隨著整車電氣負(fù)載的增加、 電氣架構(gòu)的發(fā)展、 新型能源的涌現(xiàn)， 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)也隨之變革和優(yōu)化， 從開(kāi)始的保障電網(wǎng)用電平衡、 用電安全， 逐步發(fā)展到電網(wǎng)的智能、 綠色。電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)已從電源部件的組合， 轉(zhuǎn)型為電源網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電源網(wǎng)絡(luò)的控制設(shè)計(jì)。在汽車電子領(lǐng)域配電方面， 隨著 MOSFET 和 HSD 芯片的迅速發(fā)展， 目前已經(jīng)可以做到使用單一芯片取代諸如繼電器、 保險(xiǎn)絲、 繼電器驅(qū)動(dòng)器等眾多組件了。

從芯片的角度來(lái)看，MOSFET 壽命更長(zhǎng)， 因此配置與組裝組件時(shí)具有更多彈性。傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲和繼電器都屬于機(jī)電件， 屬于材料和機(jī)械電氣結(jié)合的領(lǐng)域， 而基于半導(dǎo)體技術(shù)的 MOSFET 和 HSD 芯片則是電子器件， 二者是有本質(zhì)的區(qū)別的。智能配電技術(shù)就是采用 MOSFET 等芯片類產(chǎn)品取代傳統(tǒng)的繼電器保險(xiǎn)， 對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行供電， 并通過(guò)信號(hào)采集對(duì)設(shè)備用電進(jìn)行智能監(jiān)控和用電管理。

基于半導(dǎo)體器件的智能配電方案根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景主要有如下兩種：1. 驅(qū)動(dòng)芯片加 MOSFET 分立方案。這種方案的復(fù)雜度很高， 突出表現(xiàn)在：電流檢測(cè)難度大， 電路保護(hù)復(fù)雜， 診斷功能復(fù)雜， 保護(hù)功能少， 保護(hù)速度慢， 保護(hù)策略復(fù)雜。該方案的綜合成本較高， 適用于大電流場(chǎng)合。目前車載應(yīng)用較少， 車載大電流應(yīng)用還是以保險(xiǎn)絲+繼電器為主。2.HSD 智能高邊開(kāi)關(guān)集成方案。

單芯片集成了驅(qū)動(dòng)、 MOSFET、 電流檢測(cè)、 熱保護(hù)、電壓保護(hù)、 EMC、 各種診斷等功能。此方案十年前已開(kāi)始普及， 至今仍限于小電流負(fù)載應(yīng)用。以特斯拉為例， 其 FBCM（前車身控制模塊） 中大量使用低 RDS_ON（即低導(dǎo)通阻抗， 大電流） 的 MOSFET 用于電源分配， 總數(shù)在 50 顆以上；小電流采用了英飛凌的 HSD 芯片， 而作為二級(jí)配電的 LBCM（左車身控制模塊） 中則只用了 20 顆左右的 MOSFET。

相較于傳統(tǒng)配電方式， 智能配電技術(shù)存在較大的優(yōu)勢(shì)：第一， 能源管理。根據(jù)用戶場(chǎng)景進(jìn)行智能化精準(zhǔn)配電， 減少不必要的電力浪費(fèi)， 讓電力得到最優(yōu)化的利用?？梢灾悄芑芾碓O(shè)備休眠與喚醒， 降低整車功耗。第二， 獨(dú)立控制和模塊化管理。采用可編程的半導(dǎo)體器件分別控制每個(gè)回路后， 可實(shí)現(xiàn)整車復(fù)雜的 VMM（Vehicle Model Management， 車輛模塊管理） ， 并且當(dāng)需要設(shè)計(jì)變更時(shí)，還可支持 OTA 升級(jí)。第三， 智能配電具備明顯的安全優(yōu)勢(shì)。采用智能配電方式， 發(fā)生短路故障時(shí)， 可實(shí)現(xiàn)微妙（μS） 級(jí)保護(hù)， 瞬間切斷故障回路， 保證重要設(shè)備的正常使用。如表 3-3 所示， 除了短路保護(hù)之外， 基于 MOSFET 的智能配電在過(guò)流保護(hù)、 過(guò)壓保護(hù)、 過(guò)溫保護(hù)以及相關(guān)異常檢測(cè)方面都有傳統(tǒng)配電所不具備的天然優(yōu)勢(shì)

