基于新架構(gòu)的智能汽車整車線束設(shè)計研究

閆新星 李玉慶 李國慶 徐海良

摘要：隨著汽車向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，整車電器功能越來越復雜，人們越來越希望車輛人性化，對汽車神經(jīng)系統(tǒng)—線束的要求越來越嚴苛。從汽車電子電氣新架構(gòu)角度出發(fā)，對整車線束的設(shè)計進行了研究，達到了提高車輛可靠性、降低成本、提升電連接性能的目的。

關(guān)鍵詞：新架構(gòu);整車線束;可靠性;電連接性能;成本

中圖分類號：TP391.7? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）22-0265-03

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

The Research of Smart Vehicle Harness Design Based on New Architecture

YAN Xin-xing1，? LI Yu-qing2，? LI Guo-qing1，? XU Hai-liang1

（1.BAIC Motor Corporation LTD， Beijing，101300，China; 2.Harbin Institute of Technology， Harbin 150001， China）

Abstract：With the development of the automobile towards electric， intelligent and network connection， the functions of the electric appliances of the whole vehicle are becoming more and more complex. People are more and more desirous of humanizing the vehicle and demanding more and more on the nervous system（wiring harness） of the automobile.In this paper， the design of vehicle wiring harness is studied from the perspective of the new structure of automotive electronics and electricity， so as to improve the reliability of the vehicle， reduce the cost and improve the electrical connection performance.

Key words：? New Architecture; Vehicle Harness; Reliability; Electrical connection performance;? Cost

1 前言

近幾年，我國社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，國民生活水平有了大幅度提高，汽車作為一種便捷的交通運輸工具，在人們生活、工作中有著越來越廣泛且深入的應(yīng)用。隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的日漸成熟，競爭日益激烈，各主機廠家對各細分市場的爭奪趨于白熱化，車型配置越來越高，特別是電氣化功能越來越多，在車型技術(shù)和性能參數(shù)相差不大的前提下，價格和質(zhì)量成了左右消費者購買意愿的關(guān)鍵因素，因此如何在實現(xiàn)越來越多電氣功能的前提下，高質(zhì)量、低成本的完成線束設(shè)計，成了擺在所有線束設(shè)計工程師面前的課題。本文從成本的角度、電連接性能以及汽車電子電氣新架構(gòu)角度出發(fā)，對整車線束的設(shè)計進行了研究，達到了提高車輛可靠性、降低成本、提升電連接性能的目的[1]。

2 汽車新架構(gòu)介紹

2.1 電子電氣架構(gòu)對汽車影響

隨著社會經(jīng)濟迅速發(fā)展，人民的生活水平大幅度提升，汽車作為一種便捷的交通運輸工具，在人們生活、工作中有著越來越廣泛且深入的作用。隨著汽車向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，汽車功能配置復雜度要求越來越高，整車電器功能越來越復雜，為實現(xiàn)這些功能配置電子電氣系統(tǒng)也越來越復雜，同時電子電氣系統(tǒng)的成本壓力也越來越大，對電子電氣系統(tǒng)的要求也日益提高。因此，電子電氣架構(gòu)EEA（Electronic & Electrical Architecture）應(yīng)運而生[2]。

電子電氣架構(gòu)起到電子電氣系統(tǒng)總布置的功能。在功能需求、法規(guī)和設(shè)計要求等特定約束下，通過對功能、性能、成本和裝配等各方面進行分析，所得到最優(yōu)的電子電氣系統(tǒng)模型。就現(xiàn)代汽車制造業(yè)來說，汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計集中反映出消費者對于汽車舒適度、人性化、智能化以及美觀性的消費需求。同時，汽車電子電氣架構(gòu)是一項系統(tǒng)、復雜的工作，廣泛涉及軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)、線路等多方面內(nèi)容。

