汽车线束发展详解

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1、 车用线束与CAN总线控制车内通信技术发展动向 现代汽车上,电子控制系统与线束有着密切关系。把微机、传感器与执行元件功能用人体来比喻，可以说微机相当于人脑，传感器相当于感觉器官，执行元件相当于运动器管。显然，头脑和各种器官，没有神经和血管，人体手足将不能发挥应有功能。 连接汽车电气电子部件并使之发挥功能电线束，就是起汽车中“神经与血管”作用。线束是由构成电路电线组成，它既要确保传送电信号，也要保证连接电路可靠性，向电子电气部件供应规定电流值，防止对周围电路电磁干扰，并要排除电器短路。 汽车线束从功能来分，有传递传感器输入指令信号线和运载驱动执行元件(作动器)电力电力线二种。信号线是不运载电力细

2、电线(光纤维通信)，电力线则是运送大电流粗电线。例如信号电路用导线截面积为0.3、0.5mm2；电机、执行元件用导线截面积为0.85、1.25mm2，而电源电路用导线截面积为2、3、5mm2；而特殊电路(起动机、交流发电机、发动机接线等)则有8、10、15、20mm2不同规格。导线截面积越大，电流容量也越大。电线选择，考虑电气性能外，还要受到车载时物理性能制约，其选择范围很广。例如，出租汽车上频繁开/关车门和跨越车身之间电线应该由挠曲性能良好导线构成。温度高部位使用导线，一般采用绝缘性和耐热性良好氯乙烯、聚乙烯包覆导线。近年来，微弱信号电路使用电磁屏蔽线断增加。 另外，连接线束与电子、电气部件

3、、电路重要部件接插件近年来断进行改进。例如采用电阻焊制造车用接插件与新型线束材料成功应用于车顶模块(roof module)上。 现代汽车安全性、舒适性及环保要求不断提高，汽车上电路数量与用电量显著增加，使大量线束有限汽车空间中如何更有效合理布置已成为汽车制造业面临问题。本文以汽车线束为中心，并对车载通信技术现状与今后发展动向作概要介绍。 汽车线束发展概况 汽车线束适应车辆高功能化和用户需求多样化，车上占用空间逐渐扩大。而事实上，提高汽车燃油经济性和减轻重量，电线本身从原来AV线不断减少直径，AVS线到AVSS线。线束直径不断减少。近年来多路传输技术(车载局域网(LAN)应用使电路数大为减少。

4、图1表示18002000mL排量级乘用车上电路数与线束最大直径变化过程。从线束发展趋势来看，其车载数量仍然增加，而高级轿车上 电路数超过2000个。 作为减轻线束重量有效方法之一是电源电压采用42V。从电动动力转向(EPS)或电动空调装置等要求大电力负荷来看，不增加电流条件下(电线截面积不增加)有可能增加电力供应,被认为是一种有效方法。另,电源电压上升,也发生电磁噪声或漏电等安全问题,不不采取带屏蔽导线或防水接插件,又使线束重量增加。,车载局域网应用普及,要求采用对电磁干扰具有高屏蔽特性导线材料。 上世纪90年代以来，以欧、美、日汽车整车公司为中心，不断推广使用模块化生产方式，作为模块内配线介

5、质，采用平面配线材料例如柔性化印刷电路(FPC:flexible printed circuit)或柔性化平面电缆(FFC:flexible flat cable)。模块中特别是配线空间非常有限车顶、车门及配电板(Console)中，作为兼顾扩大车厢空间与提高线束布置有效性方法，预计今后将会进一步推广。 柔性化印刷电路应用于模块，以及电子部件装配或传感器部件集成化，使配线材料向高功能方向发展。例如FPC仪表板上应用与膜片(membrane)支承传感器或天线上应用，就是很好实例。 多路通信功能方面，通信量增加以及扩大安全功能方面应用与多媒体信息获取，这种发展形势下向更高速、高可靠性通信协议发展。