第四， 采用智能配電方式， 可以有效避免線束冗余設(shè)計(jì)， 降低線徑、 成本和重量。當(dāng)前， 對(duì)于汽車電子而言， 智能配電的應(yīng)用還存在一定的技術(shù)難度， 特別是在軟件控制策略、 保護(hù)機(jī)制、 容錯(cuò)管理、 線束老化檢測(cè)等方面存在一些挑戰(zhàn)， 這也是影響著車端智能配電技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要因素。不過(guò)， 隨著軟硬件技術(shù)的不斷成熟， 智能配電在車控領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)逐步擴(kuò)大。

線束設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

1.概述

線束是汽車電路中連接各電器設(shè)備的接線部件， 由絕緣護(hù)套、 接線端子、 導(dǎo)線及絕緣包扎材料等組成， 汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)載體， 是整車電器零部件的血管和神經(jīng)系統(tǒng)， 沒(méi)有線束也就不存在汽車電路。隨著整車電子電氣系統(tǒng)增加， 車輛電動(dòng)化、 智能化、 網(wǎng)聯(lián)化、 共享化及5G技術(shù)的應(yīng)用， 導(dǎo)致線束的質(zhì)量、 體積急劇增加， 進(jìn)一步的增加了線束的布置難度。線束對(duì)整車電器電子功能的實(shí)現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。

汽車線束主要用于連接汽車的蓄電池、 分電盒、 執(zhí)行器、 控制器、 傳感器、 動(dòng)力電池等部件， 為整車電器電子部件提供電能、 信號(hào)傳輸， 并為控制回路提供基礎(chǔ)連接， 使之實(shí)現(xiàn)所有的電器功能。電氣安全和信號(hào)精度對(duì)線束的連接穩(wěn)定性要求極高， 確保線路不產(chǎn)生過(guò)載、 短路、 斷路、 電壓波動(dòng)以及信號(hào)傳輸衰減。在線束布置的總體設(shè)計(jì)中要充分考慮各相關(guān)的邊界條件， 對(duì)車身、 動(dòng)力總成、 儀表臺(tái)、 底盤(pán)、 內(nèi)飾件必須充分、 系統(tǒng)的了解， 充分考慮各相關(guān)件對(duì)線束布置可能產(chǎn)生的影響， 并對(duì)相關(guān)件的設(shè)計(jì)提出相應(yīng)合理的要求。同時(shí)， 我們要充分考慮整車的溫度分布和震動(dòng)， 避免線束通過(guò)高溫區(qū)，避免線束劇烈震動(dòng)， 從而提高線束布置的可靠性。

2.整車線束布置設(shè)計(jì)的幾種基本走向

傳統(tǒng)車型在線束的布置中， 通常有H、 L、 E、 R 型等多種布置形式， 最具有代表性的為H型與E型， 如下圖所示。

圖 線束布置H型（左） 和E型（右）新能源車型在線束布置中通常采用川型布置，如下圖所示， 即高壓線束在中央， 低壓線束分布兩側(cè)， 避免了因高低壓線束布置導(dǎo)致的EMC問(wèn)題。

圖 線束布置川型3.整車線束的基本分類

在整車的線束中， 我們可以將線束按區(qū)域和功能劃分成：前艙線束總成、 前保險(xiǎn)杠線束總成、 儀表板線束總成、 頂棚線束總成、 蓄電池正極線束總成、 蓄電池負(fù)極線束總成、 地板線束總成、 發(fā)動(dòng)機(jī)線束總成、 變速箱線束總成、 左前門(mén)線束總成、 右前門(mén)線束總成、 后門(mén)線束總成、尾門(mén)線束總成、 行李箱線束總成和高壓線束等。常見(jiàn)的線束分段見(jiàn)下圖。

圖 線束拓?fù)鋱D

4.線束布置的確認(rèn)

