[汽車之家 技術(shù)] 如果讓1950年的汽車工程師看當(dāng)今的汽車,我猜除了能認(rèn)出汽車的形狀,從動力系統(tǒng)到電子架構(gòu)可能都會顛覆當(dāng)時的認(rèn)知。的確,汽車正越來越“接近”它的發(fā)明者——人類,當(dāng)年所謂的幾個沙發(fā)加四個輪子的時代可能真的一去不復(fù)返了。
盡管人類關(guān)于自身奧秘的研究還有很長的路要走,但這并不影響我們了解一些基本的知識,比如大腦、軀干、內(nèi)臟、神經(jīng)系統(tǒng)等。其中,神經(jīng)系統(tǒng)和大腦是尤為神秘和重要的存在。用這些認(rèn)知去理解汽車,顯然有事半功倍之妙。汽車同樣有“大腦”和“神經(jīng)系統(tǒng)”,通俗的說就是ECU或者更廣一點就是嵌入式軟件驅(qū)動的汽車功能,而神經(jīng)系統(tǒng)就是看起來有些不太起眼的電子線束。這一期《冷科技》我們就來聊聊不為人知的汽車“神經(jīng)系統(tǒng)”。
◆讓我們從一臺松綠色的凱迪拉克開始聊起
上學(xué)的時候,汽車電子算是讓我比較頭痛的一科,電路圖學(xué)習(xí)、線束圖識讀等都挺復(fù)雜,但如果我們回顧汽車電子架構(gòu)的進(jìn)化史,你就會明白這些看起來眼花繚亂的線束并不是一蹴而就的,可以說汽車電子架構(gòu)從誕生到現(xiàn)在是發(fā)生了巨大的變化,而這種巨大的變化顯然與電子技術(shù)的發(fā)展密不可分。
這個情況1980年前基本沒有太多變化,即使在1970年世界先進(jìn)國家開始有排放要求以及電子模塊出現(xiàn),但因為電子技術(shù)的滯后,依然處于展望階段。這時候英特爾出現(xiàn)了,英特爾帶來的科技技術(shù)和理念給汽車行業(yè)帶來了新的生機(jī)。
來到當(dāng)下,2020年汽車電子的關(guān)鍵詞在于“機(jī)動性”,這是國際上大部分深耕汽車電氣架構(gòu)供應(yīng)商們比較認(rèn)可的方向。
怎么理解呢?我們現(xiàn)階段的汽車(也包括所謂的智能汽車、互聯(lián)網(wǎng)汽車)都面臨的一個問題是新的車載系統(tǒng)如何突破汽車機(jī)載的限制,同時大量的車載數(shù)據(jù)以及4G甚至即將到來的5G都對線纜和連接器提出了新的要求。
據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),如今,一臺搭載有L2.5級主動安全功能汽車的單位時間平均數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到阿波羅登月時所產(chǎn)生數(shù)據(jù)量的10幾倍!如此龐大的數(shù)據(jù)傳輸,對汽車的神經(jīng)系統(tǒng)提出了前所未有的要求和挑戰(zhàn)。更多的數(shù)據(jù)傳輸并非僅僅增加線束即可。
要將5.6千米的線路和連接器裝配進(jìn)當(dāng)前的汽車中,顯然是不切實際的——因為如此長的導(dǎo)線不僅要在有限的車體上搶占更多空間,也與汽車輕量化的趨勢背道而馳。此外,更加密集的線束將使得導(dǎo)線之間更容易受到影響,對保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定極為不利。
汽車擁有更多的特性,就意味著與以往相比,汽車需要配備更強(qiáng)的運(yùn)算能力、處理更多的數(shù)據(jù)以及分配更高的功率。隨著汽車逐漸演變成一臺功能越來越多、互聯(lián)程度越來越高的超級計算機(jī),它的架構(gòu)和基礎(chǔ)已經(jīng)需要進(jìn)行徹底的革新。因為過去傳統(tǒng)的汽車架構(gòu)方式已經(jīng)不再有效,無法支持汽車應(yīng)用和復(fù)雜性的增長。
◆輕量化的線束和革新的架構(gòu)
當(dāng)我們明白了汽車電氣架構(gòu)目前的狀態(tài)后,下面的問題就很清晰了,我們需要重新審視汽車的整體架構(gòu)。以前,如果要為汽車添加一個新特性,如加熱座椅,只需添加一個新的操作模塊和線路就可以了。但如今這樣做已經(jīng)行不通了!因為車內(nèi)已經(jīng)有了太長的線束,即使線束能夠在車內(nèi)布置,但過多的線束產(chǎn)生的電磁干擾問題就會變得突出,因此供應(yīng)商們開始動腦筋。
從表現(xiàn)上看,解決問題的方向很清晰,一個是線束一個是架構(gòu),兩者解決一個就能省去不少問題,如果兩者都可以解決必然1+1>2。那么現(xiàn)階段的汽車線束大體是個什么情況呢?
