自動駕駛商用車需要什么樣的電氣架構(gòu)？

本文是作者在九章智駕上發(fā)布的第三篇文章，前兩篇分別為《干掉保險絲和繼電器，自動駕駛才能更安全》和《特斯拉為什么要“干掉”保險絲和繼電器？》。

前言：

車輛的智能化也必將驅(qū)動電氣架構(gòu)的智能化，而智能電氣架構(gòu)又將反過來助推車輛智能化的發(fā)展，這個未來也將由我們這代汽車人親手來實現(xiàn)。

本文將以自動駕駛技術(shù)，或者說智能化給傳統(tǒng)商用車電氣架構(gòu)帶來的挑戰(zhàn)為切入點，分析智能化是如何驅(qū)動商用車電氣架構(gòu)發(fā)展的，以及智能化的電氣架構(gòu)作為車輛的基礎(chǔ)設(shè)施，還將給商用車行業(yè)帶來哪些影響。比如，OEM軟件能力和品牌價值的提升；比如，推動OEM從車輛生產(chǎn)商到服務(wù)商的轉(zhuǎn)變等。

搞商用車自動駕駛的小伙伴們可能一直關(guān)注的是傳感器、芯片、算法啥的，對商用車電氣架構(gòu)這塊兒還不怎么了解。文中將普及一些基礎(chǔ)的卡車電氣原理，包括配電盒、電氣控制、線束等，以便于大家更好地理解，這樣，大家至少在和OEM進行技術(shù)對接時不至于被人當(dāng)成“小白”，或者在遇到問題需要“撕”的時候能夠派上一點用場，也算是這篇文章的一點價值吧。

現(xiàn)在談車輛電子電氣架構(gòu)的文章可以說是汗牛充棟，鋪天蓋地，但凡是汽車行業(yè)的，都能跟你聊幾句架構(gòu)，但筆者認(rèn)為，目前談的架構(gòu)大都虛的多，實的少，理論多，能指導(dǎo)你落地的少。筆者也參加了不少類似的會議，大家都在反復(fù)引用博世的那張圖，動輒就是算力、10G以太網(wǎng)、中央計算，似乎離了這些，架構(gòu)就沒法玩了。

另外，商用車架構(gòu)似乎都被大家選擇性地忽略了。筆者一直認(rèn)為高等級自動駕駛技術(shù)率先落地的一定是商用車，而非乘用車。在此前的《特斯拉為什么要“干掉”保險絲和繼電器？》一文中，我們已經(jīng)對傳統(tǒng)配電和智能配電技術(shù)進行了深入分析，雖涉及了一點商用車，但側(cè)重點仍在乘用車，而本文將基于前文，著重探討商用車電氣架構(gòu)。

車輛電子電氣架構(gòu)EEA（Electronic Electrical Architecture）一般指網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>、電氣拓?fù)浜瓦壿嫾軜?gòu)的集合，傳統(tǒng)電氣架構(gòu)僅側(cè)重于電氣拓?fù)洌贛OS技術(shù)的智能電氣架構(gòu)則可以融合網(wǎng)絡(luò)和邏輯拓?fù)?，這進一步模糊了電子和電氣的界限。

講到這里就順便講一下車輛的電氣化。車輛的電子化和電氣化都在進行，電氣化是通往智能化的第一步，電氣化了才能電子化，進而智能化。

其實智能化的本質(zhì)就是可控制、可感知、可進化，用專業(yè)術(shù)語說就是可控、可診斷、可編程/可配置、可聯(lián)網(wǎng)。從飛機的拉線控制到電傳操縱，到現(xiàn)在火熱的線控底盤，從我們打方向、剎車靠人力（機械）到電助力（電氣）到線控（智能），整體發(fā)展思路是一致的，所有智能化，網(wǎng)聯(lián)化的基礎(chǔ)，都是電子化。我們以卡車的電源總開關(guān)進行舉例：

電氣化、電子化、智能化的發(fā)展趨勢（來源：左成鋼）

未來能夠電氣化的一定會電氣化，能電子化的電氣部件，也一定會電子化，電子和電氣的界限會越來越模糊，你中有我，我中有你，但智能化的方向是不變的。

扯遠(yuǎn)了，我們拉回來。按照慣例，我們分析一個東西，一定要分析它的前世今生。我們先普及一下商用車的基本特點，便于小伙伴們理解，然后再看商用車電氣架構(gòu)的發(fā)展歷史。

一．商用車基本的特點

搞乘用車的小伙伴可能不太了解商用車，商用車整體的電子電氣技術(shù)是落后于乘用車的。筆者總結(jié)了商用車的一些特點：

東風(fēng)天龍銷量（來源：東風(fēng)商用車）

01、運行時間長

雖然設(shè)計生命周期都是15年，但是商用車的運行時間要遠(yuǎn)大于乘用車。商用車是用來賺錢的，除了裝卸貨，就是跑，放那兒停著就是虧錢，況且很多還是貸款買的。中國70%以上的卡車是個體戶，跑長途就是兩個人輪流開，人歇車不停。

02、可靠性要求高

乘用車壞了是耽誤事，卡車壞了就是耽誤錢。

03、車型多，單車型量小

全球范圍內(nèi)，商用車的量不到乘用車的1/2，中國在1/4左右；此外，商用車的細(xì)分車型極多。以東風(fēng)天龍為例，東風(fēng)天龍15年累計銷售104萬輛，細(xì)分車型1172款，平均下來一個車型不到900臺，一年不到60臺。

因為量小，Tier 1不好配合新開發(fā)，這就會產(chǎn)生很多問題，如設(shè)計上無法像乘用車一樣定制化，只能用通用品。“通用品”的意思就是“能用，但不好用”，只能湊合著用，因為不同車型的需求差異可能很大，需要設(shè)計更改的地方較多。比如通用設(shè)計的一個信號是高，要改成低，你不可能讓Tier 1給你改，改你也來不及啊，還不如自己加個繼電器給轉(zhuǎn)一下快一點。

04、電氣設(shè)計裕量大，成本高

因為設(shè)計時就考慮到車型多，通用性、兼容性設(shè)計就很重要，就會導(dǎo)致設(shè)計裕量大，預(yù)留多，成本相應(yīng)會增加。

商用車線束設(shè)計考慮到機械強度和可靠性，一般沒有低于0.5mm2的，客車甚至0.75mm2起步。線束成本核算較粗放，精細(xì)化程度不夠——線束算是勞動密集型產(chǎn)品，因為量小，改動多，線束廠不好核算成本，可能直接就按重量算了。

05、電氣設(shè)計較粗放

因為車型多，負(fù)載類型多，不確定性較高，不可能也沒條件進行精細(xì)化設(shè)計，有些負(fù)載連供應(yīng)商自己都不搞清楚其電氣特性。

06、整車零部件及需求多

商用車，特別是牽引車，整車零部件比乘用車更多，僅車燈就比乘用車多出來不少，還有很多零部件及需求是乘用車根本沒有的，比如緩速器、發(fā)動機預(yù)熱、后處理等，就像很多小伙伴可能在加油站看到賣尿素的還奇怪是干嘛用的，那其實是給卡車后處理用的。

07、用戶改裝需求多，電氣安全隱患大

商用車，特別是貨車、客車，用戶改裝需求很大，貨車加個駐車空調(diào)，改個燈都是常規(guī)操作。

08、新技術(shù)應(yīng)用慢

商用車的整車電氣環(huán)境復(fù)雜，整體較乘用車差，電子化、智能化程度偏低，新技術(shù)應(yīng)用慢。比如乘用車常見的PEPS一鍵啟動，卡車裝車量極少。

