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發布時間:2019-09-10


汽車的神經和血管之痛

轉自  原創: 單黎婷  建約車評

[編者:汽車之上的零部件是如此之多,到底是如何有機連接在一起的,彼此之間都是怎樣進行信息交互的?為了做到這一點,都給汽車的設計、采購和製造帶來了哪些挑戰,本文主要解決這個問題。]

一個謎語


一款家用車型,大約由2-3萬個獨立且不可再拆解的零部件組成。


這些數量龐大的零部件構成了駕乘空間、動力輸出、安全裝備、操控輔助、多媒體娛樂和智能互聯。這些係統匯聚在一起,形成了每一款車獨有的個性和特點。


那麽,在海量的零件中,哪一個零件是最沒存在感,以至於常常被忽略的?

 

一個提示


這個零件存在於每一輛車中,縱貫整車,和車身內飾比鄰而居,和電器件如影隨形。


它可被拆分成超過5000個獨立零件,拆解後的長度可達5-6km,平均重量超過50kg,總價占整車成本的3%。


從數據上看,這儼然是個令人無法忽視的龐然大物。而事實上,它隱藏在車身鈑金和內飾的狹小空間中,即使偶爾露出冰山一角,也幾乎從未得到廣大車圈愛好者和車評公眾號的重點關注和深入分析。


相較於其他以新、奇、美為設計理念的車用零件,屬於這個零件的繁多的設計語言中,就有一條特立獨行的要求,就是隱。


說話至此,不知有多少讀者朋友能夠解謎成功?


這個低調沉默的“小眾”零件,它的名字有點簡單,也有點土。


它叫線束。


微信圖片_20190910153801.jpg



它為整車所有用電器提供穩定的電源、信號和數據,是車輛的“神經網絡”和“動脈血管”。


 

兩個風險


看不見、摸不著、純硬件、體量大——這些線束與生俱來的基因,使其在過去很長時間裏,成為了車輛設計的薄弱點和降本的重災區。


來看一組新聞。


2019年6月,造車新勢力蔚來發布聲明稱,今年發生的多起ES8自燃事故,根本原因在於電池包內電壓采樣線束走向不當,被電池模組上蓋板擠壓,絕緣表皮破損,造成短路,引發安全事故。


2018年3月,一汽大眾向國家質檢總局備案召回計劃,計劃召回寶來和蔚領共計43萬輛汽車。其召回聲明稱,儀表板線束在儀表台內部發生幹涉,造成線束磨損,導致車輛可能出現熄火、無法啟動等現象,存在安全隱患。


2018年1月,吉利博瑞的4萬多輛車同樣因為線束問題被要求召回。主因是電動助力轉向線束內部可能腐蝕,在極端情況下可能出現轉向助力失效的問題,同樣存在安全隱患。

 

失效、失速、熄火、自燃,這些涉及車輛安全和人員安全的事故和大批量的召回事件,不斷觸動消費者敏感的神經。讓大眾不經發問,如此嚴重的風險點為什麽沒有在開發設計和試驗驗證階段被發現?


若就單個問題進行分析,原因無外乎是線束零件在設計開發、試驗論證、生產製造環節出現了重大疏漏。


可若以宏觀角度去看,就會發現,線束不可被目視,難以被接觸的特性,才是了它問題頻出的根源。


現如今,不論是傳統車企,或是造車新勢力,無一不是在集洪荒之力打造一個由電子電氣件組成的瑰麗世界,唯恐自己在車輛智能化網聯化的賽道上落人下風。而對於這個電子世界的基石——線束,卻往往不屑一顧。甚至簡單粗暴地認為,一個不會出現在消費者眼皮子底下,不會被消費者直接使用到的零件,並不值得耗費大量時間和精力去精益求精。

 

如果讀者朋友們覺得上述事例是危言聳聽,能遇上的概率很小,遇上了也隻能歎一句“命也”。那下麵這些真相裏或許會令人熟悉的味道。


RVC後視攝像頭的畫麵總是有幹擾?


那可能是因為RVC電源線和視頻線布置不在一側,節省了電源線的長度,受到了各類PWM信號的影響。


收音機總是有雜音,怎麽調頻都沒用?


