汽车三⼤类别，车⾝底盘和电⽓。往往汽车电⽓部门在公众视野⾥是被忽视的⼀个体。因为车⾝的好看不好看和底盘性能的好坏，公众都有⾃⼰的⼀套评判标准。唯独电⽓性能却不被⼈们所熟知。但为了实现汽车上的各种各样的功能，却离不开这⼀默默⽆闻的电⽓⼯程师。本⽂就从最看不见摸不着的电⽓架构着⼿来扒⼀扒这⼀帮体的⼯作内容。为有志从事这⼀⾏业的⼈才提供⼀点点的帮助。
电⽓架构的起源:
1885年⼀个德国的中年⼈卡尔·佛⾥特⽴奇·奔驰研制出了世界上第⼀辆马车式三轮汽车，汽车从此诞⽣了。
但起初汽车只是⼀个纯机械产品，所以根本不存在电⽓架构这⼀说法。
所以在强烈的客户需求下，汽车⼤灯发明了。
发展到现在有部分车型已经配备了激光⼤灯。
科技改变⽣活啊。说不定若⼲年后汽车实现了完全⾃动驾驶。到那时，⼤灯可能也就不需要了。所以很多事情起点即是终点。
有了灯就得有电，所以有了蓄电池，有了电还得有连接回路，所以有了线束。⽩天不⽤开灯夜间需要开灯，所以有了开关控制。电池⼀直在耗电需要有补充，所以有了发电机。为了保证线束短路的时候不把车给烧了，所以有了保险丝。
但后来⼜发现这个开关通过⼤电流的时候容易有飞弧现象，⽽且开关的触点也要做得很⼤以便承受⼤电流通过。所以有了继电器来解决这个问题。
出于⼀个简单的客户需求，汽车上就需要增加这么多的电器件。
随着汽车上电器件越来越多，电器架构也就有了最初的雏形。
›电⽓架构的系统分类
1920年代以来，随着电⼦技术的发展。越来越多的产品开始和电相关。对于汽车来说也是⼀样。越来越多的电⼦产品被应⽤到汽车上。这就需要有⼀个好的电⽓架构来管理这么多的电⼦产品。
后来越来越多的灯具被应⽤到了汽车上。就有了照明系统。
原先刹车时不可避免车轮会被抱死，汽车就失去了转向能⼒，增加了车祸发⽣的可能性。但随着电⼦技术的发展，通过传感器控制器和执⾏器相互配合⼯作就能达到防⽌刹车时车轮抱死的情况发⽣这就有了ABS系统。
随着⼈们对⽣活品质要求的提⾼⼈们对车内娱乐的要求也越来越⾼。也就形成了⼀套车载的娱乐系统。
›既然谈到了电⽓架构，⾸先需要了解整个电⽓架构都包含了哪些系统。
›我们可以⼤致把这些系统按上图的分类来归纳，但这些分类并不是固定死的，各个汽车⼚家对电⽓架构会有⾃⼰不同的分类。
›分好类别之后，就可以对每个组单独的制定电⽓原理。
›当然还会加上各个组别之间的数据交换。这样⼀整套电⽓架构就组成了。
整车上每实现⼀个功能都需要有⼀个基础的电⽓架构来⽀撑。⼀个最基础的电⽓架构应该包括
供电，控制，执⾏及反馈等回路。
整车的电⽓架构就是由⼏百上千个基础架构所组合⽽成。这样听起来好像和拼图⼀样嘛，太简单了。果真如此吗？那么接下来我们就来讲讲怎么来创建这个架构的。
›电⽓架构的创建⽅法
当⼀个汽车⼚需要开发⼀款新车型的时候需要做⼤量的市场调研，和竞品调研。这样才能明确这个新车
的市场定位。当然有的车企完全不⽤做这些，领导拍脑袋就⾏。
往往⼀个新车型开发需要3~5年左右时间，在明确市场定位和竞品定位之后还得有⼀定的前瞻性，这样才能确保定义的新车需要搭载的功能不⾄于落后其他车企。当然定义完功能表之后，随着项⽬的推进，这些功能表也是会有⼀定的调整。在电⽓架构的创建前期，⾸先必须要知道的是整车的配置清单。之后再根据配置清单来定义整车需要配备的电器件及控制单元。
