淺談汽車電路現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

高維士，徐丙會

（中國人民解放軍蚌埠汽車士官學(xué)校，安徽 蚌埠 233011）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種新興技術(shù)在汽車上得到不斷運(yùn)用，汽車上裝備的電氣設(shè)備日益增多，各控制單元之間的信息交換越來越密集，傳感器和導(dǎo)線數(shù)量越來越多，汽車電路日趨復(fù)雜，這就給汽車電路檢測維修帶來了諸多不便和車輛性能上的一些損失。下面就汽車電路的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢進(jìn)行論述。

1 汽車電路現(xiàn)狀

現(xiàn)代汽車行業(yè)技術(shù)雖已十分發(fā)達(dá)，但是在汽車電路的設(shè)計(jì)和線路應(yīng)用上還是存在一定不足，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1）導(dǎo)線繁多，增加成本及汽車質(zhì)量，不易辨認(rèn)，造成維修不變。隨著人們對車輛各種性能需求的不斷提高，各種電器設(shè)備被不斷地設(shè)計(jì)安裝，從行駛、制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保障系統(tǒng)，從儀表報(bào)警系統(tǒng)控制到數(shù)字通信、媒體、導(dǎo)航、定位、娛樂等新型電子通信管理。傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)布線方法使得連接導(dǎo)線越來越繁多，布線系統(tǒng)越來越龐大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車，其導(dǎo)線長度達(dá)2000m，電器節(jié)點(diǎn)達(dá)1500個。據(jù)資料介紹，這項(xiàng)數(shù)據(jù)大約每10年增長一倍，大大加劇了粗大的線束與汽車有限空間之間的矛盾，同時線本身的質(zhì)量也增加了車輛的自重。傳統(tǒng)的布線方法對故障的查找也相當(dāng)麻煩，不便于維修，若想在車上增加一兩種新的功能，或者將某個落后的用電器配件更新，將會使本來很亂的布線更加復(fù)雜。此外，導(dǎo)線大都用不同顏色、不同標(biāo)號區(qū)分，但由于各國汽車廠商應(yīng)用各有差異，造成識別困難、維修不便。因此，無論從材料成本、車輛使用經(jīng)濟(jì)性還是從工作效率來看，傳統(tǒng)布線方法都很難適應(yīng)汽車發(fā)展需要。

2）電路圖標(biāo)準(zhǔn)不一，不易讀懂，難以掌握。由于各國汽車電路圖在繪制方法、符號識別及文字、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面有所不同，汽車電路圖有很大差異，甚至同一個國家不同公司的電路圖也存在較大差異。例如線路圖中表示導(dǎo)線顏色的字母，各個制造廠商不盡相同，具體情況需要參照相應(yīng)的維修手冊。例如豐田系列，標(biāo)注 “R”表示單色導(dǎo)線，顏色為紅色；標(biāo)注 “R-W”表示雙色導(dǎo)線，主色為紅色，輔助色為白色。桑塔納2000導(dǎo)線的顏色直接用中文標(biāo)出，“紅”表示導(dǎo)線的顏色為紅色，“紅／黑”表示導(dǎo)線的顏色主色為紅色，輔助色為黑色。通用凱越 “WHT”表示導(dǎo)線的顏色為白色，“LTGRN／BLK”表示導(dǎo)線的顏色主色為淺綠色，輔助色為黑色。這就給讀圖帶來許多麻煩，要讀懂一種車型的整車電路圖，特別是較復(fù)雜的轎車電路圖，并非易事。因此汽車電路圖的簡化、規(guī)范已是當(dāng)今世界汽車電路圖的表達(dá)總趨勢。

3）布線重復(fù)不能很好實(shí)現(xiàn)信息共享、互通，不能根據(jù)實(shí)況需要優(yōu)先傳遞信息，缺少實(shí)時性和靈活性。為了滿足人們對車輛的安全性、舒適性以及燃油經(jīng)濟(jì)的苛刻需要，實(shí)現(xiàn)電控燃油噴射、驅(qū)動防滑、防抱死、廢氣再循環(huán)控制、巡航控制和空調(diào)等系統(tǒng)的實(shí)時性要求，有必要對公共數(shù)據(jù)實(shí)行共享，如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、油門踏板位置等。但傳統(tǒng)的布線無法很好實(shí)現(xiàn)信息共享，所以導(dǎo)致傳感器眾多，造成重復(fù)布線。同時由于每個控制單元對信息實(shí)時性的要求是因數(shù)據(jù)的更新速度和周期性不同而不同的，這就要求其數(shù)據(jù)交換網(wǎng)是基于優(yōu)先競爭的模式，且自身具有較高的通行速率，這就需要新型的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來滿足其需求。

2 汽車電路發(fā)展趨向

隨著科技的不斷進(jìn)步及能源的不斷缺失，未來的汽車電路必然會向著減少能源消耗、提高車輛經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)車輛信息傳遞高效、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。

1）使用高電壓技術(shù) 基于車載電器設(shè)備增多，用電負(fù)載越來越大，這就要求汽車上采用能量大、體積小、效率高的電源，目前，已有汽車公司在研究使用36V、42V新型電源的課題。2008年，歐盟已經(jīng)開始實(shí)車應(yīng)用42V電源電壓技術(shù)。理論與實(shí)驗(yàn)證明:在電器負(fù)載功率不變的情況下，電源電壓提高2倍，負(fù)載電流可以減小2／3。因此，提高汽車電源電壓，就可以大大減小汽車電器或電子控制部件的電流，減小能量消耗，汽車導(dǎo)線、電纜、電動機(jī)、線圈等就可縮小尺寸，節(jié)約導(dǎo)線，減小質(zhì)量，而且能夠減小電子設(shè)備體積，節(jié)約空間。目前，42V電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了國際汽車工業(yè)界的認(rèn)可，并已在一些車輛上采用，如沃爾沃公司的S80和福特公司的混合動力車Explorer。

