冷科技 聊聊不為人知的汽車大腦和神經(jīng)
[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(dòng)力系統(tǒng)到電子架構(gòu)可能都會(huì)顛覆當(dāng)時(shí)的認(rèn)知。的確，汽車正越來(lái)越“接近”它的發(fā)明者——人類，當(dāng)年所謂的幾個(gè)沙發(fā)加四個(gè)輪子的時(shí)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(zhǎng)的路要走，但這并不影響我們了解一些基本的知識(shí)，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(shuō)就是ECU或者更廣一點(diǎn)就是嵌入式軟件驅(qū)動(dòng)的汽車功能，而神經(jīng)系統(tǒng)就是看起來(lái)有些不太起眼的電子線束。這一期《冷科技》我們就來(lái)聊聊不為人知的汽車“神經(jīng)系統(tǒng)”。
◆讓我們從一臺(tái)松綠色的凱迪拉克開(kāi)始聊起
上學(xué)的時(shí)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(shí)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(huì)明白這些看起來(lái)眼花繚亂的線束并不是一蹴而就的，可以說(shuō)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(gè)情況1980年前基本沒(méi)有太多變化，即使在1970年世界先進(jìn)國(guó)家開(kāi)始有排放要求以及電子模塊出現(xiàn)，但因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)的滯后，依然處于展望階段。這時(shí)候英特爾出現(xiàn)了，英特爾帶來(lái)的科技技術(shù)和理念給汽車行業(yè)帶來(lái)了新的生機(jī)。
來(lái)到當(dāng)下，2020年汽車電子的關(guān)鍵詞在于“機(jī)動(dòng)性”，這是國(guó)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(gè)問(wèn)題是新的車載系統(tǒng)如何突破汽車機(jī)載的限制，同時(shí)大量的車載數(shù)據(jù)以及4G甚至即將到來(lái)的5G都對(duì)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(tái)搭載有L2.5級(jí)主動(dòng)安全功能汽車的單位時(shí)間平均數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到阿波羅登月時(shí)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(duì)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(shí)際的——因?yàn)槿绱碎L(zhǎng)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(shì)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(duì)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(tái)功能越來(lái)越多、互聯(lián)程度越來(lái)越高的超級(jí)計(jì)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?yàn)檫^(guò)去傳統(tǒng)的汽車架構(gòu)方式已經(jīng)不再有效，無(wú)法支持汽車應(yīng)用和復(fù)雜性的增長(zhǎng)。
◆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(wèn)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(gè)新特性，如加熱座椅，只需添加一個(gè)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?yàn)檐噧?nèi)已經(jīng)有了太長(zhǎng)的線束，即使線束能夠在車內(nèi)布置，但過(guò)多的線束產(chǎn)生的電磁干擾問(wèn)題就會(huì)變得突出，因此供應(yīng)商們開(kāi)始動(dòng)腦筋。
從表現(xiàn)上看，解決問(wèn)題的方向很清晰，一個(gè)是線束一個(gè)是架構(gòu)，兩者解決一個(gè)就能省去不少問(wèn)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(gè)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(guó)家規(guī)范（包括中國(guó)），這一類大多使用TS16949體系來(lái)對(duì)制造過(guò)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(gè)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(shí)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(guó)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(lái)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(guò)減小橫截面積來(lái)減小線束的重量，這對(duì)加工工藝和材料有較高的要求。
線束外面則會(huì)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(gè)部分其實(shí)都經(jīng)過(guò)細(xì)致設(shè)計(jì)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(jià)格較高，同時(shí)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(shí)耐磨性和阻燃性不錯(cuò)，只是耐溫性能較差。由于線束（低壓）零部件多而且雜亂，同時(shí)70%需要手工制造，因此其毛利和生產(chǎn)效率較低，尤其價(jià)格對(duì)于原材料如銅、鋁等的價(jià)格較為敏感。