随着计算机技术的发展，原先⼀个信号必须有⼀个回路控制的情况彻底改变了。⼏个回路就能传输⼏百M甚⾄⼏个G的数据。这样也就⼤⼤减少了原先整车架构的回路数，线束的成本和重量得到了⾮常⼤的优化。
当⽹络应⽤到汽车上之后，电⽓架构发⽣了翻天覆地的变化，早期的原理图⾥能很清楚的读出每条回路的控制逻辑和作⽤，现在就算有了原理图，有些控制逻辑由于是由控制器之间互相通讯来实现，所以如果没有控制器之间的通讯协议就不能很清楚的知道各个功能之间的控制逻辑。
为了有⼀个清晰的⽹络框架，在搭建架构的时候就需要根据控制单元类型，定义好各控制器之间的⽹络传输种类。⽬前最常⽤的还是CAN通讯。
电⽓架构虽然看上去只是⼀些电⽓连接逻辑。但最终它是以物理表现所呈现出来的。如控制器的布置和线束的布置。
所以所有的这些物理布置都会影响到整个电⽓架构。这就需要上⾯这种拓扑图来做依据。根据拓扑图来清楚的知道⽤电设备在整车上的布置以及⽤来划分连接整车电器的线束。当然整车线束的划分和主机⼚安装策略和整车的线束物理布置都有关系。这些物理表现也是最直观的呈现在我们⾯前的。套⽤经济学上的说法就是“看得见的⼿”⽽电⽓架构就是“看不见的⼿”。整车电⽓功能就是由这看的见得⼿和看不见的⼿共同作⽤⽽形成的。
以上所有内容定义清楚之后，就可以开始绘制电⽓架构了。
总结下就是分模块分功能⼀块⼀块的搭载到整个架构上。但每⼀块的内容离不开三种类型的信号：电源分配，信号分配，接地分配。
到这⼉，⼤家应该都能基本掌握了初始电⽓架构的创建⽅法。下⾯再给⼤家谈谈如何提升创建架构能⼒，怎样来评价⼀个架构的好坏。这就涉及到了架构的平衡优化。
›电⽓架构的平衡优化
要知道如何进⾏架构的平衡优化⾸先需要知道整个架构原理包含了哪些信息在⾥⾯。
插件信息⼀般都是由定义的⽤电设备来决定。但也有⼀些特殊情况⽐如使⽤空间受限，需要重新对⽤电设备做空间优化设计，最常见的就是直头插件换成弯头插件。
回路连接信息也是最基本的信息，根据所应⽤的通讯⽹络不同⽽有所不同。主要表⽰的是各⽤电设备之间的⽤电和信号传输逻辑。
根据车型配置的不同，有选配的也有标配的功能，对应的回路也就有选配和标配之分。所以回路选项信息主要作⽤就是显⽰具体的功能所对应的回路。
保险丝的作⽤主要是在短路或有电流冲击的情况下保护回路，防⽌导线温度过⾼⽽起⽕。原则是每条⽤电回路都需要有保险丝控制。需要注意的是保险丝只能保护他下游的回路。所以现在越来越多的车型会在电池正极柱上就设计保险丝，从⽽实现源头保护。
线束分类信息主要根据整车⼚安装策略和线束3D布置有关。需要注意的是线束分类的越多，物料成本也就越⾼。
导线信息包含了导线的线型，线径和颜⾊信息。导线信息可以说是⼀个电⽓架构的基础。也很⼤程度的影响到整车线束的成本和重量。
前⾯讲到做架构就像搭积⽊⼀样把各个功能都往上堆，但是在整合的过程中却需要注意到整个架构的平衡及优化。我们也知道了整个架构包含的信息有哪些了，那么我们就可以从每个信息着⼿来分析和优化整个电⽓架构。主要考虑的如下⼏点：
1.整车的电源及供电系统是否匹配
2.导线的选择是否合适
3.回路是否最短路径
4.保险丝和继电器是否选择合理