09、改型周期短，任務(wù)重

新車型小改一下，周期可能就是幾個月，更改驗證的工作量很大。在這里要心疼一下搞商用車的小伙伴們，你們心里苦啊，這個苦是搞乘用車的人體會不到的，希望未來的智能電氣架構(gòu)能夠拯救你們一下。

車型	壽命	運行時間	停車 時間	啟動次數(shù)	公里數(shù)	質(zhì)保
乘用車	15 年 /131400 小時	10,000小時 約2 小時/天	121,400 小時	10萬次冷啟動，其中 1/30為熱啟動，約20 次/天	50萬 Km	3 years/ 60,000km
卡車	15 年 / 131400 小時	50,000小時，約8 小時/天	81,400 小時	10萬次冷啟動，其中 1/30為熱啟動，約20 次/天	2,00萬Km。 拖車4,00萬Km，約6萬Km/月	18個月/ 5萬Km（*依OEM及車型有差異）

整車生命周期維度對比（來源：英飛凌）

二．傳統(tǒng)商用車的電氣架構(gòu)

好了，大家已經(jīng)對商用車有了一個初步的了解，書歸正傳，我們看一下傳統(tǒng)商用車的電氣架構(gòu)，其主體就是配電盒。按老規(guī)矩，先上圖，這樣方便大家有個直觀感受。

 

卡車底盤配電盒（來源:網(wǎng)絡(luò)）

 

 

卡車駕駛室配電盒（來源：網(wǎng)絡(luò)）

是不是感覺沒一點技術(shù)回含量？傻大黑粗，構(gòu)造簡單，一點都不高科技，一堆的保險絲和繼電器，淘寶上都有賣的，底盤配電盒一百多塊錢，還包郵。但你可別小看它，整車所有的電源和大多數(shù)控制都來自于這里，給你列一些看看：

配電盒	屬性	保險絲/繼電器	電流	功能
底盤	B+	保險絲	30A	遙控門鎖
底盤	30+	保險絲	80A	發(fā)電機
底盤	30+	保險絲	30A	發(fā)動機ECU
駕駛室	IGN1	保險絲	5A	發(fā)動機ON
駕駛室	30+	保險絲+繼電器	10A	遠(yuǎn)光燈
駕駛室	30+	保險絲	15A	ABS

保險盒功能舉例

看到?jīng)]？無論哪一個出問題，你的車就跑不了了。

卡車的配電盒和乘用車差不多，一般都是分前后兩級：一級裝在蓄電池邊上，一般都有一個手動電源總開關(guān)，長時間停車需要關(guān)掉，避免耗電，否則，蓄電池一旦虧電，下次就啟動不了了；二級配電盒裝在駕駛室里面，也叫駕駛室配電盒，或者中央配電盒。

下面我們再看它的電氣原理，你只要初中物理還沒還給老師，應(yīng)該就能看懂。

 

傳統(tǒng)卡車配電盒電氣原理簡圖（來源：左成鋼）

我們來解釋一下基礎(chǔ)的東西：

1. 商用車蓄電池電源一般分兩種，直接連蓄電池的叫B+，也叫常電，類似于乘用車的常電KL30，除了拆電瓶線或蓄電池，永遠(yuǎn)有電，無法關(guān)閉。

2. 經(jīng)電源總開關(guān)的叫30+，也叫總閘電、受控電，合上電源總開關(guān)就有電，關(guān)掉總開關(guān)就沒有了。Tier 1的小伙伴們不要和乘用車的KL30搞混了，如果你想要停車后還有電，而OEM圖紙上寫的是30+，那你就要再確認(rèn)一下了。

3. 商用車因為底盤配電盒距離駕駛室較遠(yuǎn)，點火鎖檔位（OFF、ACC、ON、START）的分電繼電器（圖中藍框虛線部分）很多就放到了駕駛室配電盒里面，這樣離點火鎖更近，拉的線就更近了。

4. 比起乘用車的發(fā)動機艙配電盒，商用車底盤配電盒一般東西不多，都是大板式保險，很多連繼電器都沒有。當(dāng)然了，這個因車型而異，底盤功能多的，配電盒也就復(fù)雜些，不能一概而論。

5. 底盤配電盒拉到駕駛室會有很多根電源線，包括B+和30+，考慮到電流和強度，一般都是到4mm2～6mm2的，到駕駛室配電盒再經(jīng)不同的小保險絲分出去給負(fù)載供電，需要控制就再加繼電器。底盤配電盒就像小區(qū)的配電柜，駕駛室配電盒就像家里的弱電配電箱，你家里進線也就是一根4平方線，但是駕駛室有好多根。

分析完了傳統(tǒng)商用車的電氣架構(gòu)，大家是不是覺著這就不是個架構(gòu)??？這就是個配電??！沒錯，你有這種感覺那就對了。

前面咱也說了，技術(shù)要一點點進步，飯要一口口吃。就基于這個現(xiàn)狀，你就想上區(qū)架構(gòu)、中央計算？肯定不行！基于目前商用車電氣架構(gòu)的現(xiàn)狀，我們要先建設(shè)一些基礎(chǔ)設(shè)施，而電氣架構(gòu)就是這個基礎(chǔ)設(shè)施。

三．自動駕駛需要什么樣的電氣架構(gòu)？

好了，傳統(tǒng)電氣架構(gòu)（姑且稱其為架構(gòu)吧）已經(jīng)分析完了，那么它能夠滿足未來智能化的需求嗎？自動駕駛需要什么樣的電氣架構(gòu)呢？

你會說“這不廢話嗎，肯定是需要智能電氣架構(gòu)啊”。前面我說過，所有不以真實功能需求驅(qū)動的技術(shù)，都是耍流氓，我們不能為了智能化而智能化，功能需求肯定是第一驅(qū)動力。

我們轉(zhuǎn)換一下角色，從自動駕駛的角度出發(fā)，看它的核心需求是什么？最后你會發(fā)現(xiàn)，其實只有四個字：安全可控；安全、可控是基本需求，可控還包含了功能需求。因為車上有人，而路上也有人，所以“安全可控”四個字我們可以稱之為自動駕駛的“元需求”，基于這個需求，我們可以推導(dǎo)出來以下需求：

1. 為了安全，需要增加冗余，包括供電冗余和控制冗余；

2. 為了安全，可能要采用更安全的新技術(shù)方案替代現(xiàn)有技術(shù)方案；

3. 為了可靠，需要實時監(jiān)控，能監(jiān)控的維度越多越好；

4. 有了監(jiān)控，就需要故障預(yù)警、故障診斷，為了故障預(yù)警和診斷，就需要聯(lián)網(wǎng)；

5. 為了安全可靠，還需要做到可控，比如故障線路的及時切斷、隔離，以及故障解除后的功能自動恢復(fù)；

6. 為了可控，以前不需要控制的，現(xiàn)在需要控制了；

7. 為了功能持續(xù)迭代，還需要支持OTA升級；

8. 為了滿足潛在的功能不確定性，就需要回路單獨可控，進而才能支持可配置、可編程、可升級、可迭代。

好了，分析到這里，小伙伴們有沒有發(fā)現(xiàn)，這和前面我們講的“電氣化 → 電子化 → 智能化”最后提煉出來的“可感知、可控制、可進化”，其本質(zhì)是一樣的？如果一個架構(gòu)具備了以上特征，那我們就可以稱其為“安全的智能電氣架構(gòu)”了，畢竟誰也不希望時速120Km時斷電吧。

好，有了具體需求了，我們再繼續(xù)分析，怎么來實現(xiàn)這個智能電氣架構(gòu)。

常規(guī)做法一般是基于現(xiàn)有電氣架構(gòu)，看怎么進行升級改造，使其滿足我們的需求。前面我們已經(jīng)對現(xiàn)有電氣架構(gòu)進行過分析了，我們看一下怎么對其進行升級改造：

1. 冗余供電：多加個保險；2. 冗余控制：多加個繼電器；3. 線路單獨可控：需要的都加上繼電器；4. 實時監(jiān)控：保險絲、繼電器增加電壓、電流監(jiān)控功能；5. 故障診斷：增加診斷功能；6. 聯(lián)網(wǎng)：增加通信；…………………….

