10.16638/jki.1671-7988.2019.20.044
汽车线束与信息网络优化设计方案
魏晓翰
（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西柳州545007）
摘要：汽车工业进入了新的发展阶段，电动化、互联化、智能化成为了未来的发展趋势，对汽车平台化设计、信息网络及功能集成提出了新的要求。文章基于设计实践及业界一些最新的研究成果，系统介绍了区域配电中心的通用性设计考虑，汽车用以太网技术在智能车联网、自动驾驶情景中的应用，以及模块化网络通讯布局对功能整合扩展及线路系统优化的重要意义。凯迪拉克ct6
关键词：平台化；汽车以太网；自动驾驶；模块化互联
中图分类号：V323 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)20-126-03
Optimization Methods for Vehicle Wiring Harness and Information Network
Wei Xiaohan
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co. Ltd. Technical Development Center, Guangxi Liuzhou 545007）
Abstract:The automotive industry has entered into a new development stage, with electrification, interconnection and intellectualization becoming the future trend. Thus new requirements are brought about regarding to vehicle platform design, onboard information network, and functions integration. Based on authors’ design practice and some new research outcomes of the industry, this article systematically describes: the sharing design consideration of regional power distribution center; the application of vehicle Ethernet techniques in V2X and autopilot scenarios; the significant influence of modular interconnection network layout on functions integration /extension, and wiring harness system optimization. Keywords: Platform design; Vehicle Ethernet; Autopilot; Modular interconnection
CLC NO.: V323 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)20-126-03
前言
随着氢燃料电池、锂空气电池等关键技术的突破，加氢、充电配套设施的完善，混合动力及纯电动汽
车将会大规模生产并成为市场主流；为了使驾驶更加安全便捷，高级驾驶辅助系统（ADAS）、智能车联网（V2X）、无人驾驶等技术也在逐步普及。一方面是不断增加的电子电器设备，一方面又是车辆平台化、轻量化的发展要求，整车电源信号分配系统、信息网络架构的优化考虑就显得尤为重要。1 前舱区域
在传统内燃机车型上，一般设计有单独的动力总成低压线束零件，以便于发动机附件、变速箱的预先分装。对于混合动力车型或纯电动车型，分装过程增加驱动电机等部件或者发动机直接被驱动电机所取代，动力总成线束也因此而不同或取消。
除了动力总成上的传感器、执行器外，发动机控制模块（ECU）或混合动力整车控制模块（HCU）、变速箱控制模块（TCU）一般也会由动力总成线束进行连接。通常情况下，模块会发出信号经由动力总成线束、车身前部线束对位于前舱主配电盒内的相关继电器进行操纵，以实现主控供电及一
作者简介：魏晓翰（1989-），男，硕士，中级工程师，就职于上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，研究领域：电子电器系统开发。海南交警总队违章查询
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魏晓翰：汽车线束与信息网络优化设计方案
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些诸如起动机、压缩机、燃油泵、冷却风扇等的外围功能控制。由于整车功能的不断增加，前舱主配电盒的体积也在不断变大，这对布置工作、零部件通用性、车型平台化都是非常不利的。所以考虑设计独立的动力分配电盒与动力总成线束直接连接，可以更加灵活地适配不同配置/动力车型。
图1所示为传统内燃机车型或混合动力车型的动力分配电盒功能示意。在纯电动车型上，虽然已经没有了动力总成线束，但“动力分配电盒”可以得到保留，在功能增减后由整车控制模块（VCU ）进行驱动。而前舱主配电盒则会朝着通用化、智能化的方向发展，兼具前端控制模块功能（CAN 网络通信）：一方面作为整车的主要配电中心，一方面可以实现对信号的接受和车辆前部灯光、雨刮、喇叭、行人警示装置等功能的可靠执行控制。