5. 插件是否合理，使⽤数量是否降到最低
6.回路数通过架构优化是否可以合并
7.其他
整车的电源及供电系统匹配需要考虑整车电瓶及发电机产⽣的电量是否能满⾜整车⽤电⾼峰的需求。⼀般我们选取夏季⾬夜为范本。这时⼤功率的⽤电设备如空调、⾬刮器和⼤灯都是在⼯作的。发电机和蓄电池的电量应该⼤于此时的极限电量。
⼀般情况下蓄电池的电量只是⽤来给启动机供电。正常情况下整车的⽤电由发电机提供。但当极限条件下蓄电池可以参与供电。所以蓄电池电池容量的选择决定了汽车在极限⼯况下⽤电的持续时间。
在选取电池和发电机容量的时候就需要考虑到⼀个经济平衡性。值得⼀提的是现在很多车都会有电瓶电压监控，主要是防⽌在发动机没有启动的情况下（发电机不⼯作），⽤电设备却还在⼯作，这时就需要保证电瓶的剩余电量能满⾜启动机的要求。
另外⼀个⽐较重要的课题是导线截⾯的选择。学过物理⼤家都知道导体在传输电流的过程中会发热，电流越⼤发热量就越⾼。所以导线截⾯的选择主要看导线能否承受所通过电流的发热量。
但是在整车上，往往⼀个线束分⽀只包含⼀根导线的情况少之⼜少。导线经常是以成捆的⽅式出现布置在整车上。⼀捆线束的发热量，中间导线的散热环境是最差的。所以对整个线束的耐电流分析需要考虑的因素⾮常的多。⽬前也存在⼀些软件来模拟分析。但最终还是需要通过整车电流温升测试来判断和优化设计。
导线的选择除了截⾯还有类型。不同类型导线的绝缘层材料决定了导线的耐温耐磨等性能。不同的绝缘曾对导线的柔软度及最⼩弯曲半径都是不同的。所以从这⼀点来说导线的绝缘层材料对线束的布置也会有影响。除了绝缘层的不同，整车上还会有⼀些特殊类型导线的应⽤，如双绞线和屏蔽线。
学过物理的应该清楚，电流流过导体会产⽣磁场。当电流⼤⼩和⽅向⼀直变化的时候，所产⽣的磁场也会相应的变化，这个变化的磁场会影响到信号的传播，这就产⽣了电磁⼲扰问题。所以汽车上通过使⽤双绞线和屏蔽线的⽅式来解决电磁⼲扰问题。当然极端情况下还可以⽤在线束上加磁环滤波的⽅式。
双绞线是通过磁场相互抵消的原理来实现抗⼲扰。理论上绞距越⼩，抗⼲扰能⼒也就越强。
屏蔽线是通过电磁笼罩原理，通过⾦属屏蔽层接地来实现。但⾦属屏蔽层是由铜丝编织⽽成，不可避免会有空洞产⽣，所以可以通过屏蔽⽹外⾯再覆盖⼀层铝箔的⽅式来加强屏蔽效果。
›新能源电⽓架构的发展
全球每年从地下开采的⽯油超40亿吨，约65%被汽车所消耗，全球⽯油的储量是有限的，全球
汽车保有量也在与⽇俱增，所以这种依靠⽯油的能源结构是不可持续的。
各国政府也意识到了这⼀点，纷纷出台了各种严苛的油耗法规。⽐较著名的就是“咖啡法案”。
为了达到油耗和排放法规，各⼤车企也对应的研发了⼀些新能源车型。⽬前⽐较普遍的有BEV，PHEV，HEV和48V系统。虽然新能源车型种类很多，但对于电⽓架构的影响可以分为两⼤类：⾼压和低压。我们把60V以下的电压称之为安全电压，也就是我们经常所说的低压系统。相对应的60V以上的就是⾼压系统。
说到48V，最核⼼的技术是通过ISG来驱动怠速或滑⾏时候的发动机曲轮，取代传统通过烧油来推动凸轮轴运动从⽽带动曲轮的⽅式。从⽽达到节省燃油的⽬的。当然除此之外还可以通过把传统发动机上的
⾼负载附件电动化，⽐如涡轮增压器，空调压缩机、冷却⽔泵、真空泵等，降低发动机的负载来进⼀步达到节油⽬的。
