基于新架構的智能汽車整車線束設計研究

閆新星 李玉慶 李國慶 徐海良

摘要：隨著汽車向電動化、智能化、網聯化方向發展，整車電器功能越來越復雜，人們越來越希望車輛人性化，對汽車神經系統—線束的要求越來越嚴苛。從汽車電子電氣新架構角度出發，對整車線束的設計進行了研究，達到了提高車輛可靠性、降低成本、提升電連接性能的目的。

關鍵詞：新架構;整車線束;可靠性;電連接性能;成本

中圖分類號：TP391.7? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）22-0265-03

開放科學（資源服務）標識碼（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，我國社會經濟發展迅速，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輸工具，在人們生活、工作中有著越來越廣泛且深入的應用。隨著我國汽車產業的日漸成熟，競爭日益激烈，各主機廠家對各細分市場的爭奪趨于白熱化，車型配置越來越高，特別是電氣化功能越來越多，在車型技術和性能參數相差不大的前提下，價格和質量成了左右消費者購買意愿的關鍵因素，因此如何在實現越來越多電氣功能的前提下，高質量、低成本的完成線束設計，成了擺在所有線束設計工程師面前的課題。本文從成本的角度、電連接性能以及汽車電子電氣新架構角度出發，對整車線束的設計進行了研究，達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 汽車新架構介紹

2.1 電子電氣架構對汽車影響

隨著社會經濟迅速發展，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。隨著汽車向電動化、智能化、網聯化方向發展，汽車功能配置復雜度要求越來越高，整車電器功能越來越復雜，為實現這些功能配置電子電氣系統也越來越復雜，同時電子電氣系統的成本壓力也越來越大，對電子電氣系統的要求也日益提高。因此，電子電氣架構EEA（Electronic & Electrical Architecture）應運而生[2]。

電子電氣架構起到電子電氣系統總布置的功能。在功能需求、法規和設計要求等特定約束下，通過對功能、性能、成本和裝配等各方面進行分析，所得到最優的電子電氣系統模型。就現代汽車制造業來說，汽車電子電氣架構設計集中反映出消費者對于汽車舒適度、人性化、智能化以及美觀性的消費需求。同時，汽車電子電氣架構是一項系統、復雜的工作，廣泛涉及軟件、硬件、網絡、線路等多方面內容。

2.2 電子電氣架構設計流程

針對汽車電子電氣架構的設計，國際通用的開發模式為V模式開發流程。電子電氣架構整體設計工作和流程優化，需要遵循六個步驟進行，電子電氣架構開發流程見圖1。

1）對于汽車功能需求進行定義。在該階段實施期間，需要根據市場對汽車的實際需求、客戶的具體需求進行分析，并對這些數據進行整理、分析以及統計等工作，保證在初期工作中，能夠對整車需求進行統計與評估，也能對進電子電器系統需求進行定義，這樣才能使電氣測試規范的制定滿足相關需求。

2）對整個電子電器系統的架構進行設計，保證其制定的合理性。期間，需要根據電子電氣系統的實際需求，對各個系統以及電氣加工方案進行合理制定，在整體上，保證整車電子電氣架構方案物理、邏輯架構的充分設計[3]。

3）對電子電器件進行具體設計。在實際工作執行期間，需要根據一個環節，對電子電氣架構方案進行物理、邏輯的優化設計，保證在真正含義能夠促進電氣電器件解決方案的優化設計。對于電子電氣系統，其中存在電氣器件、軟件、機械等，基于其中的相關需求，促進設計工作的有效執行，保證愛測試的規范性以及操作工作的合理性。

4）電子電器件、相關設備的開發。在該階段實際執行過程中，需要對電子電器件進行合理研究?；谠O計系統硬件、軟件、機械系統需求的設計，保證各個分工工作在零件供應商方面進行完成。在工作中還需要注意到：零件供應商的工作階段，要根據自身測試規范，對電子器件進行合理驗證，以保證電子器件的構建滿足汽車廠家的設計要求，符合硬件、軟件、機械系統的開發。