那可能是因為收音機和其他大電流用電器接地在了同一處,節省了接地點物料,增加了噪音幹擾。


隻是給愛車增加了行車記錄儀或通風座椅,點煙器的12V電源就燒了保險絲?


那可能是因為在電源分配時,掐著電器件的額定工作電流給配的保險絲和導線,並未考慮可預見的用戶濫用的情況。


行車途中總會聽見車廂裏傳來輕微的碰撞聲,又遍尋不著出處,懷疑自己幻聽?


那可能是因為四門線束或是車頂線束減少了固定件,時間一久就脫落開,來回撞擊車身和內飾,發出的聲響。


後排的USB隻能充電,無法和車載導航之間傳輸數據、投射APP?

那可能是為了節省一段價值超過20元的數據傳輸線,索性隻提供充電功能。

 

查看Model 3、BMW i3和Chevy Bolt的整車線束價格,就能明白為什麽車企和零件製造商們會絞盡腦汁地在消費者們看不見的線束零件上使勁薅羊毛了。


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總之,那些以降本為目的手段,五花八門、百花齊放,相信總有一款能讓車主們對號入座。


可是,不間斷的召回事件和汽車評論網站上的吐嘈聲,已經證明了,如果車企和製造商隻是一心追逐行業熱點和風口,在設計上對基礎零件抱著得過且過的敷衍態度,在成本控製方麵推行不合理的降本措施,那麽不論在風口飛翔的是不是豬,最終都隻會自折羽翼,遭到消費者的拋棄。


 

三個趨勢


如同下水道是一個城市的良心。沉默地蜷縮在車內的線束,在很大程度上代表著一個車企的誠意和良心。


對線束而言,花哨和張揚,並不是它的特長。最正確的打開方式,就是讓它維持好“磐石”的設定,完善其“提供支持和鏈接”的基礎功能。並隨著行業技術的革新浪潮,順勢而為,朝著輕量化&小型化、集成化&標準化、通信高速化的三大方向上尋找突破口。

 

1.輕量化&小型化


不論是傳統車企,或是造車新勢力,在麵對愈發嚴苛的排放法規和油耗標準,以及消費者所追求的更快更壕更智能,這兩個幾乎背道而馳的要求時,都需要使出渾身解數,才能在夾縫中求生存。


減重,不僅能夠提升車輛的能量使用率,還會增大推重比,使動力更猛,製動距離更短,操控性更強,也更安全。在滿足法規要求的同時,又完全戳中了消費者“購買萌點“,自然成了夾縫中的救命稻草。


實驗證明,在耗油節能方麵,燃油車的重量每下降10%,油耗即可下降6-8%。車輛重量減少100kg,其百公裏油耗即可降低0.3-0.6L。


燃油車的減重勢在必行,新能源也無法逃離魔咒,隻作壁上觀。


雖然沒了內燃機和變速箱,但取而代之的三電動力係統、配套充電係統(包括全套高壓線束),都是壓在新能源車身上的沉重枷鎖。


每減重100Kg即可將續航裏程提高10%-11%。這一實驗結論對深陷裏程焦慮且遲遲無法突破瓶頸的新能源車企來說,可謂是久旱逢甘霖。如何通過減重來擺脫帶著銬鏈奔跑的現狀,就變得極為重要且迫切了。


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線束零件覆蓋整車的使用範圍以及對金屬銅的大量使用,使其在重量上,僅次於車身、底盤和動力總成。


提供幾組整車線束的重量數據,某合資品牌C級車的整車線束重量為77.7Kg,某豪華品牌D級車的整車線束重量為80Kg。而某款BEV車型和特斯拉Model 3的對比數據,則分別為40Kg和20Kg。


換句話說,若將來BEV車型的線束重量都能夠下降到20Kg甚至更低,則可額外貢獻至少2個點的裏程。

 

對於線束零件的輕量化小型化趨勢,一言蔽之,即在最合適的地方,用最輕薄的材料,做出最小型的設計。


最輕的材料。


鋁和鎂作為公認的輕量化材料,已經被廣泛運用在多種結構件和衝壓件上,並非新鮮事物。


這種材料的革新同樣適用於線束。雖然純鋁導線的導電性不如銅,但在重量方麵具有碾壓性優勢。


而重量更輕、線徑更細、拉伸和彎曲性能更好的銅鎂合金導線,則可以使用在對布置要求特別嚴苛的活動區域,諸如需要反複開關的四門和行李箱門等區域,為可預見的用戶濫用做出合理設計。


