接关系参数、频率参数、阻尼参数等，通过这些参数能够描述印刷电路板的固有特性，如频率、阻尼和振型。由于该方法最终用于提升印刷电路板的振动性能，因此该步骤中的印刷电路板的属性数据主要表征印刷电路板的动力学参数，与电气相关的属性数据无关。

步骤s102，根据印刷电路板的属性数据对印刷电路板进行模态分析，确定印刷电路板中各部件的共振频率。

由于印刷电路板的属性数据中包含印刷电路板的动力学数据，因此可用于对其进行模态分析。模态分析是应用在工程振动领域中用来研究结构动力特性的一种方法，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。分析这些模态参数的过程称为模态分析。

模态分析获取的是共振频率和振动形态，简单地说模态分析是一种分析方法，是根据结构的动力学属性去描述结构的过程。模态分析的具体实现过程可通过相关分析程序、分析算法来进行，通过相关分析程序和分析算法最终确定印刷电路板中各部件的共振频率。

步骤s103，将共振频率低于预设频率阈值的部件的位置确定为待优化区域。

共振频率一般包含多个固有频率，固有频率低时对应的模态为低阶模态。由于低阶模态的共振频率较低，更容易受到外界激励引起的共振，因此获取低阶模态的共振频率就至关重要，低阶模态的获取是通过与预设频率阈值进行对比获得。预设频率阈值时与印刷电路板的特性以及车载充电机的参数有关，例如预设频率阈值为250hz，当模态分析得到的共振频率低于250hz时，就将其对应的模态作为低阶模态，并将该模态下对应的印刷电路板中的部件的位置确定为待优化区域。

步骤s104，在待优化区域上安装至少一个阻尼器件后，对印刷电路板进行模态分析，直至待优化区域的共振频率大于预设频率阈值。

待优化区域表征了印刷电路板的共振薄弱位置，因此在待优化区域中安装阻尼器件后可提升印刷电路板的最低共振频率。安装阻尼器件后虽然提升了最低共振频率，但并不能保证就一定能够达到预设频率阈值的要求，因此需要进一步对印刷电路板进行模态分析，如果该区域还不满足预设频率阈值时，则在待优化区域中再次安装阻尼器件进行优化，直至待优化区域的共振频率大于预设频率阈值。

通过上述实施例中的印刷电路板振动性能的优化方法可知，该方法通过模态分析获得低阶模态薄弱区域，并针对薄弱区域利用阻尼器件来优化模态，进一步提升印刷电路板的低阶模态固有频率，提升印刷电路板的振动性能，能够减少车载充电机印刷电路板中的紧固螺丝使用数量，节省了组装空间；在车载充电机小型化的前提下进一步提高振动性能；同时，阻尼器件的安装过程不需要电批进行组装，能够提高印刷电路板的组装效率。

在一些实施方式中，根据印刷电路板的属性数据对印刷电路板进行模态分析，确定印刷电路板中各部件的共振频率的步骤s102，如图2所示包括：

步骤s201，将印刷电路板的属性数据输入至预设的有限元分析模型。

有限元分析模型可部署在相关有限元分析软件中，通过使用有限元分析软件来对印刷电路板进行分析。分析之前需要将印刷电路板的属性数据输入至有限元分析模型中，该步骤可理解为数据输入的步骤。

步骤s202，利用有限元分析模型对印刷电路板的属性数据进行模态分析，确定印刷电路板中各部件的多阶模态下的共振频率。

大多数场景下获取的各部件的共振频率包含多阶模态，而且在实际分析过程中，往往存在多个待优化区域的情况，这些待优化区域的形状也不尽相同；如果分别对这些待优化区域都安装阻尼器件，也不利于组装效率。因此需要对这些待优化区域之间的距离进行判断，如果这些待优化区域的位置比较靠近，就可以将其合并成一个待优化区域。因此，将共振频率低于预设频率阈值的部件的位置确定为待优化区域的步骤s103，如图3所示，包括：

步骤s301，若包含多个共振频率低于预设频率阈值的部件，根据多个部件的位置确定多个部件之间的距离。

每一个低于预设频率阈值的部件都包含相应的位置坐标，实际操作过程中可按照每一个部件覆盖区域的中心点的坐标来计算部件之间的距离；也可以按照每一个部件之间最近距离作为部件之间的距离。

步骤s302，获取距离满足预设距离阈值的多个部件的位置，根据多个部件的位置确定待优化区域。

距离阈值作为是否进行合并的参数，与印刷电路板中的部件形状、布局有关。一般来说，距离阈值越小，部件之间的合并就越严格；距离阈值越大，部件之间的合并就越宽松。换句话说，如果距离阈值设置为5cm，当两个部件之间的距离低于5cm，就将这两个部件覆盖的区域进行合并；合并的过程中会覆盖非部件区域，最终得到待优化区域。待优化区域遵循尽可能的接近标准几何形状，例如圆形、圆角矩形、矩形等，这样就有利于相关阻尼器件的制造和获取，并有利于将其部署在待优化区域中。

