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一文讀懂基于新架構(gòu)的智能汽車(chē)整車(chē)線(xiàn)束設(shè)計(jì)研究

2021-11-05 08:44:39·  來(lái)源：汽車(chē)功能安全  
　
本文從成本的角度、電連接性能以及汽車(chē)電子電氣新架構(gòu)角度出發(fā)，對(duì)整車(chē)線(xiàn)束的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，達(dá)到了提高車(chē)輛可靠性、降低成本、提升電連接性能的目的。電子電氣
本文從成本的角度、電連接性能以及汽車(chē)電子電氣新架構(gòu)角度出發(fā)，對(duì)整車(chē)線(xiàn)束的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，達(dá)到了提高車(chē)輛可靠性、降低成本、提升電連接性能的目的。
 
電子電氣架構(gòu)對(duì)汽車(chē)影響
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(guò)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(chē)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，汽車(chē)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(chē)舒適度、人性化、智能化以及美觀(guān)性的消費(fèi)需求。同時(shí)，汽車(chē)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(xiàn)路等多方面內(nèi)容。

電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)流程
針對(duì)汽車(chē)電子電氣架構(gòu)的設(shè)計(jì)，國(guó)際通用的開(kāi)發(fā)模式為V模式開(kāi)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(kāi)發(fā)流程見(jiàn)圖1。


圖1 電子電氣架構(gòu)開(kāi)發(fā)流程
1）對(duì)于汽車(chē)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(chē)的實(shí)際需求、客戶(hù)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?chē)需求進(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(mǎn)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(chē)電子電氣架構(gòu)方案物理、邏輯架構(gòu)的充分設(shè)計(jì)。
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(kāi)發(fā)。在該階段實(shí)際執(zhí)行過(guò)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(mǎn)足汽車(chē)廠(chǎng)家的設(shè)計(jì)要求，符合硬件、軟件、機(jī)械系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。
5）對(duì)整車(chē)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(chē)電子電氣架構(gòu)方案驗(yàn)證工作。
6）在對(duì)整車(chē)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?xún)?yōu)化實(shí)現(xiàn)。
電子電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)
隨著汽車(chē)向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，整車(chē)電器功能越來(lái)越復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度越來(lái)越高的汽車(chē)功能配置，汽車(chē)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(chē)電子電氣新架構(gòu)。汽車(chē)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(lái)越高，單個(gè)控制器的功能范圍擴(kuò)大，整車(chē)的控制器數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
2）車(chē)載傳感器數(shù)量將飛速增加，為確保車(chē)輛有充足的安全冗余，汽車(chē)將安裝具有多個(gè)具備相似功能的傳感器。從長(zhǎng)期考慮，汽車(chē)行業(yè)將開(kāi)發(fā)更完善的傳感器解決方案來(lái)減少傳感器數(shù)量和成本，從而使汽車(chē)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裕苫闹悄軅鞲衅鲗⑿枰瓿刹糠謧鹘y(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(chē)以太網(wǎng)”勢(shì)不可擋將成為整車(chē)支柱。汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)以太網(wǎng)取代。
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(chē)將在云端結(jié)合車(chē)內(nèi)及車(chē)外信息，不同企業(yè)間的數(shù)據(jù)共享，為汽車(chē)行車(chē)提供可靠有效的周邊行車(chē)環(huán)境，車(chē)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(chē)方案。
6）汽車(chē)與外界交互越來(lái)越頻繁，汽車(chē)不僅是人們出行的行車(chē)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(chē)對(duì)話(huà)，V to V，V to X 的實(shí)現(xiàn)，讓車(chē)有了自己的“語(yǔ)言”。
基于新架構(gòu)的整車(chē)線(xiàn)束的設(shè)計(jì)
整車(chē)線(xiàn)束設(shè)計(jì)
整車(chē)線(xiàn)束設(shè)計(jì)不僅與電子電氣架構(gòu)有關(guān)，還與整車(chē)電控單元、傳感器等的布置位置，裝配工藝要求，整車(chē)電源需求，電控單元對(duì)線(xiàn)束的布置要求等因素息息相關(guān)。從總體上而言，整車(chē)線(xiàn)束設(shè)計(jì)主要包含以下幾個(gè)方面：整車(chē)線(xiàn)束網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣泳€(xiàn)設(shè)計(jì)、整車(chē)線(xiàn)束電源分配設(shè)計(jì)、整車(chē)線(xiàn)束搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)、整車(chē)線(xiàn)束單元原理設(shè)計(jì)、整車(chē)線(xiàn)束布置設(shè)計(jì)。
整車(chē)線(xiàn)束電源分配設(shè)計(jì)
整車(chē)線(xiàn)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(chē)中。按照電器盒在整車(chē)上的布置位置，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(chē)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(chē)線(xiàn)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(chē)線(xiàn)束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護(hù)的作用。后背門(mén)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(mén)的用電器，對(duì)整車(chē)線(xiàn)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(lèi)見(jiàn)圖2。由于混動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，整車(chē)電器盒的布置位置也會(huì)隨著整車(chē)布置的優(yōu)化而不斷變化。