最薄的材料。


與現有的導線相比,超薄壁導線具有相同的載流能力,但在尺寸和重量方麵,卻能夠下降11%和7%之多。可以在極為狹窄的空間中順暢通過,從而為消費者省出更多的車內空間。


最小型的設計。


和家用電器隻需一個用於供電的兩眼或三眼的插頭不同的是,車載用電器還需要進行多路的信號傳輸和交互,插頭往往體積大,數量多。以奔馳E-Class為例,整車的電器件插頭就高達208個,僅插頭的重量就達1.35kg,其價格占線束總價的15%之多。而在實現相同功能的前提下,設計新的緊湊型插頭,可帶來至少減重20%的效果。


綜上,相較於造價昂貴、工藝繁複的鋁製或碳纖維車身部件,通過降低線束零件的重量,來達到改善能量使用率的目的,則是性價比極高的做法。

 

2.模塊化&標準化


作為複雜程度位列前茅的零件,除了從材料和設計層麵對線束進行大刀闊斧的革新外,車企還應考慮如何通過降低線束零件的複雜度,擴大單一零件的需求量,來提高商務議價能力,降低單件成本。


言而簡之,就是“拚多多“的團購思維——統一貨號,擴大需求,降低單價。

 

線束零件的組合數量和複雜程度,歸根到底,是由消費者手上那張車輛配置表上有多少可選項來決定。


車企大肆宣傳的“客戶定製”,其本質是由各類零部件,尤其是電器件相互交叉、搭配組合來實現的。


這就好像女生們新入了一件上衣,就會需要裙子、鞋子、包包來搭。這些“套裝“還會按照場合的不同,衍生出很多微小的差異。


這個例子可能不那麽恰當,但想表達的語義是相同的。對於車輛用電器而言,每產生一種新的組合關係,也同樣需要線束提供支持和匹配,滿足其通信和供電等多種需求。


這種點對點的固定搭配不僅非常低效,還直接導致線束的BOM愈發臃腫複雜,組合數量爆炸式增長。而車輛的空間和衣櫃一樣,總有再也塞不下的一天。


嚴格來說,造成組合數量無法控製的“罪魁禍首“在於,現有車載控製器的軟件在硬件中的嵌套程度太深,軟件和硬件相互捆綁。若要多實現一個功能,就必須新增對應的電器件,而線束的組合數量也將被迫呈幾何級增加的態勢。


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以一款大家耳熟能詳的C級車為例,全係可實現的選裝組合數量高達164種,需使用到的零件共計12個大類,6600多件。且不論為了厘清組合關係而付出的設計開發成本,單單考慮隨之而來的倉儲、製造、檢驗、安裝等環節,費用就高昂的令人咋舌。


為了拯救有限的空間和有限的錢包,時尚圈開始推崇幹淨清爽的“百搭款”。


同樣的道理也適用於車企。這種在已有電子電氣架構上,通過單純增加硬件來實現功能擴展的傳統手段,已被來勢洶洶的造車新勢力給顛覆了。


特斯拉便是個中高手。


其最核心的設計原則是將軟件徹底從硬件上剝離開,將軟硬件之間的交互形式標準化,由多個中央控製器在標準的操作係統上運行,在量產車上直接預置統一的硬件,再通過OTA來為硬件賦予實際功能,升級係統、擴展功能、優化體驗等。


線束作為對軟件0訴求,以鏈接整車所有用電器為目標的純物理層零件,在“軟硬件剝離”的趨勢下,完全可以嚐試直接以覆蓋最大範圍電器件為設計導向,進行標準化、模塊化設計,從160+個組合關係的泥沼中掙脫出來,將組合數量大幅減少至十幾甚至是個位數,進行批量重複地生產。


成為“百搭基礎款”的線束零件,不僅可以為自動化生產提供便利條件,還會給車企帶來諸如技術變更頻率降低、倉儲成本減少、物流控製便捷等一係列的隱性好處,而最終這些變化會轉換為真金白銀,回饋給這個產業鏈上下的從業者。

 