你要是電氣工程師，后面你肯定會瘋掉的，今天這里拉根線，明天那里加個繼電器，后天再改個功能。“今日改五線，明日改十線，然后得一夕安寢。起視四境，而產(chǎn)品經(jīng)理又至矣”。雖然現(xiàn)有的電氣架構(gòu)掙扎一下還能再戰(zhàn)三五年，但改到最后，復(fù)雜度會越來越高，電氣設(shè)計工程師會越來越痛苦，從長期看，這種改造之路是行不通的。

  

電氣架構(gòu)的作用（來源：網(wǎng)絡(luò)）

就像19世紀(jì)的人說他想要一輛更快的馬車，你再加匹馬來讓它更快，這個方向注定走不遠(yuǎn)。但也不可能把車輪子拆了，加上翅膀，改成飛機，因為現(xiàn)實條件也不允許。所以，我們必須基于現(xiàn)有的電氣架構(gòu)，“輪子”還要保留，然后在此基礎(chǔ)上升級改造。

我們看一下需要對現(xiàn)有的架構(gòu)怎么進行改造：

1.維持現(xiàn)狀的部分：保留底盤配電盒和駕駛室配電盒的前后兩個配電盒設(shè)計；蓄電池和發(fā)電機/DC-DC直接接入底盤配電盒，接法不變。

2.升級的部分：電子器件替代保險絲和繼電器技術(shù)進行控制及保護，電氣設(shè)計改為電子設(shè)計；電子化后，增加診斷和聯(lián)網(wǎng)功能，集成一些輸入信號檢測等，OTA升級就水到渠成了。

基于以上假設(shè)，下面給出一種商用車智能電氣架構(gòu)的實現(xiàn)方式。我們來看一下新的架構(gòu)： 

商用車智能電氣架構(gòu)原理簡圖（來源：左成鋼）

 

傳統(tǒng)卡車配電盒電氣原理簡圖（來源：左成鋼）

為了方便大家對比，我把傳統(tǒng)架構(gòu)再放過來一下。

小伙伴們有沒有發(fā)現(xiàn)，如果說傳統(tǒng)架構(gòu)電氣圖還需要一些“初中物理知識”，那智能架構(gòu)就連這個也不需要了。沒有了繼電器的邏輯之美，也沒有了復(fù)雜的電源分配，智能化的電氣架構(gòu)，就是這么單調(diào)、枯燥、且乏味，就像智能機連優(yōu)美的機械鍵盤都沒有了，像板磚一樣枯燥。

好了，現(xiàn)在我們來對比一下智能電氣架構(gòu)和傳統(tǒng)架構(gòu)的差異：

1. 每路單獨可控，這就表示每條線路都支持單獨編程控制了，這是實現(xiàn)邏輯架構(gòu)的基礎(chǔ)。

2. 每路單獨可控后，功耗控制及能量管理就不是問題了，所以就可以取消電源總開關(guān)了（GB7258規(guī)定大于等于6米的客車不可以取消）。

3. 電源沒有屬性之分了，所有的線路都可以定義為任意供電屬性。過去定義供電屬性的原因就是為了便于管理，現(xiàn)在不需要了。

4. 駕駛室配電盒B+供電不變，但是從多根線變成一根線。比如原來是4根4mm2的線，可能現(xiàn)在要一根10mm2的線就可以了。

5. 引入了通信網(wǎng)絡(luò)。原來的配電盒是沒有網(wǎng)絡(luò)的，而現(xiàn)在離了網(wǎng)絡(luò)的生活你敢想。6. 可監(jiān)控、可診斷。原來的配電盒里都是被動元件，是沒有狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷的，像個黑盒子，現(xiàn)在它可以被感知了，還接入了整車網(wǎng)絡(luò)。

好了，現(xiàn)在這個電氣架構(gòu)是不是就有點“架構(gòu)”的樣子了？電氣拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦壿嫾軜?gòu)就可以往里面補充了。智能電氣架構(gòu)的配電盒實際上就是一個專門的區(qū)域控制器，安波福稱其為PDC。按照自動駕駛的等級劃分，安波福認(rèn)為一臺智能汽車往往需要用到2～6個PDC，比如特斯拉Model 3采用的是前、左、右三個分布式區(qū)域控制器。

這里可能有人要問既然是區(qū)域控制器，為什么沒有看到信號采集部分？其實電氣架構(gòu)這一塊兒的難點在于電源分配及控制部分，電子化后的配電盒，集成開關(guān)信號采集或傳感器信號采集是水到渠成的事情，在此就不專門討論了。電氣原理圖里面那我也沒有放信號部分，大家理解就好。

另外再次解釋一下，怕有的小伙伴們不理解，基于MOS的方案包括：MOS分立方案和HSD集成方案（包含eFuse），我們在此統(tǒng)稱MOS方案。

四．智能電氣架構(gòu)帶來的價值

（一）直接價值

智能電氣架構(gòu)帶來的直接價值主要集中在產(chǎn)品功能、可靠性及維護保養(yǎng)成本三個方面。具體地說——

01、產(chǎn)品功能方面

（1）每條線路均可獨立控制。（2）保護功能不限于短路，還有過載、過壓、開路等保護。（3）每條線路均可監(jiān)控，可診斷，不限于電壓，還有電流、溫度等。（4）可設(shè)置休眠時需保持工作的設(shè)備。（5）故障消除后可自動恢復(fù)或根據(jù)需求恢復(fù)。（6）可聯(lián)網(wǎng)，信息可實時上傳。（7）控制邏輯可編程，可OTA。（8）自動駕駛狀態(tài)下的整車電源狀態(tài)實時監(jiān)控。（9）無人駕駛車輛遠(yuǎn)程電源管理。精確的供電管理及可控的供電時序，這個是智能化的基礎(chǔ)，包括未來新能源重卡的電源管理，這一塊兒意義重大。

02、可靠性方面

（1）可實現(xiàn)雙供電電源+雙接線柱輸入的高可靠性。

（2）MOS器件本身的高可靠性。

（3）防護等級提高，更安全。比如原來防護可能只到IP54，現(xiàn)在配電盒可以全密封，一下就到IP67或IP69了，就不可能進水了，這個對商用車惡略的使用環(huán)境來講，也很有價值。

03、運營成本方面

（1）維保提醒、故障預(yù)警，防止車輛運行時出現(xiàn)故障，降低商用車運營成本。（2）長壽命及免維護。這個對商用車來講，價值比乘用車要大得多，可靠性高，維護的少，就意味著故障停車少，可以少耽誤事，多掙錢。

支持未來新能源卡車、高階無人駕駛等技術(shù)對車輛電氣架構(gòu)的需求，包括基本的功能需求及功能安全等級要求等。

（二）間接價值

01、網(wǎng)絡(luò)管理NM設(shè)計優(yōu)化

有一個問題不知道大家深入想過沒有，只要搞汽車電子的就離不開CAN總線，那就會接觸到CAN總線的AUTOSAR/OSEK網(wǎng)絡(luò)管理NM，那為什么要做網(wǎng)絡(luò)管理呢？

我估計你會愣一下，然后說“要控制ECU的休眠喚醒啊”，再問下去你就會發(fā)現(xiàn)，最終目的其實是為了控制整車功耗，當(dāng)需要相關(guān)功能時，再讓相關(guān)ECU節(jié)點啟動起來，以節(jié)約電能。