圖2 電器盒按照位置分類(lèi)
基于汽車(chē)電子電氣新架構(gòu)的整車(chē)線(xiàn)束電源分配設(shè)計(jì)，主要是指整車(chē)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(chē)電子電氣架構(gòu)，整車(chē)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(xiàn)束回路之間的連接，降低了整車(chē)線(xiàn)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(chē)線(xiàn)束的電連接可靠性。
整車(chē)線(xiàn)束搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)
整車(chē)線(xiàn)束的搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)在汽車(chē)線(xiàn)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(chē)線(xiàn)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(chē)身/底盤(pán)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(mǎn)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(chē)電路接地原理設(shè)計(jì)中，一般要求搭鐵線(xiàn)直接壓接到搭鐵端子處，中間不允許存在并線(xiàn)打卡情況。但在實(shí)際整車(chē)線(xiàn)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(xiàn)束接地點(diǎn)數(shù)量過(guò)多、接地回路繞線(xiàn)，線(xiàn)束直徑過(guò)大、裝配困難、有效布置空間無(wú)法滿(mǎn)足線(xiàn)束尺寸要求等問(wèn)題存在，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際狀態(tài)確定。
基于汽車(chē)電子電氣新架構(gòu)的整車(chē)線(xiàn)束搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)，需要注意幾個(gè)方面。整車(chē)線(xiàn)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(chē)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(chē)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。對(duì)于蓄電池負(fù)極線(xiàn)束、動(dòng)力單元搭鐵線(xiàn)束用導(dǎo)線(xiàn)的截面積較大，需要控制搭鐵的位置，較少導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度、控制線(xiàn)束走向，以便減少電壓降。對(duì)于其余沒(méi)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(chē)電子電氣新架構(gòu)的電控單元數(shù)量減少，整車(chē)線(xiàn)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。
汽車(chē)電子電氣新架構(gòu)越來(lái)越成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代汽車(chē)復(fù)雜化的整車(chē)電器功能的撒手锏，從而適應(yīng)汽車(chē)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(chē)控制模塊線(xiàn)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(chē)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(chē)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(chē)線(xiàn)束的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣泳€(xiàn)設(shè)計(jì)、整車(chē)線(xiàn)束電源分配設(shè)計(jì)、整車(chē)線(xiàn)束搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)、整車(chē)線(xiàn)束單元原理設(shè)計(jì)、整車(chē)線(xiàn)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(chē)電子電氣新的架構(gòu)整車(chē)線(xiàn)束設(shè)計(jì)，相較于傳統(tǒng)的汽車(chē)電子電氣架構(gòu)，具有降低整車(chē)線(xiàn)束的接插件總量、整車(chē)線(xiàn)束回路總數(shù)、整車(chē)端子數(shù)量、CAN通訊網(wǎng)絡(luò)CAN線(xiàn)總數(shù)等優(yōu)勢(shì)。綜上所述，基于汽車(chē)電子電氣新架構(gòu)的整車(chē)線(xiàn)束設(shè)計(jì)，必將達(dá)到降低車(chē)輛制造成本、提升電連接性能、降低整車(chē)重量、提高車(chē)輛可靠性的目的。
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