48V主要改变的是电源分配系统的架构。
48V系统带来的另⼀个好处是原先⼀些⼤电流的⽤电设备，如⿎风机、⾬刮电机等等，通过重新设计升级成48V之后，所选⽤的导线截⾯也可以缩⼩。这样能减⼩线束重量从⽽减轻整车重量来达到节油的⽬的。
48V相对于12V来说更容易会有电弧产⽣。⽐如当保险丝熔断时，当开关开闭时，当导线⽪有破损的时候，当接地⽚有松动的时候等等。所以这就需要为48V重新设计新的⼀些电⽓件。当然这也就影响到了整个电⽓架构。
1.48V保险丝，它要求当产⽣电弧时，不⾄于把保险丝的外壳烧毁，避免引起烧车事故。
2.对于继电器开关所引起的电弧，可以通过使⽤电⼦式半导体开关来替代传统的继电器。
3.对于绝缘破损，接地不良等引起的电弧可以通过在回路中加监控电路，当检测到有电弧现象时可以切断48V输出以避免引起更⼤的事故
我们把电压等级⾼于60V系统称之为⾼压系统。 BEV，PHEV，HEV等都会涉及到在架构中增加⾼压系统。所以这些车型的整车电⽓架构是由⾼压系统和低压系统并存。电动车型的基本概念就是通过电机驱动汽车从⽽取代发动机驱动以达到节约燃油的⽬的。⽬前最⼤的瓶颈还是在电池，电池性能决定了续航⾥程和充电时间的多少。根据容量不同，现有车型配备的锂电池包普遍需要5个⼩时以上的AC充电才能充满。既是⽤DC充电，也需要1⼩时以上。这点也是电动汽车推⼴⽐较困难的⼀个原因。
但是现在有些公司已经宣称研发出固态电池和⽯墨烯电池等等。1分多钟就能把电池充满。如果属实的话，那么我认为电动车时代会很快到来。唯⼀需要解决的就是如何把这些电池尽快投⼊到批量化和产业化的道路上来。
⾼压系统我们也可以分为驱动部分和附件部分组成。
驱动部分主要由电机，控制器，分电盒还有电池包组成。⼀般情况只需配备1个电机，但有些车型会配备前后电机，更有配备4轮轮毂电机的车型。所以这个架构也是根据电机配备情况⽽有所不同。
⾼压附件部分主要还是有加热器，⾼压空调，分电盒，电池包，充电机等组成。
由于电动或混动车型，发动机不是⼀直处于⼯作状态，所以主要靠发动机来带动的压缩机这时就需要改成电⽓化。冬天暖风也是同样的道理，需要依靠电加热来实现暖风功能。同样的还有DC-DC是取代传统的发电机来给低压系统供电。
⾼压系统未来的⼀个趋势是集成化。
⽐如把⾼压盒集成到充电机上，或者把控制器和电机集成，还有把⾼压盒，电机和控制器⼀起集成的。⽬前，有些车企已经在应⽤这些新的⽅案。
这些新的⽅案也直接影响到了⾼压架构。我们预测以后电动汽车上不会有单独的⾼压盒出现。⽽且从成本考虑，会像低压⼀样出现⾼压splice。如上图，就是增加了⾼压splice的架构。这样既能节省掉⼀对接插件，⼜可以节约⼀个⾼压保险及与⾼压保险配套的连接系统。所以成本优化的最⾼境界应该是从技术⾰新⼊⼿，⽽不只是⼀味的通过压榨供应商来达到⽬的。
⾼压系统的加⼊必然也会影响到整车低压电⽓架构。如⾼压部件的⼀些信号反馈还是需要通过低压信号的⽅式与整车控制器之间进⾏通信。但对低压系统最⼤的影响应该还是BMS系统的加⼊。
由于⾼压具有⼀定的危险性，所以需要通过⼀些技术⼿段来避免汽车在使⽤过程中对⼈体产⽣伤害。BMS这时就发挥了这个作⽤。
