線束在自動駕駛汽車上的應用

唐太師　趙桂菊　邱睿

【摘? 要】在人工智能技術、自動控制技術、計算機技術、信息融合、傳感技術和通信技術集中運用的推動下，信息通信和汽車行業的融合成為必然之舉，汽車產業或在不久之后迎來跨時代的改革，而軟件與功能之間的連接需要線束來實現。本文主要闡述線束在自動駕駛領域中的作用，主要從汽車自動駕駛線束的工作原理、布置組成、材質選擇以及壓接技術等方面進行論述，希望通過運用科技手段來提高線束品質，以便能在未來汽車市場上占有一席之地。

【關鍵詞】自動駕駛；自動駕駛線束；線束壓接；線束材質

中圖分類號：U463.62? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：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

作者簡介

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

1? 自動駕駛技術現狀

隨著自動駕駛技術的深度開發，市場上已初步實現自動駕駛技術為L0～L2級別的汽車，某些廠家已經初步達到L3級別自動駕駛的標準，但是若需普及L3級別的自動駕駛還有很多方面需要完善，其中最重要的一點就是可靠性。由于是一項新技術，還沒有經過大量的時間檢驗，難保沒有安全隱患。試想，就L3級別的自動駕駛技術而言，若車輛遇上無法識別的情況，需要駕駛員接管車輛，而此時駕駛員卻不能及時接管，那么很可能就會發生交通事故。因此，一款可靠的自動駕駛系統就顯得至關重要，而軟件與功能之間的連接需要線束來實現，對有汽車血脈之稱的線束而言亦面臨著嚴峻的挑戰。

2? 自動駕駛的線束工作原理

自動駕駛的主要部件由主控制器ADU、網關、前后攝像頭、前后雷達等組成。雷達傳感器和攝像頭均需使用先進的傳感器、執行器，雷達與攝像頭可以收集1～200m道路信息傳回主控制器，主控制器ADU對雷達和攝像頭傳輸回的數據進行分析計算，計算結果通過網關實現與汽車各系統的交互，從而達到對駕駛員、駕駛車輛、駕駛路面情況信息的全面監控，讓車輛能夠敏銳感知到周圍的環境，并自主分析車輛的運行情況以及車輛可能遇到的危險情況，讓車輛在運行過程中更加安全，實現安全性與平穩性的雙重效應。線束從中起到一個橋梁的作用，其需要把攝像頭錄制到的信號平穩且快速地傳輸到主機上，主機計算出結果之后再通過線束快速傳輸到網關，網關得到結果后把指令通過線束輸送到整車控制器，整車控制器得到結果后做出反應，還需要通過線束傳遞到各個功能件，線束猶如人體血脈一般輸送著各種電源和信號。

1）自動駕駛的電源。自動駕駛主機的電源通常是KL30+KL15，KL30主要是為各功能件提供電源，KL15為喚醒電源，啟動車輛時不能關閉此電源，目前大部分汽車使用的前后雷達為毫米波雷達，毫米波雷達具有穿透力強、技術成熟、成本低的特點，缺點是探測距離較短，無法感知行人，對目標無法細化識別，因此毫米波雷達通常使用的是KL15電，既能滿足性能要求又能降低靜態能耗；而激光雷達是智能駕駛汽車主要動態障礙物檢測傳感器，其主要特點是探測精度高，受光照影響小，可以用來描繪周圍環境參數，亦需要KL30+KL15電源的組合，KL30電可以持續供電，KL15只做喚醒用。其余的攝像頭一般均由主機供電。

2）自動駕駛的搭鐵。智能駕駛的搭鐵屬于重要系統，且易受其他用電器干擾，搭鐵點最好能單獨設定并離用電設備相對較近，搭鐵位置要設置在能夠防腐蝕的地方，由于后雷達位置的搭鐵點易受污水、灰塵的腐蝕，所以應該通過線束主干把搭鐵點設定在艙內的車身上。

3）自動駕駛的信號線。自動駕駛的信號傳輸使用CAN網絡進行傳輸，通常左右雷達上會帶有終端電阻，CAN線的終端電阻為120Ω，主機作為CAN線分支，由于分支點不能超過1m，主機與雷達距離較遠，不能滿足線束的設計需求，因此常常采用對CAN進行繞線的方法進行應對。

