車輛的線束系統(tǒng)已經(jīng)愈發(fā)復雜，并給車輛帶來沉重的重量和成本負擔。未來，這一情況會隨著自動駕駛設(shè)備的加入而發(fā)生哪些變化呢？兩位專家對此發(fā)表了自己的看法。

隨著OEM開始將自動駕駛等越來越多的新功能集成至車輛產(chǎn)品中，車輛線束設(shè)計將面臨更大的尺寸、復雜性、成本和重量挑戰(zhàn)。

工程師和產(chǎn)品規(guī)劃師應對當今的自動駕駛汽車復雜度就已十分艱難，而今后復雜度只增不減，他們又該如何應對？現(xiàn)代車輛通過高帶寬網(wǎng)絡以管理高級傳感器融合，通過車載計算機以運行人工智能算法，完成千兆級別的數(shù)據(jù)處理。各個模塊各司其職，而將這些不同模塊連接起來的就是線束。隨著功能的不斷增加，如今的汽車“線束”已經(jīng)越堆越重，給廠商帶來高昂的成本和封裝挑戰(zhàn)。

事實上，高檔轎車和全尺寸卡車可能使用了 40 種不同的“線束”，搭載了超過 700 個連接器和 3000 條電線。給大家一個更直觀的數(shù)據(jù)，如果把汽車上的電線全部連起來，其長度可以超過2.5 英里（4 公里），重量也將達 132 磅（60 公斤）。而且，汽車所需的電線多種多樣，有時甚至會用到高達 70 多種專用電線，包括同軸電纜、高速數(shù)據(jù)線和 USB 電線等。

事實上，上述數(shù)據(jù)還是在不包含“自動駕駛”相關(guān)設(shè)計下的測算結(jié)果。自動駕駛技術(shù)一旦部署，勢必會進一步增加汽車線束的規(guī)模、重量、成本和復雜程度。對于基于電動汽車平臺構(gòu)建的自動駕駛汽車而言，更多的電子內(nèi)容也會帶來嚴峻挑戰(zhàn)。對此，工程師可以從汽車架構(gòu)層面和線束層面采用不同策略進行應對。

自動駕駛依靠強大而密集的傳感器和計算機網(wǎng)絡來檢測不斷變化的駕駛場景，并對其做出反應。

架構(gòu)層面優(yōu)化

汽車制造商正在研究新的電子電氣架構(gòu)，從而通過簡化線路設(shè)計，最大程度地降低成本和重量。此類設(shè)計可以減少支持各類車輛功能所需的布線，并有機會降低重量、便利自動化生產(chǎn)，從而降低成本。此外，在OEM中已經(jīng)興起了整合電子組件的趨勢，比如將 ECU 和傳感器模塊整合起來，從高度分布式結(jié)構(gòu)向集中式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。這種架構(gòu)整合有助于精簡物料清單（BoM），并直接簡化線路的復雜性。

隨著汽車制造商開始向車輛嵌入功能強勁的集成電路（IC）和微處理器，ECU 整合已經(jīng)成為一種流行趨勢。如今，芯片的運算能力大幅增強，一個單元已足以承擔過去多個單元才能完成的任務。這樣一來，車輛架構(gòu)整合的趨勢愈發(fā)明顯，各類強大的域控制器將借助傳感器融合和人工智能算法，首先對傳感器數(shù)據(jù)進行預處理，而后再將其發(fā)送至車輛的中央處理單元。

然而，架構(gòu)整合不能過度。如果所有汽車功能均僅有 1 或 2 個控制單元全權(quán)負責，則勢必產(chǎn)生大量布線需求，將分布在車輛各處的所有組件連接起來。OEM將需要執(zhí)行大量分析，從而在分布式和集中式功能管理之間達到最佳平衡。

OEM和一級制造商也在積極尋求新型線材，從而達到降低線束重量的目標。舉個例子，業(yè)內(nèi)已經(jīng)推出了一款橫截面積只有 0.13 平方毫米的新型超細電線。遺憾的是，雖然有了超細電線，但電線兩端的連接器配套卻仍跟不上，因此這種超細電線很難在市場上進行大規(guī)模推廣。鋁質(zhì)電線的情況也一樣，純鋁材質(zhì)太脆，因此無法做到太細。如今，相關(guān)供應商均在開發(fā)適合極細電路的終端連接器材料，比如鋁合金。一時間，市場上的合金材料也形形色色，而且絕大多數(shù)情況無法相互兼容。這意味著，如果使用任何一種電線，整輛車都需要使用同一家供應商的連接器，這并不現(xiàn)實。

新型特種電纜的出現(xiàn)也可以進一步縮小線束直徑，并降低線束重量和成本。未來，車輛上的數(shù)據(jù)密集型傳感器和顯示器的數(shù)量只會繼續(xù)增加。因此，通過標準化線路傳輸視頻和其他數(shù)據(jù)豐富的信號愈發(fā)重要。另一個思路是，在多種設(shè)備同時接入的大背景之下，通過線路復用將多路信號部署在同一條共用專用電纜上，這也可以達到降低重量、成本、電線直徑的效果。

