關于智能汽車電子架構下的汽車線束新形態的介紹和應用分析

當我們坐在車內，可以輕松地控制車窗、空調甚至方向盤時，可能想象不到，隱藏在汽車外殼下的電氣分配系統，正在數以千米計的線束之間進行信號傳輸。移動出行新時代的來臨，智能車輛出現了更多的主動安全功能、信息娛樂系統以及網絡互聯服務，這讓汽車內部的電氣架構變得極其復雜。

上世紀50年代，當外觀優美、內部設計簡約的雪佛蘭貝爾艾爾（Bel Air）汽車問世的時候，在其電氣架構系統中，沒有任何的電子元件，只有極少的電氣組件，依靠最基本的環形端子連接；直到1970年，汽車開始引入電子元件，而且排放要求和電子模塊也隨之出現，線束定位開始對電氣系統提出了專業要求；2000年-2010年間，汽車電子技術與日俱增，數據和通訊協議推動新品需求，大功率管理開始盛行，同時消費電子產品集成增加了電氣系統的復雜性，美國的燃油經濟性法規推動高電壓動力系統發展。

2019年，在自動駕駛汽車到來前夜，一輛汽車需要在一眨眼的時間內傳輸足足15,000條數據，同時新增的眾多傳感器和雷達，需要消耗大量的能源。1995年-2005年，汽車能耗幾乎是翻倍的，從700瓦到1100瓦?，F在，汽車能耗能夠達到40000瓦，這等于是一個住房的能耗了，而且汽車線束回路的數量已經達到3200個。

從歷史上看，當汽車添加新功能（如加熱座椅）時，只需添加一個新的控制模塊和接線。那么在L3、L4自動駕駛系統中，一個未經優化的系統需要增加接近兩公里長的布線，5千米長的線束和連接器裝入今天的汽車中，對汽車輕量化、電動化的大趨勢是一個極大的挑戰。

重新思考車輛的架構

未來汽車需要什么樣的電氣架構？智能車輛的電氣分配系統正在發生怎樣的演變？帶著這些問題，我們造訪了全球領先的技術公司安波福位于天津的線束生產基地，與安波福公司電氣分配系統全球總裁威廉 T. 普雷斯利（William T. Presley）先生和亞太區副總裁兼董事總經理朗智文（Anu Rathninde）先生就汽車電氣架構演進等問題進行了深度交流。

普雷斯利提到“未來的汽車架構會有三個S：一個是簡化(simplified)，一個是可擴展(scalable)，還有一個是可持續(sustainable)?，F在的汽車架構系統有非常大的中央化的一個電力分配中心，然后有分布式的計算系統。安波福要做的就是把它反過來，成為一個集成的中央計算系統，而配電系統則是分布式的，這樣就能夠利用現有的車輛當中的這些模塊，減少電氣分配中心的體積和重量，從而可以實現減排，提升汽車的可行駛公里數?！?/p>

過去的幾十年里，汽車正在利用計算平臺知識提供更多的特性和功能，高性能計算平臺的出現，讓汽車功能自然集成在一起。未來汽車將轉變為一個由軟件定義的平臺。針對功能豐富且高度自動化的車輛，安波福提出了一種可持續優化的智能汽車架構（SVA）拓撲結構，它包括一個動力數據中心（PDC）、數據主干網以及中央計算集群，用來處理計算、信號和動力傳輸的整體方案，能夠幫助實現支持基于軟件的各項功能、快速數據傳輸，并且能夠滿足最高級別汽車安全的冗余性要求，確保汽車故障后仍然能安全運行，同時還能滿足業內最嚴格的運行安全與網絡安全標準。

在安全方面，該系統采用三重防故障的運行設計，將電力故障、網絡故障甚至運算故障都考慮在內，車輛電氣系統出現問題，能夠實時重新規劃電力、網絡傳輸，甚至讓自動駕駛汽車安全停車。在設計中充分考慮了在各種情況下，仍保證為汽車安全運行提供必要的網絡協議（IP），使汽車即使出現故障后也能安全運行，而這也正是未來智能汽車架構的基礎。

普雷斯利認為“今天的汽車架構每一個OEM，每一個車輛架構是不一樣的，而智能汽車架構（SVA）就是讓你能夠有一些基礎的部分，比如說動力數據中心，還有中央計算集群，可以把這樣的區塊放在任何的車輛上面，要改的只不過是電氣分配系統的長度。所以，每一個車輛不需要有單獨的架構，所有的車輛都有同樣的架構，這個功能是通過解決方案還有軟件應用來實現的。所以說不再需要定制每一個架構?！?/p>

新趨勢下的汽車線束形態

汽車線束是汽車電路的網絡主體，沒有線束也就不存在汽車電路。線束的長度越長，體積越大，會增加車輛的重量，而增加重量往往意味著將減少電動車的可行駛公里。隨著電氣化，汽車線束也發生著演進。汽車電氣分配系統中的線束是安波福智能汽車架構的核心組成部分，也是安波福全球產品組合中無可替代的一條重要產品線。多年來，安波福通過改良線束材料和加工工藝等措施，不斷優化線束結構。

“在輕量化方面，我們用一些材料科學技術來降低材料的重量，如一些高壓線束之前是用銅制造的，現在可以用鋁制造。還有微型化，比如說用一些合金的技術或者其他的技術，能夠增加未來車輛當中的布線密度，這樣的話就可以在不增加車輛體積的同時容納這些線束。有些線束回路太小了或者太細了，人工是無法完成操作的，那我們就要改變整個制造的流程?！逼绽姿估榻B。

安波福電氣分配系統業務部（EDS）在全球共有59個工廠，成品運往遍布全球的647個客戶地點，每年生產的線束長度超過1500萬千米，可繞地球370多周。

驚人產量的背后，是極為復雜的生產制造工藝。首次向媒體開放的安波福天津生產基地，正在為戴姆勒和奧迪生產定制產品。據介紹，一輛中等豪華轎車平均有超過4000-5000個連接點需要由線束連接，不僅邏輯順序復雜，傳遞信號的種類也相當豐富，包含了模擬信號、數據信號、電力信號等。此外，線束的開發涵蓋汽車的整個生命周期以及所有的分系統，因此往往需要與客戶進行大量溝通、深度參與，同時進行多方面、多領域的協同合作。以安波福的奔馳E-Class項目為例，這一單一線束設計生產項目就動用了安波福全球超過200位工程師才合作完成。

智能化重塑挑戰

2020年，汽車將會有更多的ADAS、信息娛樂和用戶體驗等功能出現，作為全球領先的線束生產商也面臨著很多關鍵的挑戰：在開發方面，復雜性和相互依賴性的增加將使時間線延長；在制造方面，車輛面臨物理空間不足的難題，組裝困難；在后期生產方面，維持工程帶來沉重負擔，無法增強功能性等。

盡管未來有諸多難題有待解決，不過相信當德爾福變身為安波福的時候，安波福已經準備好了，并且有自己明確的定位：提供未來汽車所需的‘大腦’及‘神經系統’，使移動出行變得更加安全、綠色、互聯。