汽車的沖壓工序，是先把最基本的零件完成。開(kāi)線同樣如此，先把最基本的單根線束搞定，確定長(zhǎng)度、類型等，壓接主要是我們上面提到的端子，對(duì)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(cè)試。
但總裝工藝則需要大量人工勞動(dòng)力，首先每個(gè)線束的生產(chǎn)都是獨(dú)一無(wú)二的，畢竟每臺(tái)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(jì)開(kāi)發(fā)的裝配臺(tái)班，工人們需要將各種小的分線在工裝板上組裝，同時(shí)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(lái)越復(fù)雜的汽車電氣架構(gòu)，顯然也對(duì)這個(gè)工藝帶來(lái)的挑戰(zhàn)。
那么回到我們本章節(jié)最初的問(wèn)題，面對(duì)現(xiàn)階段的線束和越來(lái)越復(fù)雜的汽車電氣結(jié)構(gòu)，如果進(jìn)行接下來(lái)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(shuō)明：首先我們來(lái)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(jí)。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(shí)起到了一定作用，但不可否認(rèn)，即使經(jīng)過(guò)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(wú)法完全滿足當(dāng)前的需求，更別提對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和安全冗余有著極高要求的未來(lái)無(wú)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(gè)行業(yè)也即將迎來(lái)巨大變革，5G的應(yīng)用勢(shì)必會(huì)推進(jìn)新一代線纜技術(shù)和連接器的發(fā)展，而隨著主動(dòng)安全功能的普及，網(wǎng)絡(luò)安全性和多重冗余以及容錯(cuò)機(jī)制也需要盡快發(fā)展，同時(shí)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(lái)的汽車架構(gòu)究竟會(huì)怎樣，還需要供應(yīng)商們進(jìn)一步研究。
◆進(jìn)入超級(jí)計(jì)算時(shí)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(tái)需要的計(jì)算能力越來(lái)越強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，像自動(dòng)駕駛這一類的高級(jí)汽車功能，都是需要依托非常強(qiáng)大的計(jì)算能力才能實(shí)現(xiàn)。說(shuō)到這里，或許會(huì)有人問(wèn)，計(jì)算能力怎樣衡量呢？怎樣才算強(qiáng)大呢？在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，常用每秒可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算的次數(shù)來(lái)衡量計(jì)算能力。在當(dāng)前，汽車的浮點(diǎn)運(yùn)算能力每秒不足萬(wàn)億次，折算下來(lái)還不如1臺(tái)iPhone 8。然而，一輛自動(dòng)駕駛車輛需要的浮點(diǎn)運(yùn)算能力超過(guò)了每秒200萬(wàn)億次，相當(dāng)于500多臺(tái)iPhone 8的運(yùn)算能力總和。
因此，當(dāng)汽車變得越來(lái)越像一臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，你需要的或許就不僅僅是能載著我們移動(dòng)這么簡(jiǎn)單了，你需要的是一個(gè)有超強(qiáng)運(yùn)算能力的平臺(tái)，同時(shí)可以滿足高速的數(shù)據(jù)傳輸，只有這樣，才能保證在未來(lái)的高級(jí)輔助駕駛甚至自動(dòng)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(diǎn)評(píng)：隨著計(jì)算平臺(tái)的日益強(qiáng)大，我們可以更好地把硬件從軟件中分離出來(lái)。未來(lái)，汽車會(huì)變得越來(lái)越像個(gè)人計(jì)算機(jī)，最后發(fā)展成為可以安裝各種不同軟件的平臺(tái)。在硬件需要更長(zhǎng)研發(fā)時(shí)間才能進(jìn)入市場(chǎng)的情況下，我們可以將軟件開(kāi)發(fā)獨(dú)立于硬件之外，這一點(diǎn)非常重要。就像手機(jī)一樣，開(kāi)發(fā)app一定會(huì)比開(kāi)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(tái)，舊的軟件也可以不斷更新升級(jí)，所以只要你的汽車還在使用周期內(nèi)，它就永遠(yuǎn)不會(huì)落伍。
而對(duì)于汽車線束方面，國(guó)外生產(chǎn)商已經(jīng)形成了一定的技術(shù)壁壘，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商還處在成長(zhǎng)期，如果平衡這個(gè)關(guān)系可能是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)車企需要考慮的問(wèn)題，而對(duì)于中國(guó)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，較低的毛利潤(rùn)率也限制了發(fā)展的速度，但5G的到來(lái)也是一個(gè)機(jī)會(huì)，只有把握好時(shí)機(jī)才能迎頭趕上。（圖/文 汽車之家 冷曉陽(yáng)）
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