線束在自動(dòng)駕駛汽車上的應(yīng)用

唐太師　趙桂菊　邱睿

【摘? 要】在人工智能技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息融合、傳感技術(shù)和通信技術(shù)集中運(yùn)用的推動(dòng)下，信息通信和汽車行業(yè)的融合成為必然之舉，汽車產(chǎn)業(yè)或在不久之后迎來跨時(shí)代的改革，而軟件與功能之間的連接需要線束來實(shí)現(xiàn)。本文主要闡述線束在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域中的作用，主要從汽車自動(dòng)駕駛線束的工作原理、布置組成、材質(zhì)選擇以及壓接技術(shù)等方面進(jìn)行論述，希望通過運(yùn)用科技手段來提高線束品質(zhì)，以便能在未來汽車市場(chǎng)上占有一席之地。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)駕駛；自動(dòng)駕駛線束；線束壓接；線束材質(zhì)

中圖分類號(hào)：U463.62? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）09-0014-02

Application of Wire Harness in Autonomous Vehicle

TANG Taishi， ZHAO Guiju， QIU Rui

（Liuzhou Shuangfei Auto Electrical Parts Manufacturing Co.， Ltd.， Liuzhou 545112，China）

【Abstract】Driven by the centralized application of artificial intelligence technology， automatic control technology， computer technology and information fusion， sensing technology and communication technology， the integration of information communication and the automotive industry has become an inevitable move. The automotive industry may soon usher in a cross era reform， and the connection between software and functions requires wiring harnesses. This article mainly elaborates on the role of wiring harnesses in the field of autonomous driving， mainly discussing the working principle， layout composition， material selection， and crimping technology of automotive autonomous driving wiring harnesses. It is hoped that through the use of technological means， the quality of wiring harnesses can be improved， so as to have a place in the future automotive market.

【Key words】autonomous driving; automatic driving harness; wire harness crimping; wire harness material

作者簡(jiǎn)介

唐太師（1990—），男，主要從事汽車整車低壓線束設(shè)計(jì)開發(fā)、汽車智能駕駛開發(fā)工作。

1? 自動(dòng)駕駛技術(shù)現(xiàn)狀

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的深度開發(fā)，市場(chǎng)上已初步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛技術(shù)為L(zhǎng)0～L2級(jí)別的汽車，某些廠家已經(jīng)初步達(dá)到L3級(jí)別自動(dòng)駕駛的標(biāo)準(zhǔn)，但是若需普及L3級(jí)別的自動(dòng)駕駛還有很多方面需要完善，其中最重要的一點(diǎn)就是可靠性。由于是一項(xiàng)新技術(shù)，還沒有經(jīng)過大量的時(shí)間檢驗(yàn)，難保沒有安全隱患。試想，就L3級(jí)別的自動(dòng)駕駛技術(shù)而言，若車輛遇上無法識(shí)別的情況，需要駕駛員接管車輛，而此時(shí)駕駛員卻不能及時(shí)接管，那么很可能就會(huì)發(fā)生交通事故。因此，一款可靠的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)就顯得至關(guān)重要，而軟件與功能之間的連接需要線束來實(shí)現(xiàn)，對(duì)有汽車血脈之稱的線束而言亦面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2? 自動(dòng)駕駛的線束工作原理

自動(dòng)駕駛的主要部件由主控制器ADU、網(wǎng)關(guān)、前后攝像頭、前后雷達(dá)等組成。雷達(dá)傳感器和攝像頭均需使用先進(jìn)的傳感器、執(zhí)行器，雷達(dá)與攝像頭可以收集1～200m道路信息傳回主控制器，主控制器ADU對(duì)雷達(dá)和攝像頭傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與汽車各系統(tǒng)的交互，從而達(dá)到對(duì)駕駛員、駕駛車輛、駕駛路面情況信息的全面監(jiān)控，讓車輛能夠敏銳感知到周圍的環(huán)境，并自主分析車輛的運(yùn)行情況以及車輛可能遇到的危險(xiǎn)情況，讓車輛在運(yùn)行過程中更加安全，實(shí)現(xiàn)安全性與平穩(wěn)性的雙重效應(yīng)。線束從中起到一個(gè)橋梁的作用，其需要把攝像頭錄制到的信號(hào)平穩(wěn)且快速地傳輸?shù)街鳈C(jī)上，主機(jī)計(jì)算出結(jié)果之后再通過線束快速傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)得到結(jié)果后把指令通過線束輸送到整車控制器，整車控制器得到結(jié)果后做出反應(yīng)，還需要通過線束傳遞到各個(gè)功能件，線束猶如人體血脈一般輸送著各種電源和信號(hào)。