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關(guān)鍵是要采用一套可以支持整個電子電氣和線束開發(fā)流的工程軟件解決方案。

自動化的數(shù)據(jù)傳輸可以簡化域與域之間的交互，從而減少線束設(shè)計中的錯誤。

借助數(shù)字化工具

除了架構(gòu)和線束層面的優(yōu)化外，在開發(fā)過程中采用電子電氣軟件解決方案也至關(guān)重要。我們需要使用軟件工具來進行快速權(quán)衡分析，以優(yōu)化模塊安裝位置，并識別可以進行集成的模塊，從而節(jié)省重量、成本或降低復雜度。也就是說，軟件工具可以快速分析改變?nèi)魏尾季挚赡軒淼挠绊?，幫助工程師選擇出最優(yōu)系統(tǒng)架構(gòu)。

此外，最先進的電子電氣工程解決方案還可以在整個線束開發(fā)過程中保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性，與其他工程軟件和自動化設(shè)計軟件完美兼容。比如，Mentor 公司的 Capital 軟件套件即可支持車輛等大型平臺進行電氣系統(tǒng)工程設(shè)計，幫助OEM成功完成哪怕最復雜的車輛線束設(shè)計。

數(shù)據(jù)連續(xù)性可確保工程師在電子電氣架構(gòu)和線束開發(fā)的各個階段均可以訪問最新的準確信息，即通過為車輛架構(gòu)和線束創(chuàng)建一個數(shù)字化“副本”，以避免手動交換數(shù)據(jù)的需求。這樣一來，工程師可以通過自動數(shù)據(jù)交換，避免手動數(shù)據(jù)交換和重復輸入可能產(chǎn)生的錯誤，從而實現(xiàn)更有效的協(xié)作。此外，由于具備與其他領(lǐng)域軟件（比如機械設(shè)計工具和產(chǎn)品周期管理解決方案）進行集成的能力，該解決方案還可以便利跨工程領(lǐng)域的協(xié)作和自動數(shù)據(jù)交換。

自動化功能可幫助工程師進一步優(yōu)化車輛架構(gòu)和線束。綜合線路設(shè)計可以將系統(tǒng)連接性信息（例如設(shè)備和信號類型）與物理線束限制相結(jié)合，從而在車輛范圍內(nèi)生成最優(yōu)的線路布局和連接方式。如今的綜合線路設(shè)計工具支持復雜的電線類型、豐富的屏蔽材料選擇、多種網(wǎng)絡協(xié)議，甚至可以自動創(chuàng)建接地點。

最后，結(jié)構(gòu)性優(yōu)化和系統(tǒng)級改變也會對電子電氣和汽車線束帶來廣泛影響。此外，這種方法還允許在工程和制造的任何環(huán)節(jié)啟動變更流程，從而讓持續(xù)優(yōu)化成為一種常態(tài)。值得注意的是，最重要的是要在項目的早期階段引入結(jié)構(gòu)性的變更管理規(guī)范。

先進的電子電氣工程軟件是一套非常優(yōu)雅的解決方案。借助于變更控制機制，這套軟件的內(nèi)置設(shè)備數(shù)據(jù)庫功能得到了極大的增強，可以判斷特定設(shè)計數(shù)據(jù)的負責人，并提示變更的開展方向。

通過這些增強特性，該數(shù)據(jù)庫可以立即提供自動化、結(jié)構(gòu)化的變更管理程序。

Capital軟件套件可以幫助工程師在成本、重量和尺寸指標之間進行權(quán)衡，從而達到最優(yōu)線束設(shè)計。

新挑戰(zhàn)，新解決方案

電氣化進程的推進和自動駕駛的到來將給車輛的線束布局帶來更多負擔。OEM在緊跟趨勢之余必須考慮新增任何功能可能帶來的復雜度，因為這將給線束重量、直徑和成本帶來顯著的直接影響。

現(xiàn)代線束設(shè)計和工程工具可以解決隨汽車創(chuàng)新而來的問題。這些解決方案的自動化程度非常高，支持多種先進指標，還具有分析能力，可以幫助工程師克服這些挑戰(zhàn)。此外，此類解決方案還可以幫助設(shè)計人員更好地進行取舍，從而在線束材料、元件放置和布線之間做出最佳平衡，并最終最小化線束重量、成本及直徑。

然后，該解決方案可以根據(jù)設(shè)備型號、信號位置及車輛的物理限制，自動生成最佳布線設(shè)計。隨著電子電氣架構(gòu)和線束的發(fā)展，全面的變更管理設(shè)施和強大的數(shù)字“副本”可確保各大工程領(lǐng)域之間實現(xiàn)的信息實時同步。車輛自動化、電氣化和連接性將更加接近主流，這些技術(shù)將逐步推動汽車工程從機械系統(tǒng)向電子電氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。

為了推出強大、可靠且經(jīng)濟高效的車輛平臺，采用先進的電子電氣工程軟件解決方案至關(guān)重要。