2.2 電子電氣架構(gòu)設(shè)計流程

針對汽車電子電氣架構(gòu)的設(shè)計，國際通用的開發(fā)模式為V模式開發(fā)流程。電子電氣架構(gòu)整體設(shè)計工作和流程優(yōu)化，需要遵循六個步驟進行，電子電氣架構(gòu)開發(fā)流程見圖1。

1）對于汽車功能需求進行定義。在該階段實施期間，需要根據(jù)市場對汽車的實際需求、客戶的具體需求進行分析，并對這些數(shù)據(jù)進行整理、分析以及統(tǒng)計等工作，保證在初期工作中，能夠?qū)φ囆枨筮M行統(tǒng)計與評估，也能對進電子電器系統(tǒng)需求進行定義，這樣才能使電氣測試規(guī)范的制定滿足相關(guān)需求。

2）對整個電子電器系統(tǒng)的架構(gòu)進行設(shè)計，保證其制定的合理性。期間，需要根據(jù)電子電氣系統(tǒng)的實際需求，對各個系統(tǒng)以及電氣加工方案進行合理制定，在整體上，保證整車電子電氣架構(gòu)方案物理、邏輯架構(gòu)的充分設(shè)計[3]。

3）對電子電器件進行具體設(shè)計。在實際工作執(zhí)行期間，需要根據(jù)一個環(huán)節(jié)，對電子電氣架構(gòu)方案進行物理、邏輯的優(yōu)化設(shè)計，保證在真正含義能夠促進電氣電器件解決方案的優(yōu)化設(shè)計。對于電子電氣系統(tǒng)，其中存在電氣器件、軟件、機械等，基于其中的相關(guān)需求，促進設(shè)計工作的有效執(zhí)行，保證愛測試的規(guī)范性以及操作工作的合理性。

4）電子電器件、相關(guān)設(shè)備的開發(fā)。在該階段實際執(zhí)行過程中，需要對電子電器件進行合理研究?；谠O(shè)計系統(tǒng)硬件、軟件、機械系統(tǒng)需求的設(shè)計，保證各個分工工作在零件供應(yīng)商方面進行完成。在工作中還需要注意到：零件供應(yīng)商的工作階段，要根據(jù)自身測試規(guī)范，對電子器件進行合理驗證，以保證電子器件的構(gòu)建滿足汽車廠家的設(shè)計要求，符合硬件、軟件、機械系統(tǒng)的開發(fā)。

5）對整車系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計方案進行驗證。在實際驗證工作中，要基于相關(guān)的測試規(guī)范，為其找出適合整車電子電氣架構(gòu)方案驗證工作。

6）在對整車電子電氣架構(gòu)設(shè)計目標進行驗證期間，需要對存在的目標可信性進行思考，保證電子電氣架構(gòu)設(shè)計需求目標得以優(yōu)化實現(xiàn)。

2.3 電子電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢

隨著汽車向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，整車電器功能越來越復雜，為實現(xiàn)復雜度越來越高的汽車功能配置，汽車電子電氣系統(tǒng)也在不斷進行適用性調(diào)整，出現(xiàn)各式各樣的汽車電子電氣新架構(gòu)。

汽車電子電氣新架構(gòu)總體發(fā)展方向主要如下幾個方面：

1）電控單元（ECU）的整合程度將提升，控制單元的集成化越來越高，單個控制器的功能范圍擴大，整車的控制器數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢[4]。

2）車載傳感器數(shù)量將飛速增加，為確保車輛有充足的安全冗余，汽車將安裝具有多個具備相似功能的傳感器。從長期考慮，汽車行業(yè)將開發(fā)更完善的傳感器解決方案來減少傳感器數(shù)量和成本，從而使汽車的成本下降。

3）傳感器將更智能，為實現(xiàn)信息傳輸?shù)母咝?，集成化的智能傳感器將需要完成部分傳統(tǒng)ECU完成的工作。為確保傳感器的正常運轉(zhuǎn)，新一代傳感器清潔系統(tǒng)，例如除冰除塵等，將是新發(fā)展趨勢。