由于该方法印刷电路板的优化方法，可能在待优化的印刷电路板中事先已经安装了加密螺丝。因此再获取安装相关阻尼器件后可将这些加密螺丝进行去除，故在一些实施方式中，在待优化区域上安装至少一个阻尼器件后，该方法还包括：若待优化区域中包含已安装的加密螺丝，则去除加密螺丝。

下面结合具体实施过程，来对上述印刷电路板振动性能的优化方法进行描述。如图4所示的优化前的印刷电路板的结构示意图，该结构图为优化前的车载充电机印刷电路板。可见，该印刷电路板体积较小，通过螺丝孔的位置和数量可知该印刷电路板中的螺丝部署困难且难以安装。

在一些实施方式中，预设频率阈值为车载充电机的最低共振频率；其中，最低共振频率不低于250hz。具体的说，低于250hz的共振频率为待优化点，将图4中的印刷电路板的相关属性数据输入至仿真分析软件来进行模态分析，确认低阶模态的固有频率；并分析该印刷电路板上共振频率低于250hz的区域。分析结果表明，图4中三个圆柱形器件处的一阶共振频率为216hz，并不能满足最低共振频率大于250hz的需求。

由于这三个圆柱形器件是相邻状态，因此根据这三个圆柱形器件的截面安装一个阻尼器件完成优化，具体如图5所示。图5中的阻尼器件的截面为一个圆角三角形，在保证能够覆盖三个圆柱形截面的基础上尽可能保持三角形的外观，有利于阻尼器件的制造和获取，并更加方便的将其部署在待优化区域中。

具体实施过程中，上述阻尼器件为：橡胶垫和/或导热胶片组成的绝缘弹性器件。由于每个物体都有自己的共振频率，而且还有不止一个共振频率。可能十几hz的时候会发生共振，几百hz的时候又会发生共振。如果进行模态分析，就是说把这个物体的共振频率都找出来。如果把这些共振频率都按照频率值从小到大排，就是“阶”。比如说最小的共振频率就是一阶。本实施例中的多阶模态至少为6阶模态。

在待优化区域上安装阻尼器件后，继续对印刷电路板进行模态分析，确认低阶模态的固有频率高于250hz。如图6所示的印刷电路板的前六阶模态固有频率对比图可知，多阶模态的共振频率为0-700hz，优化后的印刷电路板的一阶固有频率提升至337hz，远高于250hz的要求，提升了印刷电路板的振动性能，有利于减少车载充电机印刷电路板中的紧固螺丝使用数量，节省了组装空间。

通过上述实施例中的印刷电路板振动性能的优化方法可知，该方法通过增加阻尼部件，而不是通过增加紧固螺钉来提高pcba的低阶模态的固有频率，使印刷电路板的低阶模态的固有频率大于车载充电机的最小共振频率，从而避免印刷电路板上的器件因共振而损坏。阻尼器件相对于紧固螺钉来说组装更加简单，成本更加低廉，能够减少车载充电机印刷电路板中的紧固螺丝使用数量，节省了组装空间；在车载充电机小型化的前提下进一步提高振动性能；同时，阻尼器件的安装过程不需要电批进行组装，能够提高印刷电路板的组装效率。

对应于上述方法实施例，本发明实施例提供了一种印刷电路板振动性能的优化系统，该系统用于车载充电机中印刷电路板的装配过程，如图7所示，该系统包括：

属性数据获取模块710，用于获取印刷电路板的属性数据；

共振频率确定模块720，用于根据印刷电路板的属性数据对印刷电路板进行模态分析，确定印刷电路板中各部件的共振频率；

待优化区域确定模块730，用于将共振频率低于预设频率阈值的部件的位置确定为待优化区域；

共振频率优化模块740，用于在待优化区域上安装至少一个阻尼器件后，对印刷电路板进行模态分析，直至待优化区域的共振频率大于预设频率阈值。

本发明实施例提供的印刷电路板振动性能的优化系统，与上述实施例提供的印刷电路板振动性能的优化方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述印刷电路板振动性能的优化方法实施例中相应内容。

本实施例还提供一种电子设备，为该电子设备的结构示意图如图8所示，该设备包括处理器101和存储器102；其中，存储器102用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述印刷电路板振动性能的优化方法。

图8所示的电子设备还包括总线103和通信接口104，处理器101、通信接口104和存储器102通过总线103连接。

其中，存储器102可能包含高速随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。总线103可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的ipv4报文或ipv4报文通过网络接口发送至用户终端。

处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本公开实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器102，处理器101读取存储器102中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前述实施例的方法的步骤。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。