線束的劃分和整車的結(jié)構(gòu)和裝配工藝有很大的關(guān)系， 不必拘泥于以上的劃分形式。力求達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 拆裝方便、 布局美觀、 固定保護(hù)良好。同時(shí)， 在線束中盡量采用模塊化設(shè)計(jì)， 減少回路。此外、 在線束的設(shè)計(jì)中， 局部的線束需要采用轉(zhuǎn)接線等形式， 需要具體車型而定。要充分考慮線束的走向、 過(guò)孔、 固定及溫度震動(dòng)等， 把所有可能出現(xiàn)的情況盡可能的在設(shè)計(jì)初期考慮周全， 避免以后出現(xiàn)顛覆性錯(cuò)誤。明確輸入輸出信息。把以后所有可能的出現(xiàn)的重大問(wèn)題解決完畢。在對(duì)以上所有的資料進(jìn)行充分的分析以后， 進(jìn)行線束的總體布置。要求線束結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 便于線束制造、 裝配及后期維護(hù)。把主要的電器件初步連接起來(lái)， 并確定大概的線束劃分方法。在方案形成以后， 對(duì)線束布置方案進(jìn)行可行性分析從而確認(rèn)整車線束的走向類型及分段信息。

汽車線束技術(shù)前景展望輕量化及低成本

各汽車廠家都致力于降低整車制造成本的同時(shí)降低客戶的使用成本（油耗） ， 輕量化已經(jīng)成為各汽車生產(chǎn)廠家的重要課題， 也是各車型能否進(jìn)一步占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵。線束作為整車的重要零部件， 占整車總重量的5%， 而且隨著汽車電子設(shè)備的逐漸增加而繼續(xù)擴(kuò)大。在新能源車型中， 輕量化也意味著行駛里程的增加， 平均每5kg的質(zhì)量節(jié)約意味著1km行駛里程的增加，整車線束輕量化具有重大意義。

集成化

上世紀(jì)90年代以來(lái)， 歐、 美、 日整車企業(yè)不斷推廣使用模塊集成化生產(chǎn)方式。作為模塊集成內(nèi)配線介質(zhì)， 采用平面配線材料例如柔性化印刷電路（FPC， Flexibleprinted Circuit） 或柔性化平面電纜（FFC， Flexible Flat Cable） 。模塊集成化應(yīng)用在配線空間非常有限的車頂、 車門(mén)及配電板（Console） 中， 作為兼顧擴(kuò)大車廂空間與提高線束布置有效性方法， 預(yù)計(jì)今后將會(huì)進(jìn)一步推廣。柔性化印刷電路應(yīng)用于模塊， 以及電子部件裝配或傳感器部件集成化， 使配線材料向高功能方向發(fā)展。例如FPC儀表板上應(yīng)用與膜片（Membrane） 支承傳感器或天線上應(yīng)用，就是很好的實(shí)例。

目前國(guó)內(nèi)自主車廠在保險(xiǎn)絲盒設(shè)計(jì)時(shí)主要采用傳統(tǒng)的線束與保險(xiǎn)絲盒一體的方式， 線束與保險(xiǎn)絲盒不可拆卸。一個(gè)車型通常采用2-4個(gè)保險(xiǎn)絲盒， 內(nèi)置幾十個(gè)繼電器。在線束總成中， 保險(xiǎn)絲盒所占空間、 重量比重較大。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展、 產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升，自主品牌整車企業(yè)將更多地應(yīng)用線束與保險(xiǎn)絲盒分體可拆卸式， 以及更多的繼電器、 控制單元

等元件集成在一起的BCM（車身控制器） 。隨著生產(chǎn)線自動(dòng)化程度的高度發(fā)展， 模塊化裝配將大大降低裝配時(shí)間， 提升工作效率。

智能化汽車電子電氣架構(gòu)已迎來(lái)升級(jí)， 汽車架構(gòu)從分布式向域集中式再向中央計(jì)算式逐漸進(jìn)化，控制功能迅速集中。域控制器通過(guò)集成多個(gè) ECU， 減少車輛線束， 有利于降低線束布局復(fù)雜度和整車成本。隨著車載數(shù)據(jù)傳輸量的不斷增加， 數(shù)據(jù)傳輸頻率、 速率呈現(xiàn)一種快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。高速數(shù)據(jù)傳輸線束（如以太網(wǎng)、 同軸線纜等） 作為信號(hào)傳輸?shù)闹饕浇榈膽?yīng)用越來(lái)越多， 是適應(yīng)未來(lái)自動(dòng)駕駛車輛大數(shù)據(jù)體量、 高傳輸速率的主要且關(guān)鍵的技術(shù)。

編輯：黃飛