現(xiàn)階段汽車線束的制造體系大致有兩類:一類是歐美國家規(guī)范(包括中國),這一類大多使用TS16949體系來對制造過程進(jìn)行控制;第二類是日系,比如本田、豐田都有自己的制造體系。這個制造體系中,安波福在歐美車企中占主導(dǎo)位置,而矢崎則是日系的巨頭。我們本土的線束生產(chǎn)商也很多,但所占份額較小,同時單體規(guī)模也不大,類似天海集團(tuán)、南通友星、柳州雙飛等都是比較知名的國內(nèi)供應(yīng)商企業(yè),但這些企業(yè)大多處于發(fā)展上升階段。
線材很容易理解,它的規(guī)格是以橫截面積來規(guī)范,比如0.5/0.75/1等平方毫米的電線,現(xiàn)在供應(yīng)商們主要是通過減小橫截面積來減小線束的重量,這對加工工藝和材料有較高的要求。
線束外面則會有一些管材、膠帶進(jìn)行線束的保護(hù)。不要小看這些材料,每個部分其實都經(jīng)過細(xì)致設(shè)計和精心挑選。
其中耐磨性最好的就是布基膠帶,這種膠帶最高還能耐150℃的高溫,但價格較高,同時阻燃效果不好。絨布膠帶耐溫在105℃左右,降噪性能最好,但同樣阻燃性能不好。PVC膠帶相比而言最便宜,同時耐磨性和阻燃性不錯,只是耐溫性能較差。由于線束(低壓)零部件多而且雜亂,同時70%需要手工制造,因此其毛利和生產(chǎn)效率較低,尤其價格對于原材料如銅、鋁等的價格較為敏感。
汽車的沖壓工序,是先把最基本的零件完成。開線同樣如此,先把最基本的單根線束搞定,確定長度、類型等,壓接主要是我們上面提到的端子,對端子和線束進(jìn)行壓接,完成后進(jìn)行絞接線和預(yù)裝,最后在工裝板上進(jìn)行總裝和最終測試。
但總裝工藝則需要大量人工勞動力,首先每個線束的生產(chǎn)都是獨一無二的,畢竟每臺車的配置不同,那么產(chǎn)生的線束也不同,其次總裝需要在工裝板上完成,工裝板是供應(yīng)商們專門設(shè)計開發(fā)的裝配臺班,工人們需要將各種小的分線在工裝板上組裝,同時用膠帶去包扎,按照保護(hù)件等,這套總裝流水線成本巨大,而需要熟練的工人,而越來越復(fù)雜的汽車電氣架構(gòu),顯然也對這個工藝帶來的挑戰(zhàn)。
那么回到我們本章節(jié)最初的問題,面對現(xiàn)階段的線束和越來越復(fù)雜的汽車電氣結(jié)構(gòu),如果進(jìn)行接下來的發(fā)展呢?我想可以以目前汽車線束領(lǐng)域的大鱷安波福為例進(jìn)行說明:首先我們來看線束方面,安波福首先研制了更細(xì)的導(dǎo)線,從重量和體積方面進(jìn)行升級。比如直徑0.13平方毫米的超細(xì)導(dǎo)線,這種線束可以大大降低了導(dǎo)線的體積和重量。材料方面則是用鋁導(dǎo)線替代銅導(dǎo)線,也降低了導(dǎo)線的重量和成本。
這些方面確實起到了一定作用,但不可否認(rèn),即使經(jīng)過不斷減重和體積縮小,始于上世紀(jì)90年代末期的基礎(chǔ)電氣架構(gòu)也已經(jīng)無法完全滿足當(dāng)前的需求,更別提對數(shù)據(jù)傳輸和安全冗余有著極高要求的未來無人駕駛汽車了。因此安波福從最基礎(chǔ)的架構(gòu)方面也進(jìn)行了布局(當(dāng)然,這里線束供應(yīng)商們都在電氣架構(gòu)方面進(jìn)行了研究),這就是SVA汽車電子架構(gòu)。