1）自動(dòng)駕駛的電源。自動(dòng)駕駛主機(jī)的電源通常是KL30+KL15，KL30主要是為各功能件提供電源，KL15為喚醒電源，啟動(dòng)車輛時(shí)不能關(guān)閉此電源，目前大部分汽車使用的前后雷達(dá)為毫米波雷達(dá)，毫米波雷達(dá)具有穿透力強(qiáng)、技術(shù)成熟、成本低的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是探測(cè)距離較短，無法感知行人，對(duì)目標(biāo)無法細(xì)化識(shí)別，因此毫米波雷達(dá)通常使用的是KL15電，既能滿足性能要求又能降低靜態(tài)能耗；而激光雷達(dá)是智能駕駛汽車主要?jiǎng)討B(tài)障礙物檢測(cè)傳感器，其主要特點(diǎn)是探測(cè)精度高，受光照影響小，可以用來描繪周圍環(huán)境參數(shù)，亦需要KL30+KL15電源的組合，KL30電可以持續(xù)供電，KL15只做喚醒用。其余的攝像頭一般均由主機(jī)供電。

2）自動(dòng)駕駛的搭鐵。智能駕駛的搭鐵屬于重要系統(tǒng)，且易受其他用電器干擾，搭鐵點(diǎn)最好能單獨(dú)設(shè)定并離用電設(shè)備相對(duì)較近，搭鐵位置要設(shè)置在能夠防腐蝕的地方，由于后雷達(dá)位置的搭鐵點(diǎn)易受污水、灰塵的腐蝕，所以應(yīng)該通過線束主干把搭鐵點(diǎn)設(shè)定在艙內(nèi)的車身上。

3）自動(dòng)駕駛的信號(hào)線。自動(dòng)駕駛的信號(hào)傳輸使用CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，通常左右雷達(dá)上會(huì)帶有終端電阻，CAN線的終端電阻為120Ω，主機(jī)作為CAN線分支，由于分支點(diǎn)不能超過1m，主機(jī)與雷達(dá)距離較遠(yuǎn)，不能滿足線束的設(shè)計(jì)需求，因此常常采用對(duì)CAN進(jìn)行繞線的方法進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

自動(dòng)駕駛對(duì)安全可靠性要求比較高，面對(duì)復(fù)雜的行駛情況和車內(nèi)電器情況，信號(hào)傳輸要求也很高，由于傳輸過程不能受到干擾，因此線束的性能要求顯得格外重要。線束需要在保證自身可靠性的前提下屏蔽各方干擾，在材料與工藝上均需提高選擇的等級(jí)。

3? 自動(dòng)駕駛線束在整車的布置

自動(dòng)駕駛線束需要貫穿汽車的前部、后部和左右兩側(cè)，目前由于技術(shù)的不完善，大部分車企還停留在自動(dòng)駕駛的L2～L3階段，仍然需要駕駛員操控，市面上的自動(dòng)駕駛汽車均保留了DMS和OMS攝像頭，因此線束布置還涉及到車內(nèi)。自動(dòng)駕駛線束布置位置如圖1所示。

1）自動(dòng)駕駛ADU一般布置在儀表臺(tái)里面。儀表臺(tái)內(nèi)部空間狹小，線束布置會(huì)很困難，因此線束會(huì)考慮分段布置，在寬闊的地方增加一對(duì)inline來連接儀表線束與自動(dòng)駕駛相關(guān)線束，或者把一些功能分化出去，自動(dòng)駕駛相關(guān)線束整合在主線中。

2）前攝像頭和前雷達(dá)布置在前保險(xiǎn)杠上。從駕駛艙內(nèi)的ADU連接到前保險(xiǎn)杠上需要跨過機(jī)艙與駕駛艙的前圍鈑金，因此選擇使用一對(duì)inline來連接二者是最佳選擇，并且由于艙外是濕區(qū)，inline最好不要放在艙外。

3）左右兩側(cè)的攝像頭通常布置在左右后視鏡上。要從主機(jī)過渡到攝像頭，勢(shì)必需要經(jīng)過門與車身的對(duì)接，門線的橡膠件設(shè)計(jì)就比較重要，橡膠件的彎折角度不能過大，而且必須具有伸縮性。

4）后視攝像頭與后雷達(dá)通常布置在后背門和后保險(xiǎn)杠上。從后保險(xiǎn)杠到車子前部需要經(jīng)過整個(gè)車身，這一段距離非常長(zhǎng)，布置上需要每隔一段距離增加一個(gè)固定點(diǎn)，必要的地方還需要增加護(hù)板進(jìn)行防護(hù)。為了保證裝配的便利性，儀表線束增加與車身線束的inline，儀表臺(tái)附近的inline通常整合在一起，使用護(hù)板固定起來，便于管理與維護(hù)。