自動駕駛對安全可靠性要求比較高，面對復雜的行駛情況和車內電器情況，信號傳輸要求也很高，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。

3? 自動駕駛線束在整車的布置

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

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

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

3）左右兩側的攝像頭通常布置在左右后視鏡上。要從主機過渡到攝像頭，勢必需要經過門與車身的對接，門線的橡膠件設計就比較重要，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通常布置在后背門和后保險杠上。從后保險杠到車子前部需要經過整個車身，這一段距離非常長，布置上需要每隔一段距離增加一個固定點，必要的地方還需要增加護板進行防護。為了保證裝配的便利性，儀表線束增加與車身線束的inline，儀表臺附近的inline通常整合在一起，使用護板固定起來，便于管理與維護。

4? 自動駕駛線材的選擇

基于自動駕駛高可靠性的要求，普通的銅導線無法實現視頻信號的高清傳輸，這對于自動駕駛來說是一個致命缺陷，無法準確識別路面特征、距離等圖像處理，就無法準確地對汽車周邊環境進行檢測以及對汽車進行定位，因此視頻線選擇的是FAKRA同軸線。FAKRA同軸線纜連接結構如圖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準有ISO 20860-1和USCAR-18，測試標準主要有ISO 20860-2、USCAR-17和USCAR-2，尺寸標準定義了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準如圖3所示。

在不同公司的產品中，存在絕緣介質材料并不相同的情況，應該在符合標準的前提下，對不同絕緣材料和截面結構的連接器進行匹配試驗，驗證相關電性能指標是否在規定數值范圍內。

2）FAKRA inline連接器提供了有效的分段手段，但是在使用FAKRA inline時，盡量不要過多使用，因為在inline對接時會產生插入損耗，inline越多，損失得就越多，因此應盡可能地少用FAKRA inline，并且選擇的一對inline應盡可能選擇同一個廠家，這樣可以保證性能，也能減少切換廠家后對性能的評估和測試。

3）FAKRA使用的同軸電纜導體是銅絲，外包一層泡沫填充物，屏蔽以金屬銅網或鋁鎂合金編制網為主，絕緣材料一般為聚氯乙烯。目前，國家使用的電纜標準是GBT14864—1993的標準，同時電纜的好壞還需要測試與端子的保持力。

4）FAKRA板端連接器與線端連接器需保證插件尾部和PCB連接的設計要求，線束端和板端也最好能為同一個廠家產品，以此避免由于結構差異導致的性能缺陷。

5? 自動駕駛線束的壓接

傳統線束主要采取的壓接方式為U型端子連接，傳統的冷壓接方式簡便、成本低，大部分非關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，壓接后勢必會存在一定的空洞，從而導致電壓降增大，導電性能下降。然而在自動駕駛的高要求下，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械振動對線束物料工件進行焊接。在焊接過程中，超聲波線束焊接機有3個方向同時收緊至超聲波焊接端面，以20kHz的頻率在其表面進行循環往復地振動，同時對工件施加壓力，使工件間形成一種牢固的結合，從而達到焊接的效果。對于采用超聲波線束焊接，整個焊接過程可以被精確地控制，同時不會在金屬表面產生多余的熱量，焊接牢度強。由于超聲波焊接是把銅絲完全焊接在一起，因此導電性能遠優于U型端子的冷壓接。超聲波焊接以其優秀的焊接牢度和穩定的導電性能，必能勝任自動駕駛的需求。

6? 結語

隨著人工智能、視覺計算、雷達、監控裝置和全球定位系統的高速發展，自動駕駛汽車運用先進技術，相信在不久的未來，必能造出在無人類主動操作下自動安全行駛的機動汽車。因此，汽車線束人亦需不斷探索先進技術，運用科技手段提高線束品質，大力把先進生產設備投入到使用當中，才能在未來占得一席之地。

參考文獻：

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[4] 華經產業研究院. 2021—2026年中國自動駕駛行業市場供需格局及行業前景展望報告[M]. 北京：北京產業信息研究院，2021.

（編輯? 凌? 波）