5）對整車系統架構的設計方案進行驗證。在實際驗證工作中，要基于相關的測試規范，為其找出適合整車電子電氣架構方案驗證工作。

6）在對整車電子電氣架構設計目標進行驗證期間，需要對存在的目標可信性進行思考，保證電子電氣架構設計需求目標得以優化實現。

2.3 電子電氣架構發展趨勢

隨著汽車向電動化、智能化、網聯化方向發展，整車電器功能越來越復雜，為實現復雜度越來越高的汽車功能配置，汽車電子電氣系統也在不斷進行適用性調整，出現各式各樣的汽車電子電氣新架構。

汽車電子電氣新架構總體發展方向主要如下幾個方面：

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，單個控制器的功能范圍擴大，整車的控制器數量呈現下降趨勢[4]。

2）車載傳感器數量將飛速增加，為確保車輛有充足的安全冗余，汽車將安裝具有多個具備相似功能的傳感器。從長期考慮，汽車行業將開發更完善的傳感器解決方案來減少傳感器數量和成本，從而使汽車的成本下降。

3）傳感器將更智能，為實現信息傳輸的高效性，集成化的智能傳感器將需要完成部分傳統ECU完成的工作。為確保傳感器的正常運轉，新一代傳感器清潔系統，例如除冰除塵等，將是新發展趨勢。

4）“汽車以太網”勢不可擋將成為整車支柱。汽車交互的數據量的提升，互聯環境下的安全保障，以及跨行業標準協議的需求很有可能催生汽車以太網。本地互聯網絡、控制器區域網絡等傳統網絡將繼續在汽車上應用，但僅限于封閉式的低級網絡。FlexRay和MOST等技術有可能被汽車以太網取代[5]。

5）自動駕駛的應用，需要大量的數據作為支撐，汽車將在云端結合車內及車外信息，不同企業間的數據共享，為汽車行車提供可靠有效的周邊行車環境，車輛對數據分析并將基于數據處理結果形成相應的行車方案。

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技術的應用，使人可以與車對話，V to V，V to X的實現，讓車有了自己的“語言”。

3 基于新架構的整車線束的設計

3.1 整車線束設計

整車線束設計不僅與電子電氣架構有關，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，電控單元對線束的布置要求等因素息息相關。從總體上而言，整車線束設計主要包含以下幾個方面：整車線束網絡拓撲接線設計、整車線束電源分配設計、整車線束搭鐵點設計、整車線束單元原理設計、整車線束布置設計[6]-[7]。

3.2 整車線束電源分配設計

整車線束電源分配設計主要是對保險絲、繼電器的分配設計。保險絲、繼電器一般以電器盒的形式出現在汽車中。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。一般由保險絲及正極保護殼組成。主要對整車供電的起到保護作用。前艙電器盒總成：位于前艙的電器盒總成。一般由保險絲、繼電器、保護殼等組成，主要針對布置于發動機艙的用電器，對整車線束回路起到電源轉換、電流保護的作用。儀表板電器盒總成：安裝于儀表板上的電器盒總成，屬于室內電器盒總成的一種。一般由保險絲、繼電器、保護殼等組成，主要針對布置于室內的用電器，對整車線束回路起到電源轉換、電流保護的作用。后背門電器盒總成：安裝于后備廂的電器盒總成，屬于室內電器盒總成的一種。一般由保險絲、繼電器、保護殼等組成，主要針對布置于后背門的用電器[9]，對整車線束回路起到電源轉換、電流保護的作用。電器盒按照位置分類見圖2。由于混動技術的不斷發展，整車電器盒的布置位置也會隨著整車布置的優化而不斷變化。

基于汽車電子電氣新架構的整車線束電源分配設計，主要是指整車電器盒中保險絲、繼電器的分配及設計?；谛录軜嫷谋ｋU絲、繼電器相較于傳統汽車電子電氣架構，整車保險絲的數量減少，繼電器也相應減少，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險點，尤其是智能化電器盒的應用，大大提高了整車線束的電連接可靠性[10]。