4? 自動(dòng)駕駛線材的選擇

基于自動(dòng)駕駛高可靠性的要求，普通的銅導(dǎo)線無法實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的高清傳輸，這對(duì)于自動(dòng)駕駛來說是一個(gè)致命缺陷，無法準(zhǔn)確識(shí)別路面特征、距離等圖像處理，就無法準(zhǔn)確地對(duì)汽車周邊環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)以及對(duì)汽車進(jìn)行定位，因此視頻線選擇的是FAKRA同軸線。FAKRA同軸線纜連接結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括FAKRA連接器、FAKRA inline連接器、同軸電纜、PCB板端連接器。

1）FAKRA連接器主要參考的截面尺寸標(biāo)準(zhǔn)有ISO 20860-1和USCAR-18，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO 20860-2、USCAR-17和USCAR-2，尺寸標(biāo)準(zhǔn)定義了FAKRA連接器軸向和徑向方向的主要尺寸。公端連接器截面尺寸標(biāo)準(zhǔn)如圖3所示。

在不同公司的產(chǎn)品中，存在絕緣介質(zhì)材料并不相同的情況，應(yīng)該在符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對(duì)不同絕緣材料和截面結(jié)構(gòu)的連接器進(jìn)行匹配試驗(yàn)，驗(yàn)證相關(guān)電性能指標(biāo)是否在規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)。

2）FAKRA inline連接器提供了有效的分段手段，但是在使用FAKRA inline時(shí)，盡量不要過多使用，因?yàn)樵趇nline對(duì)接時(shí)會(huì)產(chǎn)生插入損耗，inline越多，損失得就越多，因此應(yīng)盡可能地少用FAKRA inline，并且選擇的一對(duì)inline應(yīng)盡可能選擇同一個(gè)廠家，這樣可以保證性能，也能減少切換廠家后對(duì)性能的評(píng)估和測(cè)試。

3）FAKRA使用的同軸電纜導(dǎo)體是銅絲，外包一層泡沫填充物，屏蔽以金屬銅網(wǎng)或鋁鎂合金編制網(wǎng)為主，絕緣材料一般為聚氯乙烯。目前，國(guó)家使用的電纜標(biāo)準(zhǔn)是GBT14864—1993的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)電纜的好壞還需要測(cè)試與端子的保持力。

4）FAKRA板端連接器與線端連接器需保證插件尾部和PCB連接的設(shè)計(jì)要求，線束端和板端也最好能為同一個(gè)廠家產(chǎn)品，以此避免由于結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致的性能缺陷。

5? 自動(dòng)駕駛線束的壓接

傳統(tǒng)線束主要采取的壓接方式為U型端子連接，傳統(tǒng)的冷壓接方式簡(jiǎn)便、成本低，大部分非關(guān)鍵部位使用的壓接方式還是U型端子冷壓接。由于U型端子是依靠大沖壓力將銅絲壓縮到一起，主要依靠銅絲之間的摩擦力來連接，壓接后勢(shì)必會(huì)存在一定的空洞，從而導(dǎo)致電壓降增大，導(dǎo)電性能下降。然而在自動(dòng)駕駛的高要求下，特別是使用的基本上是CAN通信，因此要求使用超聲波焊接。

超聲波焊接原理是通過高頻機(jī)械振動(dòng)對(duì)線束物料工件進(jìn)行焊接。在焊接過程中，超聲波線束焊接機(jī)有3個(gè)方向同時(shí)收緊至超聲波焊接端面，以20kHz的頻率在其表面進(jìn)行循環(huán)往復(fù)地振動(dòng)，同時(shí)對(duì)工件施加壓力，使工件間形成一種牢固的結(jié)合，從而達(dá)到焊接的效果。對(duì)于采用超聲波線束焊接，整個(gè)焊接過程可以被精確地控制，同時(shí)不會(huì)在金屬表面產(chǎn)生多余的熱量，焊接牢度強(qiáng)。由于超聲波焊接是把銅絲完全焊接在一起，因此導(dǎo)電性能遠(yuǎn)優(yōu)于U型端子的冷壓接。超聲波焊接以其優(yōu)秀的焊接牢度和穩(wěn)定的導(dǎo)電性能，必能勝任自動(dòng)駕駛的需求。

6? 結(jié)語(yǔ)

隨著人工智能、視覺計(jì)算、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)的高速發(fā)展，自動(dòng)駕駛汽車運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，相信在不久的未來，必能造出在無人類主動(dòng)操作下自動(dòng)安全行駛的機(jī)動(dòng)汽車。因此，汽車線束人亦需不斷探索先進(jìn)技術(shù)，運(yùn)用科技手段提高線束品質(zhì)，大力把先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備投入到使用當(dāng)中，才能在未來占得一席之地。

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（編輯? 凌? 波）