6、预计今后，车辆内部，道路与车辆之间，车辆与车辆之间等领域，网络技术将进一步获应用。导线作为汽车内部通信介质，将向高速化、耐电磁干扰向“光化”(即采用光导技术发展方向)变化。 车用线束高电压化(42V) 线束电源电压高压化，使消耗电流降低，电线直径减少，为线束轻量化与提高线束车上组装方便性提供了可能。，电源电压从现有14V提高到42V，约提高2倍，就会产生很多必须解决课题， 泄漏 短路 电蚀 电磁噪声 电弧放电 其中最重要也是最不易解决是电弧放电。电弧放电是指通电中，当触点或端子分离时发生放电现象。42V场合，这时称为稳定电弧就会发生。这种电弧与14V电源电压相比，延续时间长，其放电能量也非常大

7、。电弧中心温度高达几千度，这是非常危险现象。 特别是插接件拔出时发生电弧放电，与用户直接接触，尽早采取相应保护措施。以下介绍如何防护插接件电弧放电措施。 采取最优化端子材料 有效分散端子双触点电弧放电能量 改进插接件壳体以提高插接件拔出速度 采用磁铁消除电弧放电 其中，大中电流场合，被认为对电弧放电最有限制效果是采用磁铁。这是指，磁场作用，使电弧发生扭曲，增加触点之间间隙也具有同样效果。例如Fujikura公司就开发了这种技术，附加磁场方法与使磁通量密度最优化，成功使电弧放电能量稳定下降。 该公司线束部件外，还开发了熔断器与搭载继电器42V用电源 箱(R/B,J/B)或42V三相同步电机用线束

8、总成等。采用R/B、J/B 42V电源箱，特别发动机舱容易沾水方，漏电、电蚀等影响尤为显著，必须适当规定电路之间距离。当采用线束总成时，限制电磁噪声是重要课题，要开发专用屏蔽式线束及有效防水插接件。说，采用42V电压方面，确实为解决有关课题作出了努力，采用屏蔽结构与防水结构而使重量增加。为此，采用42V电源时必须有针对性采取措施，对不必要部件要加以剔除，采取措施方面，也要讲究保护程度，分门别类，仔细分析。这是今后重要思路，迄今42V只应用于高级轿车上，而用于普及型轿车方面开发还刚刚开始，当应用42V电气系统时必须对整车成本作平衡分析，这也可以说是42V技术共同课题。 迄今，有关42V研究开发世

9、界团体是麻省理工学院(MIT)咨询机构。日本Fujikura1999年开始加入该组织，参与活动。目前，日本、欧洲与美国合作正制定42V标准。可以期待，制定42V标准，将降低部件成本，以加速42V电源普及。 实施42V电气系统将从双电压(14V、42V)结构系统起步，逐步过渡到单一42V电气系统，需要多长时间才能完成由14V向42V转变，取决于汽车电子技术发展和消费者承受能力。 车内局域网(LAN)通信协议现状与发展动向 电子技术汽车上广泛应用,导致车身布线庞大而复杂。据统计,一辆采用传统布线方法高级轿车中，其导线长度可达2km，电气接点可达1500个，汽车网络技术应运而生，成为汽车技术发展一个

10、方向。 很早以来，多路通信技术被看成解决车用线束不断增加方法。世界各大汽车制造公司都制定专用标准。，多路通信技术价格昂贵只用于高级车上。近年来，车用电子系统不断增加，数据输送速度不足，小型经济型车也要求向高功能方向发展，再加上线束不断增加，形成“肥大化”，以此为背景，自2000年开始，国外轿车上开始使用控制器局域网(CAN)标准通信协议。 现,最多使用通信协议就是高速CAN，其中最重要局域网应用于动力传动系统与部件车身系通信。控制器局域网(CAN)特点是，事件触发器(Event trigger)、CSMA/CA方式总线空载，则所有电控单元均能发出信号，而当信号冲突时，让高优先度信号先发出，然后