3.3 整車線束搭鐵點設計

整車線束的搭鐵點設計在汽車線束設計中起到重要作用，如果設計不好，就會造成信號干擾，從而影響某些電器的正常功能的實現。

整車線束在搭鐵點位置選擇上，遵循就近搭鐵原則。就其分布而言，應優先選擇在車身/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應優先遵守其特殊要求，此技術要求在搭鐵點位置設計時應優先滿足。對濕區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計中，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。但在實際整車線束設計和制作中存在接地回路打卡現象，否則會造成線束接地點數量過多、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，設計時應根據實際狀態確定[11]。

基于汽車電子電氣新架構的整車線束搭鐵點設計，需要注意幾個方面。整車線束搭鐵點應根據負載的特性以及是否有特殊要求，按照就近原則進行設計。對于整車性能及安全影響大，且易受到其他用電設備干擾的電控單元，這些用電設備的搭鐵點需要單獨設立。對于影響整車安全性能的用電設備，它的搭鐵點不僅需要單獨設立，而且為了確認安全可靠性，最好采用復式搭鐵。對于信號較弱的用電器的搭鐵位置最好也獨立，布置位置離用電器較近，以保證信號的真實傳遞[12]。對于蓄電池負極線束、動力單元搭鐵線束用導線的截面積較大，需要控制搭鐵的位置，較少導線長度、控制線束走向，以便減少電壓降。對于其余沒有特殊要求的用電器，可以根據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的電控單元數量減少，整車線束搭鐵點總量下降，但是需要注意的是部分傳感器的“信號-”不直接與電控設備相連，在搭鐵設計時要考慮傳感器的特殊性。

4 總結

汽車電子電氣新架構越來越成為實現現代汽車復雜化的整車電器功能的撒手锏，從而適應汽車向電動化、智能化、網聯化方向的發展趨勢。比亞迪早前宣布在最新的e平臺上實現儀表、空調、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裝配效率。上汽集團早前推出了基于全新電子電氣架構的電動車平臺——Double E架構，核心亮點之一是采用了支持海量數據極速傳輸的以太網技術。阿里巴巴推出的AliOS智聯網汽車解決方案，其一大亮點是充分發揮了阿里云在云計算、大數據和人工智能的優勢，借助阿里巴巴的生態能力，賦能合作伙伴更好探索“數據x智能”驅動的新型業務模式。

從整車線束的網絡拓撲接線設計、整車線束電源分配設計、整車線束搭鐵點設計、整車線束單元原理設計、整車線束布置設計這幾個主要方面分析結果可知，基于汽車電子電氣新的架構整車線束設計，相較于傳統的汽車電子電氣架構，具有降低整車線束的接插件總量、整車線束回路總數、整車端子數量、CAN通訊網絡CAN線總數等優勢。綜上所述，基于汽車電子電氣新架構的整車線束設計，必將達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：

[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. 導線束自動檢測系統的設計與開發[J]. 應用技術， 2004.02：60-62.

[3] 郗永秋，蒙建波，陳清宏.智能線束檢測儀的設計與研究[J].自動化與儀器儀表， 2007.02：13-15.

[4] 高暢.汽車線束檢測系統的設計與實現探討[J].時代汽車，2017（06）：15-16.

[5] 孫建新.電動汽車線束檢測系統設計[D].天津職業技術師范大學，2015.

[6] 馬奎.汽車線束檢測系統的設計與實現[J].中國高新技術企業，2015（22）：13-14.

[7] 顧大雁.汽車線束檢測系統的設計與實現[J].科技創新導報，2013（08）：104-105.

[8] 王粲.一種汽車線束檢測系統的研究與設計[D].武漢理工大學，2010.

[9] 趙鴻蕓.汽車線束檢測系統的設計與實現探討[J].數碼世界，2018（10）：302.

[10] 蔡晶晶.汽車線束的精益設計及布置[J].工業設計，2012（03）：112-113.

[11] 鄧鵬.汽車線束設計及測試系統的研究[D].哈爾濱工業大學，2009.

[12] 張新豐，楊殿閣，連小珉.汽車電器系統結構的全分布式設計[J].同濟大學學報（自然科學版），2012（07）：60-62.

【通聯編輯：梁書】