現(xiàn)階段汽車線束已經(jīng)到了一定的瓶頸,這個行業(yè)也即將迎來巨大變革,5G的應(yīng)用勢必會推進(jìn)新一代線纜技術(shù)和連接器的發(fā)展,而隨著主動安全功能的普及,網(wǎng)絡(luò)安全性和多重冗余以及容錯機(jī)制也需要盡快發(fā)展,同時隨著用電器和電壓的升高,多電壓分區(qū)也必將增加汽車電氣化的復(fù)雜程度,未來的汽車架構(gòu)究竟會怎樣,還需要供應(yīng)商們進(jìn)一步研究。
◆進(jìn)入超級計算時代
線束的發(fā)展和電子技術(shù)的蓬勃密不可分,這也導(dǎo)致了汽車平臺需要的計算能力越來越強(qiáng)。一般來說,像自動駕駛這一類的高級汽車功能,都是需要依托非常強(qiáng)大的計算能力才能實現(xiàn)。說到這里,或許會有人問,計算能力怎樣衡量呢?怎樣才算強(qiáng)大呢?在計算機(jī)領(lǐng)域,常用每秒可以進(jìn)行浮點運(yùn)算的次數(shù)來衡量計算能力。在當(dāng)前,汽車的浮點運(yùn)算能力每秒不足萬億次,折算下來還不如1臺iPhone 8。然而,一輛自動駕駛車輛需要的浮點運(yùn)算能力超過了每秒200萬億次,相當(dāng)于500多臺iPhone 8的運(yùn)算能力總和。
因此,當(dāng)汽車變得越來越像一臺計算機(jī)時,你需要的或許就不僅僅是能載著我們移動這么簡單了,你需要的是一個有超強(qiáng)運(yùn)算能力的平臺,同時可以滿足高速的數(shù)據(jù)傳輸,只有這樣,才能保證在未來的高級輔助駕駛甚至自動駕駛中不被淘汰,而這也是供應(yīng)商、車企們目前最需要探討的方向!
編輯點評:隨著計算平臺的日益強(qiáng)大,我們可以更好地把硬件從軟件中分離出來。未來,汽車會變得越來越像個人計算機(jī),最后發(fā)展成為可以安裝各種不同軟件的平臺。在硬件需要更長研發(fā)時間才能進(jìn)入市場的情況下,我們可以將軟件開發(fā)獨立于硬件之外,這一點非常重要。就像手機(jī)一樣,開發(fā)app一定會比開發(fā)并推出一款新的智能機(jī)要快得多,這是相同的道理。由于新的軟件可以不斷加裝進(jìn)汽車平臺,舊的軟件也可以不斷更新升級,所以只要你的汽車還在使用周期內(nèi),它就永遠(yuǎn)不會落伍。
而對于汽車線束方面,國外生產(chǎn)商已經(jīng)形成了一定的技術(shù)壁壘,國內(nèi)供應(yīng)商還處在成長期,如果平衡這個關(guān)系可能是現(xiàn)階段國內(nèi)車企需要考慮的問題,而對于中國供應(yīng)商來說,較低的毛利潤率也限制了發(fā)展的速度,但5G的到來也是一個機(jī)會,只有把握好時機(jī)才能迎頭趕上。(圖/文 汽車之家 冷曉陽)
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