如果你繼續(xù)深究下去，為什么不直接控制ECU呢？前面我們已經(jīng)講過了車上的電源種類，也就那幾種，但實際應(yīng)用需求千差萬別，所以供電管理（上下電時序）及能量管理就會很復(fù)雜，但又不可能每一個供電回路都加一個繼電器控制。在ECU都接入CAN總線以后呢，大家就想到了是不是可以用基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)管理來進行能量管理，因為僅靠供電管理遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠嘛。

為此甚至還搞出來了更復(fù)雜的PN(Partial Networking)功能，但到現(xiàn)在都很少真的用起來，因為很多傳統(tǒng)ECU的CAN收發(fā)器不支持，換了收發(fā)器又發(fā)現(xiàn)MCU硬件也不支持，你總不可能去換了MCU吧？對于Tier 1來說，換MCU那基本是不可能的，這個打擊面太廣，成本太高。

但到了智能電氣架構(gòu)階段，大家發(fā)現(xiàn)，咦，原來的有些做法似乎有點畫蛇添足了?。刻珡?fù)雜了不說，細(xì)究起來甚至還有點舍本逐末，本末倒置了呢！就比如我們搞了一大套極其復(fù)雜的CAN網(wǎng)絡(luò)管理，最后發(fā)現(xiàn)竟然是為了省電！等一下，你說啥？要省電？這不正是智能電氣架構(gòu)的基本功嗎？智能電氣架構(gòu)最基礎(chǔ)的功能就是可以實現(xiàn)每一個回路電源的單獨控制啊。

言歸正傳，我們先來看一下現(xiàn)在的CAN網(wǎng)絡(luò)管理，按照喚醒方式，一般將ECU網(wǎng)絡(luò)節(jié)點類型劃分為兩大類：本地喚醒與遠(yuǎn)程喚醒。

本地喚醒比如采用KL15或其他硬線、傳感器等信號喚醒，這時其實可以將喚醒信號直接接入智能配電模塊，讓配電模塊采集外部信號，來執(zhí)行喚醒邏輯，因為本來KL15等信號也是從配電模塊產(chǎn)生的，甚至KL15都可以取消了，改成虛擬的KL15（ACC、KL30也一樣）。

至于遠(yuǎn)程喚醒，支持PN(Partial Networking)會好一些，而對于不支持PN功能的網(wǎng)段，所有ECU同睡同醒，網(wǎng)絡(luò)管理能起到的作用就比較有限。所以，對休眠喚醒速度要求不高的功能，這時候就可以考慮直接斷電，讓智能電氣架構(gòu)來直接實現(xiàn)ECU的電源管理，這樣，大部分原來的CAN網(wǎng)絡(luò)管理職能就直接轉(zhuǎn)移到了電氣架構(gòu)層面了，需要做網(wǎng)絡(luò)管理的節(jié)點就會大幅減少，網(wǎng)絡(luò)管理也可以得到很大程度的優(yōu)化了，工作量也可以大幅降低了，設(shè)計變更也變得更簡單了，因為邏輯上移了嘛。比如座椅控制ECU，到一定條件，比如車速超過20KM/h，直接斷電，功能禁用。如需要停車后延時下電的功能，也可以由電氣架構(gòu)來做這個上下電時序控制。

所以，基于智能電氣架構(gòu)的供電及能量管理策略，是可以實現(xiàn)現(xiàn)有的一部分CAN網(wǎng)絡(luò)管理功能、進而優(yōu)化整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及降低網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載率（商用車網(wǎng)絡(luò)管理做得不好的話，負(fù)載率很容易出問題）。當(dāng)然這種設(shè)計思想比較顛覆，還需要OEM和Tier 1一起探索如何進行網(wǎng)絡(luò)管理的優(yōu)化，進而降低整個設(shè)計的復(fù)雜度。

02、指導(dǎo)車輛設(shè)計優(yōu)化，提升OEM品牌價值

汽車產(chǎn)業(yè)作為一個擁有上百年歷史的產(chǎn)業(yè)，其很多設(shè)計是有傳承的，傳承的意思就是有延續(xù)性，變動較少。類似于宮廷劇里經(jīng)常出現(xiàn)的“祖宗之法不可違”這句話，這其中是包含了很多前人的智慧的，因為前人不傻，他一定是踩了很多坑，才定下了這個規(guī)矩，是有其道理的，你繼續(xù)用，大概率是沒問題的，因為大家都一直這么用，也沒出問題。

比如你問OEM的電氣，這輛車發(fā)電機保險為什么配125A，他大概率會說“我們一直就這么用的”，從來也沒反饋“燒過”啊，這是沿用設(shè)計。你要問他那配的線束為什么只用16平方，按手冊推薦匹配來看不對啊，125A要配25平方的線啊，他肯定又會跟你說“這是我們的經(jīng)驗，沒問題的，放心”。

你發(fā)現(xiàn)沒有，沿用設(shè)計和經(jīng)驗設(shè)計其實是在缺乏有效數(shù)據(jù)支撐、無法理論計算分析、也無法模擬仿真時的最佳解決方案！就像我們在做電路設(shè)計時，如果WCCA最差情況分析計算不過時，如果你實測可以證明沒問題，或者你有應(yīng)用案例和可靠性數(shù)據(jù)支撐，那也算你過，道理是一樣的。

講到這里你就發(fā)現(xiàn)了，傳統(tǒng)設(shè)計我們?yōu)槭裁炊荚谘赜茫瑯O少改動，因為那里面都是前人經(jīng)驗智慧的總結(jié)和沉淀，是成本和可靠性的均衡。但智能化以后，一切都改變了。我們有了實時監(jiān)控，有了診斷，有了數(shù)據(jù)，有了網(wǎng)絡(luò)，云端、大數(shù)據(jù)、AI算法。

舉例來講，原來整車的能量管理實際上是很粗放的，因為測不到，測不準(zhǔn)，沒聯(lián)網(wǎng)，所以用電這一塊兒就是估的，但是數(shù)字化和網(wǎng)聯(lián)化以后，我們就可以提高數(shù)據(jù)的顆粒度、數(shù)據(jù)量和實時性了，這時候大數(shù)據(jù)和AI就派上用場了。就好比智能電表、水表普及以后，警察可以利用大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)用電用水異常來抓毒販；社區(qū)服務(wù)可以根據(jù)用水異常，及時發(fā)現(xiàn)獨居老人的摔倒風(fēng)險一樣。

數(shù)字化及網(wǎng)聯(lián)化以后，OEM可以通過后臺實時獲取車上每一個負(fù)載、模塊的電流及整車總電流，獲得整車Load profile數(shù)據(jù)，并且還可以按不同的維度來進行分析（具體維度可以參見筆者上篇文章），這些數(shù)據(jù)就可以指導(dǎo)車輛的設(shè)計，比如：

（1）指導(dǎo)整車電平衡設(shè)計；（2）指導(dǎo)整車能量管理設(shè)計；（3）指導(dǎo)整車上下電時序設(shè)計；（4）指導(dǎo)蓄電池、發(fā)電機、DC-DC設(shè)計；（5）優(yōu)化負(fù)載選型，線徑、保護電流匹配設(shè)計，降低成本；（6）建立數(shù)據(jù)庫模型（負(fù)載維度、功能應(yīng)用維度等），用前期模擬仿真設(shè)計；（7）指導(dǎo)整車電氣設(shè)計，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本；（8）建立季節(jié)天氣環(huán)境模型，用于模擬仿真設(shè)計。