1.电动汽车需要实时对绝缘进⾏监控，来确保不会由于绝缘故障⽽引起触电事件的发⽣。当发⽣绝缘故障的时候需要⽴即切断⾼压输出。
2.考虑到安全性，任何插拔⾼压插件的时候都必须切断⾼压输出防⽌触电，所以加⼊了interlock 回路。
3.为了电池包的安全，BMS需要实时的监控电池包的温度，当温度过⾼的时候也需要切断电源输出防⽌事故。
4.由于锂电池的特殊性，为了电池包的经济性，BMS还需要监控单体电池的电压，防⽌某个电池单体出现过充过放现象，从⽽影响整个电池包的寿命。
›电⽓架构的未来展望
下⾯的内容听听就⾏，千万不要当真了。
⽬前各⼤主机⼚基本达成了对未来汽车发展⽅向的构想，那就是电⽓化、智能化和互联化。
电⽓化其实汽车从诞⽣之初就⼀直在朝这个⽅向发展。越来越多的原来纯机械的产品被电⽓化产品所取代。⼗年内最⼤的变⾰应该是动⼒总成的电⽓化之路。
我设想的智能化最终应该实现点对点之间的⾃动驾驶，只要输⼊⽬的地系统⾃动选择合理路线把乘客送到⽬的地不需要⼈类再操作汽车。所以未来的汽车可能是⼀个娱乐+移动终端。想象下汽车以后可能会变成⼀个移动影院，移动咖啡馆或者移动⽹吧。
要实现上述构想，必须⾸先实现互联化。⽽且不光是汽车是整个社会基础设施的互联化。通过⼤数据处理，让汽车清楚每条道路或者停车位的情况
汽车电气谈到智能化，不得不提⾃动驾驶。，⽬前市⾯上已经推出了很多L2级别的⾃动驾驶汽车，即将推出的L3级⾃动驾驶汽车，如奥迪A8等，不仅仅是在⼀天之内产⽣上亿字节的信息处理，还需处理数百个数⼗亿字节的信息，⽽⼀旦实现完全⾃动驾驶之后（L5级别），将达到兆兆字节。当所需处理的数据增长了100,000倍，那么相关的系统都需要进⾏改变。
系统的改变也就意味着电⽓架构的改变。这对传输速率和架构的稳定性提出了新的⾼要求。
⽐如在⾼速公路上的⾃动驾驶，以120Km/h的速度⾏驶的话，信号1秒钟的延迟汽车就已经⾏驶了33m。这对于⾼速⾏驶中的汽车来说是⾮常危险的。所以⾃动驾驶对信号速率和稳定性都提出了新的要求。
实现⾃动驾驶就得配备ADAS系统，ADAS即先进驾驶辅助系统⼜称主动安全系统，主要包括车⾝电⼦稳定系统ESC、⾃适应巡航系统ACC、车道偏移报警系统LDW、车道保持系统LKA、前向碰撞预警系统 FCW、⾃动紧急刹车系统AEB、交通标志识别TSR、盲点探测BSD、夜视系统NV、⾃动泊车系统APS等。
对于架构来说，⾸先改变的是需要增加的是与ADAS相关的各类传感器和控制器之间的回路。以及ADAS系统与整车控制系统之间的通讯。
ADAS的主流趋势是：以摄像头和雷达系统为主体，结合多种传感器的融合（夜视、激光雷达、超声波等），再配合⾼精度定位与导航系统，以及车与车、车与基础设施的融合。
为了实现上述功能，ADAS需要实现云端链接，以⽀持多媒体数据流量的系统链接，安全开机、安全识别与⾝份验证、加密以及解密。所以需要⽀持以太⽹，Bluetooth Smart、Wi-Fi或4G LTE等⽹络传输。
⾃动驾驶对于信号传输的稳定性也提出了新的要求。原则是不能由于某个回路的断路或故障⽽影响到整个系统的运⾏。
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