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智能汽车电子架构下的汽车线束新形态

2019-06-21 14:55:55 来源:Ofweek

【大比特导读】当我们坐在车内,可以轻松地控制车窗、空调甚至方向盘时,可能想象不到,隐藏在汽车外壳下的电气分配系统,正在数以千米计的线束之间进行信号传输。

当我们坐在车内,可以轻松地控制车窗、空调甚至方向盘时,可能想象不到,隐藏在汽车外壳下的电气分配系统,正在数以千米计的线束之间进行信号传输。移动出行新时代的来临,智能车辆出现了更多的主动安全功能、信息娱乐系统以及网络互联服务,这让汽车内部的电气架构变得极其复杂。

线束

上世纪50年代,当外观优美、内部设计简约的雪佛兰贝尔艾尔(Bel Air)汽车问世的时候,在其电气架构系统中,没有任何的电子元件,只有极少的电气组件,依靠最基本的环形端子连接;直到1970年,汽车开始引入电子元件,而且排放要求和电子模块也随之出现,线束定位开始对电气系统提出了专业要求;2000年-2010年间,汽车电子技术与日俱增,数据和通讯协议推动新品需求,大功率管理开始盛行,同时消费电子产品集成增加了电气系统的复杂性,美国的燃油经济性法规推动高电压动力系统发展。

线束

2019年,在自动驾驶汽车到来前夜,一辆汽车需要在一眨眼的时间内传输足足15,000条数据,同时新增的众多传感器和雷达,需要消耗大量的能源。1995年-2005年,汽车能耗几乎是翻倍的,从700瓦到1100瓦。现在,汽车能耗能够达到40000瓦,这等于是一个住房的能耗了,而且汽车线束回路的数量已经达到3200个。

从历史上看,当汽车添加新功能(如加热座椅)时,只需添加一个新的控制模块和接线。那么在L3、L4自动驾驶系统中,一个未经优化的系统需要增加接近两公路长的布线,5千米长的线束和连接器装入今天的汽车中,对汽车轻量化、电动化的大趋势是一个极大的挑战。

重新思考车辆的架构

未来汽车需要什么样的电气架构?智能车辆的电气分配系统正在发生怎样的演变?带着这些问题,我们造访了全球领先的技术公司安波福位于天津的线束生产基地,与安波福公司电气分配系统全球总裁威廉 T. 普雷斯利(William T. Presley)先生和亚太区副总裁兼董事总经理朗智文(Anu Rathninde)先生就汽车电气架构演进等问题进行了深度交流。

安波福

普雷斯利提到“未来的汽车架构会有三个S:一个是简化(simplified),一个是可扩展(scalable),还有一个是可持续(sustainable)。现在的汽车架构系统有非常大的中央化的一个电力分配中心,然后有分布式的计算系统。安波福要做的就是把它反过来,成为一个集成的中央计算系统,而配电系统则是分布式的,这样就能够利用现有的车辆当中的这些模块,减少电气分配中心的体积和重量,从而可以实现减排,提升汽车的可行驶公里数。”

安波福

过去的几十年里,汽车正在利用计算平台知识提供更多的特性和功能,高性能计算平台的出现,让汽车功能自然集成在一起。未来汽车将转变为一个由软件定义的平台。针对功能丰富且高度自动化的车辆,安波福提出了一种可持续优化的智能汽车架构(SVA)拓扑结构,它包括一个动力数据中心(PDC)、数据主干网以及中央计算集群,用来处理计算、信号和动力传输的整体方案,能够帮助实现支持基于软件的各项功能、快速数据传输,并且能够满足最高级别汽车安全的冗余性要求,确保汽车故障后仍然能安全运行,同时还能满足业内最严格的运行安全与网络安全标准。

在安全方面,该系统采用三重防故障的运行设计,将电力故障、网络故障甚至运算故障都考虑在内,车辆电气系统出现问题,能够实时重新规划电力、网络传输,甚至让自动驾驶汽车安全停车。在设计中充分考虑了在各种情况下,仍保证为汽车安全运行提供必要的网络协议(IP),使汽车即使出现故障后也能安全运行,而这也正是未来智能汽车架构的基础。

普雷斯利认为“今天的汽车架构每一个OEM,每一个车辆架构是不一样的,而智能汽车架构(SVA)就是让你能够有一些基础的部分,比如说动力数据中心,还有中央计算集群,可以把这样的区块放在任何的车辆上面,要改的只不过是电气分配系统的长度。所以,每一个车辆不需要有单独的架构,所有的车辆都有同样的架构,这个功能是通过解决方案还有软件应用来实现的。所以说不再需要定制每一个架构。”

新趋势下的汽车线束形态

汽车线束是汽车电路的网络主体,没有线束也就不存在汽车电路。线束的长度越长,体积越大,会增加车辆的重量,而增加重量往往意味着将减少电动车的可行驶公里。随着电气化,汽车线束也发生着演进。汽车电气分配系统中的线束是安波福智能汽车架构的核心组成部分,也是安波福全球产品组合中无可替代的一条重要产品线。多年来,安波福通过改良线束材料和加工工艺等措施,不断优化线束结构。

在轻量化方面,我们用一些材料科学技术来降低材料的重量,如一些高压线束之前是用铜制造的,现在可以用铝制造。还有微型化,比如说用一些合金的技术或者其他的技术,能够增加未来车辆当中的布线密度,这样的话就可以在不增加车辆体积的同时容纳这些线束。有些线束回路太小了或者太细了,人工是无法完成操作的,那我们就要改变整个制造的流程。”普雷斯利介绍。

安波福电气分配系统业务部(EDS)在全球共有59个工厂,成品运往遍布全球的647个客户地点,每年生产的线束长度超过1500万千米,可绕地球370多周。

安波福

惊人产量的背后,是极为复杂的生产制造工艺。首次向媒体开放的安波福天津生产基地,正在为戴姆勒和奥迪生产定制产品。据介绍,一辆中等豪华轿车平均有超过4000-5000个连接点需要由线束连接,不仅逻辑顺序复杂,传递信号的种类也相当丰富,包含了模拟信号、数据信号、电力信号等。此外,线束的开发涵盖汽车的整个生命周期以及所有的分系统,因此往往需要与客户进行大量沟通、深度参与,同时进行多方面、多领域的协同合作。以安波福的奔驰E-Class项目为例,这一单一线束设计生产项目就动用了安波福全球超过200位工程师才合作完成。

智能化重塑挑战

2020年,汽车将会有更多的ADAS、信息娱乐和用户体验等功能出现,作为全球领先的线束生产商也面临着很多关键的挑战:在开发方面,复杂性和相互依赖性的增加将使时间线延长;在制造方面,车辆面临物理空间不足的难题,组装困难;在后期生产方面,维持工程带来沉重负担,无法增强功能性等。

尽管未来有诸多难题有待解决,不过相信当德尔福变身为安波福的时候,安波福已经准备好了,并且有自己明确的定位:提供未来汽车所需的‘大脑’及‘神经系统’,使移动出行变得更加安全、绿色、互联。

本文由大比特商务网收集整理(www.big-bit.com)

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