另外，在提高數(shù)據(jù)的維度、顆粒度、數(shù)據(jù)量和實時性以后，OEM可以通過后臺實時獲取車上每一個負(fù)載、模塊的電流及整車總電流，這時候大數(shù)據(jù)和AI就派上用場了，利用能量管理算法就可以實現(xiàn)智能節(jié)能節(jié)油了，或者指導(dǎo)用戶如何優(yōu)化駕駛習(xí)慣，進而實現(xiàn)節(jié)油了。

這時候，OEM就可以通過APP為用戶提供用車建議、維保提醒等，這也可以算是品牌價值的一部分吧，可以作為OEM的營銷亮點，或者品牌溢價吧。所以，從某種意義上講，智能電氣架構(gòu)也算是一種“硬件預(yù)埋”，可以為未來“軟件付費”打下基礎(chǔ)。

03、加速跨域融合及功能迭代

智能電氣架構(gòu)里面，控制和執(zhí)行融合以后，配電盒實際上就是一個專門的區(qū)域控制器了，配電架構(gòu)就變成了功能邏輯架構(gòu)的一部分了，這是實現(xiàn)跨域融合及區(qū)架構(gòu)的基礎(chǔ)。

比如特斯拉的FBCM就做了很多熱管理的工作，包括閥的控制和電機的驅(qū)動，還有空調(diào)的壓力、溫度信號的采集等。LBCM做了左側(cè)燈光、車門車窗控制、座椅調(diào)節(jié)，甚至氣囊的控制，而這些功能原本都是有獨立的ECU來執(zhí)行的。

所以ECU功能融合將是一個大的趨勢。首先應(yīng)該是域內(nèi)的功能融合，比如原來都是車身域的燈光、雨刮、門控、座椅等，門控功能集成進去，門控模塊就省了，后面可以跨域到座艙舒適系統(tǒng)；比如空調(diào)控制算法可以直接集成進去，空調(diào)控制器就省了，這是不是就有點域融合的意思了。到后面如果OEM的有能力了，或者和Tier 1聯(lián)合開發(fā)，就可以放更多動力、底盤的功能進去了，當(dāng)然。這個更多會是執(zhí)行層面的，邏輯可以往上走，便于后期OTA。

還有就是可以做一些酷炫功能，類似于特斯拉用燈光、音樂加鷗翼門跳個舞啊，當(dāng)然商用車我們還是得講實用性，比如做個整車燈光自檢?。ㄔ瓉硎抢^電器控的，沒法做），做個偷油檢測，來個聲光報警啊等等，有了獨立可控的可編程能力，加上OTA，那未來就有無限可能了。

另外就是實現(xiàn)智能化架構(gòu)后，設(shè)計更改速度可以更快，后期迭代速度也相應(yīng)可以更快，更改設(shè)計的成本也會變低。這個對商用車多車型、小批量、開發(fā)周期短的特點來講，價值特別大。比如原來改個控制邏輯，你或者要改線，或者就要改配電盒設(shè)計，反正怎么著都很麻煩，現(xiàn)在你只需要動動鼠標(biāo)，重新配置一下就好了。

比如配電部分的電氣設(shè)計，開發(fā)速度可以從原來的一個月縮短到現(xiàn)在的一周甚至更短的時間（整車改款也就幾個月時間），甚至OEM可以脫離Tier 1來自己升級配電及控制邏輯，而不需要依賴Tier 1重新設(shè)計配電模塊，這個與目前在乘用車領(lǐng)域正在發(fā)生的，OEM加大了對軟件能力的建設(shè)和對零部件設(shè)計的參與深度這種現(xiàn)象，整體上趨勢是一致的，包括特斯拉的大部分零部件開始自研自產(chǎn)一樣。

據(jù)筆者了解，在客車領(lǐng)域目前已有一種基于半導(dǎo)體可編程控制的底盤配電盒在大規(guī)模地替代原來的傳統(tǒng)配電盒，雖然成本有所提高，但是對車廠來講，支持現(xiàn)場編程更改設(shè)計邏輯（通過CAN進行配置），極其方便。車廠工程設(shè)計人員甚至已經(jīng)愛上了這種新的設(shè)計模式，可以根據(jù)訂單需求快速變更整車電氣設(shè)計，設(shè)計變更及其簡單，速度快，不需要更改硬件設(shè)計，也不怕設(shè)計錯了，錯了刷個軟件就可以改，而原來錯了就要批量改線了。

04、防火安全性能提高

防火安全對于商用車來講，其實一直都是個問題。商用車不同于乘用車，其應(yīng)用復(fù)雜度要高得多，拉人的客車還好，拉貨的卡車就很復(fù)雜了，新聞也經(jīng)常能見到卡車在高速上著火的報道?；馂?zāi)有個問題就是“死無對證”，燒完了以后故障都很難查。

據(jù)有30年車輛火災(zāi)調(diào)查經(jīng)驗的消防專家Randolph Harris，在調(diào)查了超過2500起事件，超過500輛卡車、重型設(shè)備和車輛火災(zāi)后，調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，卡車火災(zāi)的首要原因就是電氣火災(zāi)，其次才是縱火（中國應(yīng)該極少）、輪胎和事故。而電氣原因則可以歸結(jié)為以下幾點：

(1) 大功率負(fù)載接線松動，接觸不良，接觸點發(fā)熱；(2) 線路老化，線束松動，絕緣磨損，電線破皮，搭鐵短路；(3) 用戶在車上私拉亂接電線，使用超負(fù)荷的電器；(4) 保險絲燒了，更換了更大的保險絲，或劣質(zhì)保險絲；(5) 用電器進水，導(dǎo)致電路短路，引燃附近可燃物。

針對以上電氣問題，基于MOS方案的電子化智能架構(gòu)是可以解決大部分、甚至全部問題的，從而可以杜絕電氣火災(zāi)，提高車輛的防火安全性能。

比如，對接線柱松動導(dǎo)致發(fā)熱起火的問題，我們可以增加溫度傳感器，這在電子化設(shè)計中很常見。加入傳感后就可以實時監(jiān)測了，線路具備了獨立開關(guān)控制功能，檢測到故障后可以立即關(guān)斷，就避免了事故發(fā)生，同時還可以通過網(wǎng)絡(luò)通信（比如儀表）進行報警，提醒駕駛員故障原因及具體故障線路，便于維修。

線路老化、絕緣磨損，輕微搭鐵等問題，我們可以通過監(jiān)測線路電流來發(fā)現(xiàn)故障，基于歷史數(shù)據(jù)對比，或同等車型應(yīng)用對比。如果是嚴(yán)重的搭鐵短路，MOS方案的保護靈敏度是可以做到很高的，并且有短路電流限制，這個在上篇文章有講過。有電流限制就意味著打火小，靈敏度高就意味著打火后就馬上能檢測到，就可以快速保護（保護速度可以達到傳統(tǒng)保險絲的1000倍以上），從而降低了火災(zāi)的風(fēng)險。

類型	保護速度	精度	短路電流限制
保險絲/片	ms～s級	/	無，可能高達上百A
芯片	µs～ms級	可達0.1A	有

保險、芯片保護特性對比（來源：左成鋼）

用戶在車上私拉亂接電線、更換大保險、使用超負(fù)荷的電器，這種問題基本不會在智能電氣架構(gòu)下發(fā)生。

傳統(tǒng)的配電盒，用戶很容易自己接線，帶不動就更換更大的保險絲，而MOS方案的配電盒都是全密封設(shè)計的，不考慮維護和更換，用戶無法打開，打開了也看不懂，沒法接線，這個上篇文章詳細(xì)講過。另外，即使用戶在外面破皮接線，一旦超過設(shè)計保護門限就會觸發(fā)過流保護，不可能發(fā)生換了大保險以后導(dǎo)致燒線的問題。