4）“汽車以太網(wǎng)”勢不可擋將成為整車支柱。汽車交互的數(shù)據(jù)量的提升，互聯(lián)環(huán)境下的安全保障，以及跨行業(yè)標準協(xié)議的需求很有可能催生汽車以太網(wǎng)。本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)在汽車上應(yīng)用，但僅限于封閉式的低級網(wǎng)絡(luò)。FlexRay和MOST等技術(shù)有可能被汽車以太網(wǎng)取代[5]。

5）自動駕駛的應(yīng)用，需要大量的數(shù)據(jù)作為支撐，汽車將在云端結(jié)合車內(nèi)及車外信息，不同企業(yè)間的數(shù)據(jù)共享，為汽車行車提供可靠有效的周邊行車環(huán)境，車輛對數(shù)據(jù)分析并將基于數(shù)據(jù)處理結(jié)果形成相應(yīng)的行車方案。

6）汽車與外界交互越來越頻繁，汽車不僅是人們出行的行車工具，更作為一種人與外部的載體。AI技術(shù)的應(yīng)用，使人可以與車對話，V to V，V to X的實現(xiàn)，讓車有了自己的“語言”。

3 基于新架構(gòu)的整車線束的設(shè)計

3.1 整車線束設(shè)計

整車線束設(shè)計不僅與電子電氣架構(gòu)有關(guān)，還與整車電控單元、傳感器等的布置位置，裝配工藝要求，整車電源需求，電控單元對線束的布置要求等因素息息相關(guān)。從總體上而言，整車線束設(shè)計主要包含以下幾個方面：整車線束網(wǎng)絡(luò)拓撲接線設(shè)計、整車線束電源分配設(shè)計、整車線束搭鐵點設(shè)計、整車線束單元原理設(shè)計、整車線束布置設(shè)計[6]-[7]。

3.2 整車線束電源分配設(shè)計

整車線束電源分配設(shè)計主要是對保險絲、繼電器的分配設(shè)計。保險絲、繼電器一般以電器盒的形式出現(xiàn)在汽車中。按照電器盒在整車上的布置位置[8]，可以將電器盒分為：正極電器盒總成：位于蓄電池正極處。一般由保險絲及正極保護殼組成。主要對整車供電的起到保護作用。前艙電器盒總成：位于前艙的電器盒總成。一般由保險絲、繼電器、保護殼等組成，主要針對布置于發(fā)動機艙的用電器，對整車線束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護的作用。儀表板電器盒總成：安裝于儀表板上的電器盒總成，屬于室內(nèi)電器盒總成的一種。一般由保險絲、繼電器、保護殼等組成，主要針對布置于室內(nèi)的用電器，對整車線束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護的作用。后背門電器盒總成：安裝于后備廂的電器盒總成，屬于室內(nèi)電器盒總成的一種。一般由保險絲、繼電器、保護殼等組成，主要針對布置于后背門的用電器[9]，對整車線束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護的作用。電器盒按照位置分類見圖2。由于混動技術(shù)的不斷發(fā)展，整車電器盒的布置位置也會隨著整車布置的優(yōu)化而不斷變化。

基于汽車電子電氣新架構(gòu)的整車線束電源分配設(shè)計，主要是指整車電器盒中保險絲、繼電器的分配及設(shè)計?；谛录軜?gòu)的保險絲、繼電器相較于傳統(tǒng)汽車電子電氣架構(gòu)，整車保險絲的數(shù)量減少，繼電器也相應(yīng)減少，減少了電器盒與線束回路之間的連接，降低了整車線束故障風險點，尤其是智能化電器盒的應(yīng)用，大大提高了整車線束的電連接可靠性[10]。

3.3 整車線束搭鐵點設(shè)計

整車線束的搭鐵點設(shè)計在汽車線束設(shè)計中起到重要作用，如果設(shè)計不好，就會造成信號干擾，從而影響某些電器的正常功能的實現(xiàn)。

整車線束在搭鐵點位置選擇上，遵循就近搭鐵原則。就其分布而言，應(yīng)優(yōu)先選擇在車身/底盤各主要梁上。除非有特殊情況，一般不允許使用金屬支架搭鐵。另外，有特殊布置要求的搭鐵點應(yīng)優(yōu)先遵守其特殊要求，此技術(shù)要求在搭鐵點位置設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先滿足。對濕區(qū)搭鐵端子需考慮用帶膠熱縮管防水處理。