11、再是其他信号发出)。当网上信息量增加时，就很难保证响应时间和预测性。现代高级轿车上设有70个以上电控单元，网络上信息量有不断增加趋势，网络加以分割，每一个车身系或动力传动系分别设有网络，必需数据网间连接器(gateway)进行转接车辆内应用二个通信协议)。 以下概要介绍车身系、动力传动系、多媒体系统及用于安全系统车内局域网(附表)。 1.车身系 (1)低速控制器局域网CAN(Controller Area Network.125kbps)这是CAN低速版本。其构成与高速CAN基本相同，双线式总线中，单侧发生故障(短路、断线)仍然继续通信。导线介质是铜线，使用单线或双绞电线。 (2)LIN(Lo

12、cal Interconnect Network,20kbps) LIN是局部互联网，这是车身系统低速通信专用通信协议，使用成本低(I/F为通用型UART)，主/从方式(采用单个主控制器/多个从设备方式)。Rev.2.0规格已经公布(2003年9月)，导线采用铜线(单线)。 2.动力传动系 (1)高速控制器局域网(Controller Area Network,1Mbps) 这是现最广泛使用车内局域网通信协议。其特点是，事件触发器，CSMA/CA方式。预计北美自2007年开始，高速CAN(500kbps)作为诊断用通信协议将制定标准并成为法规。导线为铜线，一般使用双绞线。 (2)FlexRay

13、(10Mbps) FlexRay是高速容错网络协议,是新一代车内局域网通信协议。以欧洲为中心，正开发中。Ver.2.0规格已公布(2004年9月)，其特点是高速性，采用TDMA方式(采用同步方式，以通信程序进行管理)，高可靠性(设有双线束驱动器，具有信号发送定时监视功能)，可考虑应用于汽车安全系统中，搭载Flex Ray汽车预计2008年问世。Ver.2.0上使用铜线。 (3)多媒体系统 MOST(Media Oriented Systems Transport,24.5Mbps) 它是以欧洲车为中心，已经实用化。通信导线使用塑料光纤(POF:plastic fiber)。 IDB-1394(

14、400Mbps) 这是广泛应用于个人微机周边设备、家电IEEE1394车载版，导线为铜线及塑料光纤(POF),但尚未用于车辆上，2004年世界智能交通系统(ITS)会议日本爱知、名古屋展出过试制车。 4.安全系统 (1)Safe-by-wire(160kbps) Safe-by-wire就是车载安全系统电子线控，它是应用安全气囊等安全系统专门通信协议。Safe-by-wire Consortium与BST合并，成立Safe-by-wire plus Consortium，并公布了ASR2.0(2004年9月)。其特点是电源重叠方式，TDMA方式，高可靠性(网络双重化)导线采用铜线。 现正对车身

15、系各个系统适用专用通信协议进行分析。今后，成本、信息量及其所要求可靠性，必须考虑使用对各系统最适用通信协议。 通信线束来说，通信速度高速化发展，必须考虑电磁兼容性(EMC)问题而采取必要屏蔽措施。将来有可能从现采用双绞线改为屏蔽线进一步改为塑料光纤(POF)。采用塑料光纤既能解决电磁兼容性问题，又能实现轻量化。由玻璃制造光纤应用将进一步实现更高速通信，但必须解决成本、组装性、环境友好性诸类问题。 此外，车内局域网扩大应用，使电控单元(ECU)软件开发作业增加。是专业软件，很难其他车种上再利用。，解决这一问题，现出现了基础软件通用化应用动向，如AUTOSAR，JASPAR通用化基础软件。应用通用化基础软件，不需要有意识区别硬件不同，可以提高开发效率(只属于应用性开发)，实现应用软件再利用。由此可以缩短开发时间，提高质量以确保汽车整车公司与汽车零部件制造公司国际竞争力。 从通信基础设施来看，车内局域网特点与难点 CATV或ADSL英特网连接服务成为宽带网络英特网快速普及原动力。也FTTH连接，2004年每月有8万9万用户以上增加数。据统计，日本用户应用CATV约274万户，而应用ADSL则约1233万户，超过150万人。很短时间中大幅度增加(据