用電器進水短路起火事故，如果基于MOS方案，因其保護的靈敏性，部分故障也是可以避免的。

基于以上分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，基于MOS方案的智能電氣架構(gòu)在提高商用車防火安全性上帶來的優(yōu)勢，這個價值是用BOM成本無法衡量的。

05、整車EMC改善及成本降低

我們不聊太深奧的EMC知識，今天只專注于智能電氣架構(gòu)能給商用車整車EMC及成本帶來哪些價值。

商用車由于車很長，負(fù)載類型也更復(fù)雜，整車電氣環(huán)境也更惡略。比如線束很長，受長導(dǎo)線雜散電感影響，繼電器切換就會產(chǎn)生一些高壓脈沖，會對其他電子設(shè)備產(chǎn)生過壓危害，影響整車EMC性能，這個我們上篇文章有詳細(xì)分析。我們今天不擴散，專注講ISO7637-2（國標(biāo)是GB/T 21437-2）的一部分脈沖相關(guān)的EMC問題。

我們先來看一下標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)苛的脈沖，就是拋負(fù)載，專業(yè)叫Load dump，就是業(yè)內(nèi)常說的5a和5b。如果你碰到個人能聊這個，說明已經(jīng)比較了解EMC了。大家別抬杠，說這是老標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)不叫這個名字了。因為老標(biāo)準(zhǔn)大家都熟，也習(xí)慣了，新標(biāo)準(zhǔn)電壓等級更高，名字也改了，直接叫Load dump pulse了，且調(diào)整到了ISO16750-2里面。我們下面就是舉個例子，看下商用車和乘用車OEM對5號拋負(fù)載脈沖的一些試驗要求。

電壓	標(biāo)準(zhǔn)要求	OEM要求
12V系統(tǒng)	5a: 87V，5b: 35V	5b: 35V
24V系統(tǒng)	5a: 174V	5a: 174V

乘用車及商用車5a和5b脈沖試驗要求

據(jù)筆者了解，目前乘用車基本很少要求5a了，原來做一些Local項目還有要求，Global的其實早就不要求了，現(xiàn)在國內(nèi)也基本都不作要求了。這個其實也好理解，就像80年代桑塔納剛國產(chǎn)化時，德國標(biāo)準(zhǔn)要求喇叭是5萬次的使用壽命，總是壞，中方調(diào)查研究后就發(fā)現(xiàn)在中國喇叭用的的確更頻繁，所以喇叭國產(chǎn)化后就增加到了10萬次。講這個就是說明設(shè)計需要考慮真實情況，并不是老外的標(biāo)準(zhǔn)就一定是對的，設(shè)計一定是好的。

回到主題，為什么global的OEM就敢要求不做5a？那是人家根據(jù)經(jīng)驗，5b就可以了，因為人家的整車電氣環(huán)境真的就做得比較好了，這是一個系統(tǒng)性問題。整車電氣環(huán)境好了以后，試驗標(biāo)準(zhǔn)就降低了，零部件成本也低了，進而整車成本也可以得到降低。

再舉個例子，80后的小伙伴們應(yīng)該都記得，小時候電壓不穩(wěn)，家里穩(wěn)壓器、調(diào)壓器、冰箱保護器是標(biāo)配，否則電視機、冰箱等家電就很容易壞，當(dāng)然現(xiàn)在早就見不到了，并不是家電質(zhì)量變好了，而是供電電壓穩(wěn)定了，也極少停電了，這是國家電網(wǎng)的功勞。

 

家用穩(wěn)壓器（來源：網(wǎng)絡(luò)）

講這么多，其實就是想說明兩點：一是設(shè)計要考慮實際應(yīng)用情況，二是用電器是受整體電氣環(huán)境影響的?；氐缴逃密嚕瑸槭裁瓷逃密嚹壳斑€都要求做5a，就是因為整車電源環(huán)境還不夠好。上面也講過，商用車整體技術(shù)是落后于乘用車的，所以你去隨便拆開一個商用車的電路板，一眼就能看到下面這個東西，很大個，這就是電源的穩(wěn)壓器，每個ECU都有。

 

商用車電源的穩(wěn)壓器-TVS（來源：網(wǎng)絡(luò)）

好了，我們回歸主題，看智能電氣架構(gòu)能為我們帶來什么價值吧。智能電氣架構(gòu)因為實現(xiàn)了電子化，我們就可以在底盤配電盒電源輸入端加入電壓抑制設(shè)計。因為5a脈沖來自于電源端，而整車的電源又都來自于底盤配電盒，這就相當(dāng)于送到小區(qū)的電經(jīng)過配電柜穩(wěn)定后，再送到每一家，家里的用電器就不需要額外配穩(wěn)壓器了。

智能電氣架構(gòu)5a波形對比（來源：左成鋼）

從電壓波形我們也能看出來，脈沖電壓從174V降到了44.8V，效果很明顯。這能帶來哪些價值呢？

(1) 整車ECU試驗標(biāo)準(zhǔn)降低到5b，試驗成本降低；

(2) 整車取消ECU級別電壓抑制設(shè)計，BOM成本降低，整車一般有幾十個ECU，一個TVS得好幾塊錢；

(3）整車一級電源耐壓等級降低。而常規(guī)24V設(shè)計，一級電源耐壓要求是60V，60V器件就比50V貴不少；

(4）整車EMC環(huán)境改善。

其實整車EMC環(huán)境改善不僅限于整車電源端供電的改善，各ECU和負(fù)載間的相互干擾也會得到改善。

前面我們講過商用車的線束很長，快速變化的大電流因線束電感的影響，將會產(chǎn)生一些高壓脈沖危害，這個很容易理解，初中物理就學(xué)過，就是這個公式U=L*di/dt。以1mm²的導(dǎo)線為例，一米的電感大約是1µH，這個電壓很容易就能到上百伏，而ISO7637-2規(guī)定的2a和3a脈沖可以達到-300V到+112V，這個電壓都是和線束電感有關(guān)的。

傳統(tǒng)配電盒里面都是互相連在一起的，有一個脈沖就會到處跑，ECU和負(fù)載間也能互相影響，而智能電氣架構(gòu)的底盤配電盒不僅在電源端增加了電壓抑制設(shè)計，每個輸出通道本身也有電壓抑制設(shè)計，這就避免了用電設(shè)備之間的相互干擾，也就是說，干擾脈沖不會到處跑了，直接被吸收了。

商用車與乘用車長度對比（來源：英飛凌）

另外，還有芯片開關(guān)特性對EMC的改善。芯片一般都有開關(guān)的slew rate控制，而繼電器是沒有的，還有保險熔斷時，因短路電流無限制及保險熔斷特性帶來的EMC影響，這些芯片都能避免，我們就不展開了。

06、杜絕電源反接影響

只要是接觸過電子設(shè)計的小伙伴們，不管是消費級、工業(yè)級還是汽車級，估計都知道電源設(shè)計上要加一個二極管防反，就像下面這樣：

 

電源防反電路設(shè)計（來源：左成鋼）

這種設(shè)計簡單、實用、有效，可以避免許多應(yīng)用時接錯線的問題，因為一旦接錯，整個電源就燒了，產(chǎn)品就報廢了，代價很高，而接錯線這種事情，搞過設(shè)計的人都沒少干過。

對于車載設(shè)計，其實也是一樣的，因為車輛在實際應(yīng)用中，偶爾會有電源接反的情況。比如車輛蓄電池虧電無法啟動，在用別的車進行跳線啟動時，就很有可能出現(xiàn)電源反接的情況；還有就是維修時，蓄電池正負(fù)極接反，當(dāng)然專業(yè)人員絕不會犯這種錯誤。所以車輛設(shè)計時就考慮到了這種情況，而且ISO標(biāo)準(zhǔn)也有相應(yīng)的規(guī)定。