2）使用光纖電纜技術(shù) 光纖電纜不僅具有質(zhì)量輕、成本低、柔韌性好、耦合效率高等優(yōu)點(diǎn)，還同時具備電氣絕緣性能好、信號傳輸效率高、音頻響應(yīng)好、抗電磁干擾和抗輻射能力強(qiáng)等特性。德國寶馬公司 （BMW）在2002年3月上市的BMW7系列中鋪設(shè)了50 m塑料光纖。對于采用塑料光纖的理由，寶馬公司解釋說: “使用目前的電纜時，數(shù)據(jù)傳輸速度一旦超過500 kb／s，就會產(chǎn)生電磁噪聲問題。而今后車內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸速度的發(fā)展趨勢將是越來越高，這一問題將更加嚴(yán)重。考慮到這一情況，從著眼于未來的角度出發(fā)，采取了導(dǎo)入塑料光纖的措施。”隨著光纖技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本不斷降低，必將逐步取代傳統(tǒng)的同軸電纜及雙絞線，從而大大降低汽車電子控制系統(tǒng)乃至整車的制造成本，有效減輕整車裝備質(zhì)量，同時還為汽車輕量化開辟一條新的技術(shù)道路。

3）使用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠有效傳輸車輛上各用電設(shè)備產(chǎn)生的海量實(shí)時信息，滿足電控燃油噴射、驅(qū)動防滑、防抱死、廢氣再循環(huán)控制、巡航控制和空調(diào)等系統(tǒng)的實(shí)時性要求，實(shí)現(xiàn)對汽車公共數(shù)據(jù)實(shí)時共享，按照每個控制單元對實(shí)時信息的要求提供數(shù)據(jù)交換網(wǎng)的優(yōu)先競爭模式。早在1986年德國博世公司就提出了CAN總線，隨后又相繼出現(xiàn)LIN總線、MOST總線 （其數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)24.8 Mb／s），并得到了初步的應(yīng)用，世界上一些著名的汽車制造廠商，如BENZ（奔馳）、BMW （寶馬）、PORSCHE （保時捷）、ROLLS-ROYCE （勞斯萊斯）和JAGUAR（美洲豹）等都采用了CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。

4）使用集成電路和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù) 車載電路的發(fā)展趨勢是集成度越來越高，功能越來越強(qiáng)。集成電路具有體積小、質(zhì)量輕、引出線和焊接點(diǎn)少、壽命長、可靠性高、性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。越來越多的電路以集成芯片的方式出現(xiàn)在設(shè)計(jì)師手里，使電子電路的開發(fā)趨向于小型化、高速化。而模塊化設(shè)計(jì)又能夠開發(fā)具有多種功能的不同產(chǎn)品，不需要對各種產(chǎn)品實(shí)施單獨(dú)設(shè)計(jì)，而是精心設(shè)計(jì)出多種模塊，將其經(jīng)過不同方式的組合構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以有效解決產(chǎn)品品種、規(guī)格、制造周期和成本之間的矛盾。其二者有機(jī)結(jié)合，既能夠有效解決導(dǎo)線繁雜問題，又能夠解決電子設(shè)備繁多問題，同時實(shí)現(xiàn)縮小體積、減輕質(zhì)量、縮短工時、提高汽車電子控制系統(tǒng)乃至汽車整車的可靠性及經(jīng)濟(jì)性。據(jù)Strategy Analytics的一份市場報(bào)告指出，全球汽車集成電路市場由2005年的164億美元增加到2009年的200億美元。其最新發(fā)表的研究報(bào)告稱，2013年全球汽車半導(dǎo)體市場規(guī)模將增長到50億美元，其中安全與舒適性應(yīng)用所占比例將超過50%。以豐田2006款雷克薩斯LS460為例，其汽車動態(tài)綜合管理系統(tǒng)利用來自各種傳感器的數(shù)據(jù)來預(yù)測打滑。它利用這些數(shù)據(jù)和駕駛員的判斷來幫助駕駛員恢復(fù)對汽車的控制，通過激活電子控制制動、電子助力轉(zhuǎn)向、制動防抱死、汽車穩(wěn)定性、制動輔助、電子制動力量分配和發(fā)動機(jī)扭矩等功能來恢復(fù)對汽車的控制。

3 結(jié)束語

通過技術(shù)的不斷進(jìn)步以及科研人員的創(chuàng)新研發(fā)，未來的汽車電路一定能在不斷滿足人們對高性能車輛需求的同時，實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能、高效、靈活、智能、低成本的要求，實(shí)現(xiàn)車輛在提供交通便利的同時滿足其他功能的需要。

［1］劉文國.汽車電氣設(shè)備制造與維修［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［2］周建平.汽車電氣設(shè)備制造與維修:新編版［M］.北京:人民交通出版社，2012.

［3］安宗權(quán)，曾憲均.汽車電氣系統(tǒng)檢修［M］.北京:人民郵電出版社，2010.