在整車電路接地原理設(shè)計中，一般要求搭鐵線直接壓接到搭鐵端子處，中間不允許存在并線打卡情況。但在實際整車線束設(shè)計和制作中存在接地回路打卡現(xiàn)象，否則會造成線束接地點數(shù)量過多、接地回路繞線，線束直徑過大、裝配困難、有效布置空間無法滿足線束尺寸要求等問題存在，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際狀態(tài)確定[11]。

基于汽車電子電氣新架構(gòu)的整車線束搭鐵點設(shè)計，需要注意幾個方面。整車線束搭鐵點應(yīng)根據(jù)負載的特性以及是否有特殊要求，按照就近原則進行設(shè)計。對于整車性能及安全影響大，且易受到其他用電設(shè)備干擾的電控單元，這些用電設(shè)備的搭鐵點需要單獨設(shè)立。對于影響整車安全性能的用電設(shè)備，它的搭鐵點不僅需要單獨設(shè)立，而且為了確認安全可靠性，最好采用復式搭鐵。對于信號較弱的用電器的搭鐵位置最好也獨立，布置位置離用電器較近，以保證信號的真實傳遞[12]。對于蓄電池負極線束、動力單元搭鐵線束用導線的截面積較大，需要控制搭鐵的位置，較少導線長度、控制線束走向，以便減少電壓降。對于其余沒有特殊要求的用電器，可以根據(jù)搭鐵具體布置位置及功能要求特殊性采取共用搭鐵。雖然汽車電子電氣新架構(gòu)的電控單元數(shù)量減少，整車線束搭鐵點總量下降，但是需要注意的是部分傳感器的“信號-”不直接與電控設(shè)備相連，在搭鐵設(shè)計時要考慮傳感器的特殊性。

4 總結(jié)

汽車電子電氣新架構(gòu)越來越成為實現(xiàn)現(xiàn)代汽車復雜化的整車電器功能的撒手锏，從而適應(yīng)汽車向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向的發(fā)展趨勢。比亞迪早前宣布在最新的e平臺上實現(xiàn)儀表、空調(diào)、音響、智能鑰匙等控制模塊10合1，使整車控制模塊線束大幅減少，降低模塊故障率以及提升生產(chǎn)裝配效率。上汽集團早前推出了基于全新電子電氣架構(gòu)的電動車平臺——Double E架構(gòu)，核心亮點之一是采用了支持海量數(shù)據(jù)極速傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)技術(shù)。阿里巴巴推出的AliOS智聯(lián)網(wǎng)汽車解決方案，其一大亮點是充分發(fā)揮了阿里云在云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能的優(yōu)勢，借助阿里巴巴的生態(tài)能力，賦能合作伙伴更好探索“數(shù)據(jù)x智能”驅(qū)動的新型業(yè)務(wù)模式。

從整車線束的網(wǎng)絡(luò)拓撲接線設(shè)計、整車線束電源分配設(shè)計、整車線束搭鐵點設(shè)計、整車線束單元原理設(shè)計、整車線束布置設(shè)計這幾個主要方面分析結(jié)果可知，基于汽車電子電氣新的架構(gòu)整車線束設(shè)計，相較于傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)，具有降低整車線束的接插件總量、整車線束回路總數(shù)、整車端子數(shù)量、CAN通訊網(wǎng)絡(luò)CAN線總數(shù)等優(yōu)勢。綜上所述，基于汽車電子電氣新架構(gòu)的整車線束設(shè)計，必將達到降低車輛制造成本、提升電連接性能、降低整車重量、提高車輛可靠性的目的。

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【通聯(lián)編輯：梁書】