 

電源極性反接的介紹（來源：英飛凌）

ISO16750-2及國標(biāo)GB/T28046.2對電源反接的規(guī)定

所以，對于汽車電子設(shè)計人員來講，ECU的電源防反設(shè)計就是一個基礎(chǔ)設(shè)計（英飛凌的介紹里也僅指出了ECU防反接設(shè)計），大家也都習(xí)以為常了，只要是個電源，二極管就先給它安排上，妥妥的，絕對沒錯。但到了智能電氣架構(gòu)，我們在實現(xiàn)了整車電源分配智能化、電子化的同時，有一個傳統(tǒng)設(shè)計即將被悄悄顛覆，就像移動支付慢慢顛覆了大家用現(xiàn)金的習(xí)慣一樣。

我們來看一下究竟發(fā)生了什么？

 

智能電氣架構(gòu)的整車電源防反接設(shè)計（來源：左成鋼）

在傳統(tǒng)電氣架構(gòu)中，配電盒就負(fù)責(zé)電源分配，里面沒有電子器件，也沒有辦法做電源防反接設(shè)計（包括上面說的EMC設(shè)計），一旦電源接反，整車所有的ECU、負(fù)載的電源就都反過來了。

但是到了智能電氣架構(gòu)時代，因為實現(xiàn)了電子化設(shè)計，我們就可以在底盤配電盒電源輸入端加入電源防反接設(shè)計。因為整車的電源都來自于底盤配電盒，我們在源頭實現(xiàn)了防反接設(shè)計后，就把反向電流堵在了源頭，即使蓄電池電源發(fā)生了反接，整車是沒有反向電壓和反向電流的。

這會帶來什么價值呢？

（1）除一級配電模塊外，整車所有ECU及負(fù)載，不需要做電源防反接設(shè)計，降低設(shè)計難度、設(shè)計成本及BOM成本；

（2）OEM可以取消相應(yīng)試驗項目，降低整車設(shè)計及驗證成本。（3）杜絕蓄電池電源極性反接時對整車產(chǎn)生的影響，比如電子電氣件燒毀，負(fù)載誤動作風(fēng)險等。

這里可能有小伙伴們好奇為什么電源反接時，會有電子電氣件燒毀及誤動作的風(fēng)險？我就順便給大家科普一下。

整車所有ECU電源的邏輯控制部分都是有防反設(shè)計的，而負(fù)載控制及大電流控制大部分是則沒有做，因為大電流的防反接設(shè)計很復(fù)雜，難度比較大，每個電源上都做成本也不允許，真的接反了，保證自己的ECU不誤動作，不會損壞就行了，至于其他的就暫時不管那么多了。

我們來看下傳統(tǒng)電氣架構(gòu)電源極性反接會發(fā)生什么？

 

蓄電池極性反接示意圖（來源：左成鋼）

對于常規(guī)汽車電子設(shè)計，無論是基于傳統(tǒng)繼電器的負(fù)載控制，亦或是基于HSD（智能高邊開關(guān)）芯片的負(fù)載控制，因為大電流回路里沒有防反接設(shè)計，一旦電源極性反接，作為繼電器控制的LSD（智能低邊開關(guān)）芯片因為寄生體二極管自動導(dǎo)通，繼電器動作，HSD也會因此自動導(dǎo)通，負(fù)載開始上電工作。如果是燈泡，那就直接點亮，因為燈泡本身沒有極性，如果是電動機，那就直接反轉(zhuǎn)，至于會不會造成車輛故障或電氣件損壞，那就聽天由命了，反正短時間內(nèi)ECU是肯定不會壞的。

所以，智能電氣架構(gòu)帶來的電源分配及控制技術(shù)的電子化，其對整車及整個汽車行業(yè)帶來的影響是巨大的，甚至在某些方面是顛覆性的，甚至行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也將為之而改變。站在當(dāng)下，可能我們還無法感知到它的影響，但在未來，它對汽車行業(yè)的影響注定是深刻而長遠(yuǎn)的，甚至未來做汽車電子設(shè)計的小朋友們都會忘了電源上需要加一個二極管這種設(shè)計，就像現(xiàn)在的小朋友們都已經(jīng)不認(rèn)識紙幣了一樣。

07、線束回路節(jié)省，成本降低

7.1 線束回路的節(jié)省

線束回路的節(jié)省，可以分為幾方面：

（1）.底盤到駕駛室的30+電源線的節(jié)省。話不多說，我們上圖，這樣更容易理解：

 

傳統(tǒng)卡車配電盒電氣原理簡圖（來源：左成鋼）

不知道大家發(fā)現(xiàn)一個問題沒有，底盤配電盒里面基本都是大板式保險絲，駕駛室配電盒基本都是小片式保險絲。底盤配電盒通過板式保險（一般都是40～50A的）將電源分為多路（一般都是4路左右），再拉到駕駛室，然后再通過小保險將電源分配給整車用電器。這樣設(shè)計也是基于安全考慮的，若一個保險爆掉或者一根線出問題，只有部分功能受影響。

采用智能架構(gòu)以后，芯片的可靠性是遠(yuǎn)高于保險絲的，且芯片的性能基本不受沖擊電流次數(shù)的限制，而保險片則必須考慮這個問題，為了降低風(fēng)險，就分為多路供電。

性能	保險絲	芯片
壽命	保險絲10萬個脈沖	10^15后無衰減

所以采用智能架構(gòu)以后，基于芯片的高可靠性，我們是可以將底盤至駕駛室的供電線設(shè)計成單根導(dǎo)線的，這就給了我們降成本的可能，并且導(dǎo)線的線徑也可以適當(dāng)降低，下面會具體分析。

（2）繼電器控制線的回路節(jié)省

原來每個繼電器都需要一根控制線，整車就是幾十根。而采用芯片后，控制就本地化了，還可以通過CAN等通信方式來控制，這就又節(jié)約了一些線束。

（3）.其他硬線回路的減少

① 信號輸入線的減少。比如某些開關(guān)信號，如門狀態(tài)信號，燈的開關(guān)輸入信號，原來比較多的都是通過硬線，哪個ECU需要就給它拉過去一根，這不僅增加了成本，還可能導(dǎo)致信號之間的潛通路問題，增加設(shè)計復(fù)雜性和故障的風(fēng)險（整車潛通路問題是一個比較復(fù)雜的設(shè)計問題）。

② 控制回路線束的減少。比如兩個信號同時控制一個功能，常規(guī)設(shè)計就是用兩個繼電器串聯(lián)控制，兩個信號都有效了才行。用智能架構(gòu)就簡單多了，兩個信號都走CAN通信，軟件直接處理就可以了，邏輯的靈活性也更高。

③ 弱化ACC、ON等硬線信號。比如原來靠ON檔信號供電的，你或者直接用ON給它供電，或者通過繼電器。而智能架構(gòu)可以將任意輸出配置為ON屬性。還有用ON做信號的ECU，你要專門給它拉一根ON線，現(xiàn)在駕駛室配電盒可以采集到點火鎖信號后，通過CAN 通信發(fā)出來，整車所有的點火鎖信號就可以共享了。

7.2 線徑變小

我們拿兩個真實負(fù)載來看一下線束匹配的差異。

先看用保險絲的設(shè)計匹配：

功能	額定功率	最大電流	沖擊電流	保險絲選型	匹配線徑
右遠(yuǎn)光	70W	3.1A	44A	10A	1.0mm²
雨刮	180W	8.6A	30A	15A	1.5mm²