图1 传统内燃机车型动力分配电盒示意
2 乘员仓舱区域
未来车辆仪表台中部区域将会布置一块大尺寸触摸屏
[1]
，除了作为多媒体系统的显示界面，其也将成为用户与车
辆交互的主要接口，实现V2X 会话、驾驶辅助显示、舒适相关控制等功能。这背后其实包含了多个信息网络的融合。 2.1 V2X
V2X 技术是移动互联网技术的一个分支，X 可以是任何可能的人或物。具备GPS 模块、4G/ 5G 通信模块、Wi-Fi 模块的车载终端是V2X 技术的基础之一。车载终端一般还应具备CAN 网络通讯功能[2]，来读取一些车辆运行状况数据进行上传，或者接收远程指令执行一些操作。然而考虑到车辆用户对移动互联功能的要求，及ADAS （或自动驾驶）系统需要通过车载终端收发高清地图等大量实时动态数据来进行分析或反馈的客观实际情况，HS-CAN 网络最高1Mbps 的传输速率已经远远不能满足需求，也意味着更高速率车载通信网络接入的需要。
目前多媒体系统常用的MOST 总线传输速率一般在25Mbps 左右（MOST 25），未来最高可以达到150Mbps 左右（MOST 150）[3]。但MOST 系统采用环状结构，带宽是多个设备所共享的。随着汽车用Ethernet 技术的发展，在满足EMC 要求的前提下，使用单对非屏蔽双绞线电缆和标准以太
网PHY 组件组建100Mbps 高速率互连网络[4]将会成为可能。通过以太网交换机，每个接入模块的传输速率最高都可以达到100Mbps 而互不影响。
图2为一种采用Ethernet 技术的V2X 网络示意。车载终端、交互系统、ADAS （或自动驾驶）运算控制器都分别通过两根非屏蔽双绞线与以太网交换机相连。ADAS （或自动驾驶）运算控制器与车载终
端之间可以进行实时高效的数据交换；用户也可以在交互界面（HMI ）上了解ADAS （或自动驾驶）系统状态、设置运行参数，或者进行一些个性化的移动互联操作。
汽车 论坛图2 V2X 网络示意
2.2 自动驾驶
为了实现真正意义上的自动驾驶，除了高清地图外，一般还需要借助惯性测量单元（IMU ）、激光雷达传感器（LIDAR ）、高清摄像头、毫米波雷达等装置[5]。惯性测量单
大众迈腾报价及图片元作为GPS 模块的互补，可以提高预判定位精度；激光雷达每秒都会产生大量车辆行驶周围环境的实时三维信息数据；高清摄像头数据用于识别车道线、交通标志，并协助进行障碍物的检测归类；毫米波雷达数据则可以实现恶劣天气下对激光雷达数据的有益补充。自动驾驶运算控制器基于这些数据进行深度学习并绘制三维地图，通过与获取的高清地图比较，将定位误差降低至厘米级别以进行高可靠性的驾驶操作、路径规划控制。
图3 自动驾驶网络示意（纯电动车）
因IMU 体积很小，可以考虑将其集成至自动驾驶运算控制器内；激光雷达传感器、高清摄像头、毫米波雷达控制器都必须符合汽车用Ethernet 网络规范，以实现数据的高质量快速传输及实时处理（图3）。
自动驾驶执行是在图3所示的CAN 网络或速率更快、可靠性更高的Flex Ray 网络中进行的。该网络一般仅包含驾驶操作的核心部件，如整车控制器（VCU ）、电动助力转向系统（EPS ）、电子稳定程序控制系
统（ESP ）等，通过网关（GW ）与其它网络进行信息交换。
汽车实用技术
128 2.3 舒适相关控制
交互系统HMI 的舒适相关控制功能，使一些像空调控制开关、室内灯开关、天窗开关等的开关组件得
上海通用五菱以取消，驾乘体验进一步得到提升。比如空调系统、四门车窗、车顶天窗等功能均可以通过声控的方式打开或调整；交互系统的舒适相关设置功能，可以方便驾驶员进行各种个性化设置。比如记忆模块保存的不同座椅姿态、后视镜镜片角度调节偏好，均可以在触摸屏上进行恢复或重新设置。
交互系统通过类似图4所示的CAN 网络同相关控制模块来进行信息交流，以实现具体功能的控制，这其中很多都要借助于车身控制模块（BCM ）。受益于这种模块化网络通信布局，乘员仓布置工作也会变得更加简单、线路系统的导线用量也会减少。
图4 交互CAN 网络示意
2.4 车身控制模块
BCM 是车辆防盗、中控、灯光、雨刮等功能的集成控制中心[6]。它接收来自开关、传感器、网络报文信号的输入，进而做出执行或状态输出。比如BCM 会对CAN 网络上的车速信号进行分析，当车速高于设置值时驱动门锁电机闭锁（行车自动落锁功能）；再比如BCM 接收灯光组合开关信号后，会在网络上发送相关状态报文，可以用于组合仪表灯光指示灯的显示控制。图5是一种BCM 的网络示意。一个LIN 网络对应光雨量传感器信号及天窗控制，BCM 作为主节点。两个CAN 网络，其中一个接入交互CAN 网络，另外一个接入车身控制CAN 网络。
新势力车企1月销量集体遇冷图5 BCM 网络示意
区域控制模块的提出主要考虑的是将BCM 的一些驱动
部分进行剥离，使BCM 向着信息处理中心的方向发展，体积变小、平台化程度变高。另一方面区域控制模块可以作为各自区域的配电、控制、信息中心，避免了以往凌乱的或完全以BCM 为中心向整车发散的导线接入布置。这样线路系统的导线用量同样可以减少，也使得区域模块化的布置思路变为可能。以门控制模块为例（图6），它的输入非常简单，仅为电源线、接地线、CAN 线及少量信号线（如玻璃升降器开关、门锁状态开关等），通过接收CAN 网络上的指令信息或者直接执行对灯光、玻璃升降、门锁等的控制操作，并完成相关反馈。
图6 门控制模块示意
3 结语
通过建立平台化设计思维，应用最新的汽车用网络技术，采取模块化网络通讯布局策略，整车电源信号分配系统、信息网络架构可以得到充分优化，通用性、扩展性变得更强，满足了未来汽车电动化、互联化、智能化的发展需要。
参考文献
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