基于新架構(gòu)的智能汽車整車線束設(shè)計(jì)研究

閆新星 李玉慶 李國慶 徐海良

摘要：隨著汽車向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，整車電器功能越來越復(fù)雜，人們?cè)絹碓较Ｍ囕v人性化，對(duì)汽車神經(jīng)系統(tǒng)—線束的要求越來越嚴(yán)苛。從汽車電子電氣新架構(gòu)角度出發(fā)，對(duì)整車線束的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，達(dá)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(hào)：TP391.7? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）22-0265-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(jìng)爭(zhēng)日益激烈，各主機(jī)廠家對(duì)各細(xì)分市場(chǎng)的爭(zhēng)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(jià)格和質(zhì)量成了左右消費(fèi)者購買意愿的關(guān)鍵因素，因此如何在實(shí)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(jì)，成了擺在所有線束設(shè)計(jì)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(duì)整車線束的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，達(dá)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(duì)汽車影響

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，汽車功能配置復(fù)雜度要求越來越高，整車電器功能越來越復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)這些功能配置電子電氣系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，同時(shí)電子電氣系統(tǒng)的成本壓力也越來越大，對(duì)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(yùn)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(jì)要求等特定約束下，通過對(duì)功能、性能、成本和裝配等各方面進(jìn)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(jì)集中反映出消費(fèi)者對(duì)于汽車舒適度、人性化、智能化以及美觀性的消費(fèi)需求。同時(shí)，汽車電子電氣架構(gòu)是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)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(jì)流程

針對(duì)汽車電子電氣架構(gòu)的設(shè)計(jì)，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(jì)工作和流程優(yōu)化，需要遵循六個(gè)步驟進(jìn)行，電子電氣架構(gòu)開發(fā)流程見圖1。

1）對(duì)于汽車功能需求進(jìn)行定義。在該階段實(shí)施期間，需要根據(jù)市場(chǎng)對(duì)汽車的實(shí)際需求、客戶的具體需求進(jìn)行分析，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析以及統(tǒng)計(jì)等工作，保證在初期工作中，能夠?qū)φ囆枨筮M(jìn)行統(tǒng)計(jì)與評(píng)估，也能對(duì)進(jìn)電子電器系統(tǒng)需求進(jìn)行定義，這樣才能使電氣測(cè)試規(guī)范的制定滿足相關(guān)需求。

2）對(duì)整個(gè)電子電器系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)際需求，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)以及電氣加工方案進(jìn)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(jì)[3]。

3）對(duì)電子電器件進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。在實(shí)際工作執(zhí)行期間，需要根據(jù)一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)電子電氣架構(gòu)方案進(jìn)行物理、邏輯的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證在真正含義能夠促進(jìn)電氣電器件解決方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于電子電氣系統(tǒng)，其中存在電氣器件、軟件、機(jī)械等，基于其中的相關(guān)需求，促進(jìn)設(shè)計(jì)工作的有效執(zhí)行，保證愛測(cè)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(shí)際執(zhí)行過程中，需要對(duì)電子電器件進(jìn)行合理研究?；谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件、軟件、機(jī)械系統(tǒng)需求的設(shè)計(jì)，保證各個(gè)分工工作在零件供應(yīng)商方面進(jìn)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(cè)試規(guī)范，對(duì)電子器件進(jìn)行合理驗(yàn)證，以保證電子器件的構(gòu)建滿足汽車廠家的設(shè)計(jì)要求，符合硬件、軟件、機(jī)械系統(tǒng)的開發(fā)。

5）對(duì)整車系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。在實(shí)際驗(yàn)證工作中，要基于相關(guān)的測(cè)試規(guī)范，為其找出適合整車電子電氣架構(gòu)方案驗(yàn)證工作。

6）在對(duì)整車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證期間，需要對(duì)存在的目標(biāo)可信性進(jìn)行思考，保證電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)需求目標(biāo)得以優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。

2.3 電子電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，整車電器功能越來越復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)復(fù)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(jìn)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(gè)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(gè)控制器的功能范圍擴(kuò)大，整車的控制器數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[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(gè)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(shí)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(yùn)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(shì)。

4）“汽車以太網(wǎng)”勢(shì)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(biāo)準(zhǔn)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(jí)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(dòng)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(duì)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(duì)話，V to V，V to X的實(shí)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(jì)

3.1 整車線束設(shè)計(jì)

整車線束設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)主要包含以下幾個(gè)方面：整車線束網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣泳€設(shè)計(jì)、整車線束電源分配設(shè)計(jì)、整車線束搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)、整車線束單元原理設(shè)計(jì)、整車線束布置設(shè)計(jì)[6]-[7]。

3.2 整車線束電源分配設(shè)計(jì)