再看下用芯片：

功能	額定功率	最大電流	沖擊電流	芯片選型	匹配線徑
右遠(yuǎn)光	70W	3.1A	44A	5A	0.5mm²
雨刮	180W	8.6A	30A	10A	1.0mm²

通過上圖對比，我們大概能看出來，對于同樣的負(fù)載，采用芯片設(shè)計時，芯片電流可以選的小一點，相應(yīng)地，線徑也可以細(xì)一點，至少可以降一檔。

上篇文章我們詳細(xì)分析過保險絲和繼電器的降額設(shè)計，但芯片設(shè)計我就沒有提降額，為什么呢？話不多說，我們上圖進行對比：

芯片額定電流定義（來源：英飛凌）

 

保險絲額定電流定義（來源：Littelfuse）

通過對比很明顯能看出來，芯片給的額定電流測試條件是高溫85度，而保險絲是常溫25度，溫度高就得降額，加上為了可靠性考慮的基礎(chǔ)降額25%，這一來一回，你看得降額多少？這還沒考慮I2t可能還得降額。

各位同學(xué)請注意，我要給結(jié)論了，這很重要，后面要考：

一般情況下，對比原有保險絲設(shè)計，芯片設(shè)計的額定電流都可以更小一點，甚至可以是原來的一半，相應(yīng)的線徑也就降下來了。

芯片帶載能力對比（來源：左成鋼）

所以，基于未來智能架構(gòu)的芯片設(shè)計，大家一定要轉(zhuǎn)變思想。當(dāng)有人說電流是20A的時候，你得問他是以前保險配了20A，還是負(fù)載額定電流是20A。否則大家的認(rèn)識不在一個基礎(chǔ)上，溝通就會出問題。

7.3 避免線束長導(dǎo)線效應(yīng)

這個上篇文章我們提過，但沒深入講，如果不是專門搞電氣設(shè)計的人，估計不怎么了解，我們順便講一下。

導(dǎo)線長度上限計算（來源：PEC）

之前我們講過保險和線束怎么匹配，但沒講線束設(shè)計時是要考慮線束長度的。商用車因為車很長，線束長度可能有好幾十米，如果線徑又比較細(xì)，短路時可能短路阻抗就會比較大，短路電流就上不去，結(jié)果就是保險不會熔斷，故障一直存在，故障點一直發(fā)熱就會存在風(fēng)險。

而采用芯片以后，因為芯片的電流檢測精度很高，可以辨別出正常電流和故障電流，進而可以進行保護，這就避免了風(fēng)險的發(fā)生，另外就是在線束設(shè)計時，不需要進行線束長度計算了，降低了設(shè)計匹配難度，也降低了試驗驗證要求，這也從一定程度上降低了設(shè)計成本。

7.4 線束成本

最后我們講一下成本，估計這個是大家最關(guān)心的。筆者曾基于一輛中型卡車進行了整車線束分析，精確到了每根線、每個端子和連接器，采用智能架構(gòu)的整車線束BOM成本降低了15.8%。安波福也曾測算過使用區(qū)域架構(gòu)后可以降低25%線束成本，博世也曾進行過類似測算，線束成本都是降低的。

線束成本核算舉例（來源：左成鋼）

具體線束部分降幅和整車架構(gòu)及配置是強相關(guān)的，不能一概而論，但有一個大的方向，就是車輛功能越多，配置越高，ECU越多，采用新型架構(gòu)后成本降低的空間也越大。

08、客戶價值

商用車不同于乘用車，作為生產(chǎn)資料，功能要實用，使用成本要低，可靠性要高，維護成本要低。基于這些方面考慮，智能電氣架構(gòu)的客戶價值主要體現(xiàn)在以下幾點：

（1）自動休眠，杜絕虧電?？梢匀∠娫纯傞_關(guān)，或者即使不取消，也可以實現(xiàn)停車后自動休眠，使用更方便，也徹底杜絕了停車虧電的可能性。

（2）實現(xiàn)車輛智能化網(wǎng)聯(lián)化功能。比如遠(yuǎn)程車輛電源管理，包括實現(xiàn)遠(yuǎn)程車輛電源監(jiān)控、狀態(tài)自檢、用電器開關(guān)等。比如遠(yuǎn)程開啟空調(diào)，遠(yuǎn)程發(fā)動機預(yù)熱、遠(yuǎn)程燈光自檢等。

（3）降低維護成本?？煽啃愿?，維護的少，就意味著故障停車少，可以少耽誤事，多掙錢。

（4）提高了用戶體驗。故障消除后可自動恢復(fù)，或根據(jù)需求恢復(fù)，這就提高了用戶體驗。比如大燈的線束破皮搭鐵，傳統(tǒng)保險絲肯定直接就爆了，燈就不亮了，芯片就可以在保護后自動重啟，專業(yè)叫auto-reset，如果僅僅是偶爾碰了一下搭鐵，沒有持續(xù)短路，那駕駛員就會看到燈僅僅是閃了一下。這樣就可以不影響車輛運行了，而在停車后儀表就可以提醒駕駛員左遠(yuǎn)光發(fā)生過短路故障，這樣就便于查找問題，快速定位維修了。

（5）指導(dǎo)用戶優(yōu)化駕駛習(xí)慣，進而實現(xiàn)節(jié)能降耗。這個就需要OEM根據(jù)車輛運行數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)平臺，通過APP為用戶提供用車建議了，這也可以算是品牌價值的一部分吧，可以作為OEM的營銷亮點。

五．智能電氣架構(gòu)是智能車輛的基礎(chǔ)設(shè)施

筆者估計大家看完還是會再問一句，成本如何？

雖然我們也進行了多維度的成本分析，但是沒提軟件部分，根據(jù)安波福的預(yù)計，區(qū)域架構(gòu)可以降低75%的軟件成本。目前各大OEM也都在向自建軟件能力這個方向上走，軟件成本（包括集成和測試成本）這一塊兒也要提前考慮，因為以目前的趨勢，未來產(chǎn)品開發(fā)中，軟件成本占比將遠(yuǎn)高于硬件成本，特別是相關(guān)的工具鏈的購買及軟件平臺架構(gòu)建設(shè)的投入等。

不過，筆者認(rèn)為要將智能架構(gòu)放到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的角度來審視。智能電氣架構(gòu)建設(shè)未來將成為智能汽車的新基建，是車輛實現(xiàn)智能化及無人化的基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)時必須考慮其先行性、公共服務(wù)性及基礎(chǔ)性，而不僅僅是BOM成本。

結(jié)論

講了這么多，我們簡單總結(jié)一下：

1. 自動駕駛商用車需要一個“可感知、可控制、可進化”的智能電氣架構(gòu)；

 

2. 智能電氣架構(gòu)可大幅降低車輛開發(fā)及測試成本；

 

3. 智能電氣架構(gòu)的建設(shè)可以與目前OEM軟件能力的建設(shè)的內(nèi)在需求相呼應(yīng)；

 

4. 智能電氣架構(gòu)可以提升OEM的品牌溢價，為“硬件預(yù)埋，軟件付費”打下基礎(chǔ)，延伸價值鏈條，也為OEM從車輛生產(chǎn)商到服務(wù)商的轉(zhuǎn)變提供了助力；

 

5. 智能電氣架構(gòu)是區(qū)域架構(gòu)的一部分，是支撐未來新能源卡車及高階無人駕駛技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施；

限于篇幅，關(guān)于智能電氣架構(gòu)落地的難點，我們將在下篇文章進行深入分析，敬請期待！

參考資料：

1. Fire and Explosion Investigator Randolph J. Harris https://www.fayengineering.com/randolph-j-harris

2. https://mp.weixin.qq.com/s/U1SBvowByocPBpeR9-qxNA