3.通信高速化


輕量化小型化,模塊化標準化,這些“節流”措施雖然可以讓車企在凜冽的寒冬中活下來,但若想在百舸爭流中占有一席之地,那就必須在以V2X、ADAS、自動駕駛為目標的賽道上發足狂奔。


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以AUDI A8L為例,整車配備了12個超聲波傳感器、4個360度全景攝像頭、1款前置攝像頭、4個中程雷達、1個遠程雷達、1個紅外攝像頭和激光雷達。


可以說,這些傳感器和攝像頭已經將車輛武裝到了牙齒。


這些數據采集器在對車輛內外部環境進行全方位感知後,需要通過車輛的“神經網絡”——線束,將收集到的數據和信號傳遞給中央計算模塊進行數據處理,然後向執行器下達指令,做出高精度的反饋和實時操作,才能最終實現ADAS(高級駕駛輔助係統)甚至是自動駕駛功能。


將攝像頭和人的雙眼做簡單的類比,就能快速理解其運行模式。


被布置在車身周邊的攝像頭,在車輛行駛過程中,不斷“看見“周圍的物體。然後通過“視神經網絡”將”偏離既定路線”的信息傳遞給車輛的“大腦”ECU。“大腦”經過判斷後,再次通過“神經網絡”向“身體”下達“糾正行徑路線”的指令,車輛隨即啟動“車道偏移修正”的功能。


在整個過程中,目之所及是否能看清,雙眼是否近視,是對攝像頭誤碼率和分辨率的要求。而視覺神經上是否有阻塞,對應的則是數據傳輸速率的高低。


過往能夠滿足車內較低帶寬要求的LIN(本地互連網絡)和CAN(控製器局域網絡),在高傳輸速率、低誤碼率、高分辨率的要求麵前,如同用來電話線撥號上網下載高清電影一樣,顯然已經難以為繼了。


作為整車“神經網絡“的線束急需全新的載體來滿足全新的車載網絡技術及架構。


CAN FD(1M~5Mbit/s)、FlexRay(10Mbit/s)、百兆以太網(100Mbit/s)、千兆以太網(1000Mbit/s)和HSD(6000Mbit/s)組成了全新的線束通信網絡。


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其中車載以太網更是以“肱股之臣”的姿態,作為全新的整車EEA(電子電氣架構)中的一員,為車輛的智能化和網聯化保駕護航。


車載以太網看上去和普通絞線沒什麽區別,內裏卻是個深藏不露的集大成者。

它可有效滿足車輛的EMC(電磁兼容)高要求,保證不會出現諸如“花屏或黑屏”的情況,保護車輛電子器件在電磁環境中能正常工作且不會對環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾。


如同一根電話線就能夠給固定電話傳輸信號和提供電源一樣,以太網還可實現PoDL,即供電和傳輸信號二合一。直接將所需回路數量減半。


而和慣常的線束插頭相比,以太網對配的插頭,體型要更小更緊湊。


縱觀全局,車載以太網幾乎將線束輕量化、小型化和標準化的“新潮流”一網打盡,可謂表現優異。


 

一個願景


哪個零件是車輛的肱骨棟梁?哪個零件是車輛沉默的基石?其實並不能得出一個能夠得到大家公認的答案來。


線束接插件小型化需要電器件板端的匹配,導線鋁製化需要車身固定的配合,降低變種數量需要匹配控製器的去軟件化變更,高頻導線的應用則是來自於網絡架構的要求。


獨木不成林,一個零件的孤軍奮戰,猶如泥牛入海,毫無波瀾。


任何零件的任何發展,都需要其他零件的支援和幫助。

 

放眼當下,一邊是產銷連續13個月下滑且頹勢不減的冰冷現實;一邊則是智能化、電動化、網聯化的技術革新,正在如火如荼、轟轟烈烈地展開。


在這冰火兩重天的至暗時刻下,不管是造車新勢力的創業者還是傳統車企的守業者都應該清楚意識到,萬千零件沒有主次,技術革新沒有止境,產品競爭沒有速勝。


隻有當上萬個零件都各司其職、各自朝著正確的方向發展,聚沙成塔、集腋成裘,才能帶來令消費者初眼驚豔、再看信服的產品。


跬步至千裏,小流成江海。


以此共勉。