整車線束電源分配設(shè)計(jì)主要是對(duì)保險(xiǎn)絲、繼電器的分配設(shè)計(jì)。保險(xiǎn)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(xiǎn)絲及正極保護(hù)殼組成。主要對(duì)整車供電的起到保護(hù)作用。前艙電器盒總成：位于前艙的電器盒總成。一般由保險(xiǎn)絲、繼電器、保護(hù)殼等組成，主要針對(duì)布置于發(fā)動(dòng)機(jī)艙的用電器，對(duì)整車線束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護(hù)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(xiǎn)絲、繼電器、保護(hù)殼等組成，主要針對(duì)布置于室內(nèi)的用電器，對(duì)整車線束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護(hù)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(xiǎn)絲、繼電器、保護(hù)殼等組成，主要針對(duì)布置于后背門的用電器[9]，對(duì)整車線束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護(hù)的作用。電器盒按照位置分類見圖2。由于混動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，整車電器盒的布置位置也會(huì)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(jì)，主要是指整車電器盒中保險(xiǎn)絲、繼電器的分配及設(shè)計(jì)?；谛录軜?gòu)的保險(xiǎn)絲、繼電器相較于傳統(tǒng)汽車電子電氣架構(gòu)，整車保險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，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(diǎn)設(shè)計(jì)

整車線束的搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)在汽車線束設(shè)計(jì)中起到重要作用，如果設(shè)計(jì)不好，就會(huì)造成信號(hào)干擾，從而影響某些電器的正常功能的實(shí)現(xiàn)。

整車線束在搭鐵點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)優(yōu)先遵守其特殊要求，此技術(shù)要求在搭鐵點(diǎn)位置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先滿足。對(duì)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(jì)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(shí)際整車線束設(shè)計(jì)和制作中存在接地回路打卡現(xiàn)象，否則會(huì)造成線束接地點(diǎn)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(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)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(diǎn)設(shè)計(jì)，需要注意幾個(gè)方面。整車線束搭鐵點(diǎn)應(yīng)根據(jù)負(fù)載的特性以及是否有特殊要求，按照就近原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)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(diǎn)需要單獨(dú)設(shè)立。對(duì)于影響整車安全性能的用電設(shè)備，它的搭鐵點(diǎn)不僅需要單獨(dú)設(shè)立，而且為了確認(rèn)安全可靠性，最好采用復(fù)式搭鐵。對(duì)于信號(hào)較弱的用電器的搭鐵位置最好也獨(dú)立，布置位置離用電器較近，以保證信號(hào)的真實(shí)傳遞[12]。對(duì)于蓄電池負(fù)極線束、動(dòng)力單元搭鐵線束用導(dǎo)線的截面積較大，需要控制搭鐵的位置，較少導(dǎo)線長度、控制線束走向，以便減少電壓降。對(duì)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(diǎn)總量下降，但是需要注意的是部分傳感器的“信號(hào)-”不直接與電控設(shè)備相連，在搭鐵設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)代汽車復(fù)雜化的整車電器功能的撒手锏，從而適應(yīng)汽車向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向的發(fā)展趨勢(shì)。比亞迪早前宣布在最新的e平臺(tái)上實(shí)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(tuán)早前推出了基于全新電子電氣架構(gòu)的電動(dòng)車平臺(tái)——Double E架構(gòu)，核心亮點(diǎn)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(diǎn)是充分發(fā)揮了阿里云在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能的優(yōu)勢(shì)，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(dòng)的新型業(yè)務(wù)模式。

從整車線束的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣泳€設(shè)計(jì)、整車線束電源分配設(shè)計(jì)、整車線束搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)、整車線束單元原理設(shè)計(jì)、整車線束布置設(shè)計(jì)這幾個(gè)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(jì)，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(shì)。綜上所述，基于汽車電子電氣新架構(gòu)的整車線束設(shè)計(jì)，必將達(dá)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。

參考文獻(xiàn)：

[1] Connector Test and Validation Specification. Worldwide engineering standards of GM.General Specification Electr./Electronics，2007.

[2] 曲楊，宋丹琦，徐翠平. 導(dǎo)線束自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J]. 應(yīng)用技術(shù)， 2004.02：60-62.

[3] 郗永秋，蒙建波，陳清宏.智能線束檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表， 2007.02：13-15.

[4] 高暢.汽車線束檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探討[J].時(shí)代汽車，2017（06）：15-16.

[5] 孫建新.電動(dòng)汽車線束檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，2015.

[6] 馬奎.汽車線束檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015（22）：13-14.

[7] 顧大雁.汽車線束檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（08）：104-105.

[8] 王粲.一種汽車線束檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué)，2010.

[9] 趙鴻蕓.汽車線束檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探討[J].數(shù)碼世界，2018（10）：302.

[10] 蔡晶晶.汽車線束的精益設(shè)計(jì)及布置[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2012（03）：112-113.

[11] 鄧鵬.汽車線束設(shè)計(jì)及測(cè)試系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[12] 張新豐，楊殿閣，連小珉.汽車電器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全分布式設(shè)計(jì)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（07）：60-62.

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