冷科技谈不为人知的汽车大脑和神经

【科技】如果让2018年的汽车工程师来看今天的汽车，我猜除了认识汽车的外形之外，从动力系统到电子架构的一切都可能颠覆当时的认知。

事实上，汽车离它们的发明者人类越来越近。

所谓几个沙发四个轮子的时代或许真的一去不复返了。

虽然人类在研究自身奥秘方面还有很长的路要走，但这并不影响我们对一些基础知识的了解，比如大脑、躯干、内脏、神经系统等。

其中，神经系统和大脑是特别神秘和重要的实体。

用这些认知去了解汽车，显然会事半功倍。

汽车也有“大脑”和“神经系统”。

通俗地说，就是ECU，或者更广泛地说，是嵌入式软件驱动的汽车功能，而神经系统就是一根看似有些不起眼的电子线束。

本期《冷科技》我们来聊聊汽车不为人知的“神经系统”。

◆让我们从一辆松绿色的凯迪拉克开始吧。

我上学的时候，汽车电子是一门让我很头疼的科目。

学习电路图、阅读线束图都是非常复杂的。

但如果我们回顾一下汽车电子架构的进化史，你就会明白，这些看似令人眼花缭乱的线束并不是一朝一夕的事。

可以说，汽车电子架构从诞生到现在已经发生了巨大的变化，而这种巨大的变化显然与电子技术的发展密不可分。

这一情况在过去的一年里基本没有太大改变。

尽管2008年世界先进国家开始有排放要求，电子模块也出现，但由于电子技术的滞后，目前仍处于展望阶段。

这时，英特尔出现了。

英特尔带来的技术和理念给汽车行业带来了新的活力。

如今，汽车电子的关键词是“移动性”，这是大多数深耕汽车电气架构的国际供应商认可的方向。

怎么理解呢？我们现在的汽车（包括所谓的智能汽车、互联网汽车）面临的一个问题是新的车载系统如何突破汽车的限制。

同时，大量的车载数据、4G甚至即将到来的5G都对电缆提出了更高的要求。

和连接器提出了新的要求。

据相关数据显示，如今，配备L2.5级主动安全功能的汽车平均单位时间产生的数据量已达到阿波罗登月时产生的数据量的10倍以上！如此海量的数据传输对汽车的神经系统提出了前所未有的要求和挑战。

更多的数据传输不仅仅是添加更多的线束。

将5.6公里的线路和连接器组装到现在的汽车中显然是不切实际的——因为如此长的电线不仅在有限的车身中占据更多的空间，而且也不符合汽车轻量化的趋势。

朝相反的方向走。

另外，线束越密集，电线就越容易受到影响，这对保证系统的安全性和稳定性极为不利。

具有更多功能的汽车意味着它们需要比以往配备更多的计算能力、处理更多的数据并分配更多的电力。

随着汽车发展成为功能日益强大、互连的超级计算机，其架构和基础需要彻底检修。

因为过去传统的汽车架构方法已经不再有效，无法支持汽车应用和复杂性的增长。

◆轻量化线束和创新架构当我们了解汽车电气架构的现状时，以下问题就变得清晰起来。

我们需要重新审视汽车的整体架构。

以前，如果您想为汽车添加新功能，例如加热座椅，只需添加新的操作模块和接线即可。

但这不再起作用了！因为车内已经存在过长的线束，即使车内可以布置线束，但线束过多带来的电磁干扰问题也会变得突出，于是供应商开始动起脑筋。

从性能上来看，解决问题的方向非常明确。

一是线束，二是架构。

解决两者之一可以避免很多问题。

如果两者都能解决，则一定是1>2。

那么现阶段汽车线束的总体情况是怎样的呢？现阶段汽车线束的制造体系大致有两种：一种是基于欧美国家标准（包括中国），多采用TS9体系来控制制造过程；另一种是基于欧美国家标准（包括中国），多采用TS9体系来控制制造过程；第二种是日本的，比如本田、丰田都有自己的制造体系。

在这个制造体系中，安波福在欧美车企中占据主导地位，而矢崎则是日本巨头。

我们本土的线束厂家也有很多，但是份额很小，规模也不大。

天海集团、南通友兴、柳州双飞等都是国内比较知名的供应商企业，但这些企业大多处于发展的上升阶段。

电线很容易理解。

其规格是根据截面积来划分的，如0.5/0.75/1平方毫米的电线。

现在供应商主要通过减小横截面积来减轻线束的重量，这对于加工来说非常重要。

对技术和材料都有更高的要求。

线束外面会有一些管道和胶带来保护线束。

别小看这些材料，每个部分其实都是经过精心设计、精心挑选的。

其中布基胶带的耐磨性最好。

这种胶带可耐高温达℃，但价格较高，阻燃效果不好。

法兰绒胶带的耐温在℃左右，具有最好的降噪性能，但阻燃性能也较差。

PVC胶带相比之下最便宜，并且具有良好的耐磨性和阻燃性，但耐温性较差。

由于线束（低压）零件数量多、杂乱，且其中70%需要手工制作，其毛利和生产效率较低。

尤其是铜、铝等原材料价格对价格敏感。

汽车冲压工艺首先是完成最基本的零件。

开线也是同样的道理。

首先固定最基本的单根线束，确定长度、类型等，压接主要是我们上面提到的端子。

压接端子和线束。

完成后，进行扭转和预组装。

最后在工具板上进行最终组装和最终测试。

然而，最终的组装过程需要大量的手工劳动。

首先，每条线束的制作都是独一无二的。

毕竟每辆车的配置不同，所以得到的线束也不同。

其次，最后的组装需要在工装板上完成，这是供应商专门设计开发的流水线，工人需要在工件板上组装各种小支线，同时用胶带将其包裹起来这条装配线的成本是巨大的，而且需要熟练的工人，而且越来越复杂的汽车电气架构显然也给这个工艺带来了挑战。

那么回到我们本章最初的问题，面对现在的线束和日益复杂的汽车电气结构，接下来的发展是什么？我想我们可以以目前汽车线束领域的巨头安波福为例：首先我们看线束。

安波福首先开发了更细的电线，并在重量和体积方面进行了升级。

例如，直径为0.13平方毫米的超细电线可以大大减少电线的体积和重量。

在材料上，采用铝线代替铜线，这也减轻了电线的重量和成本。

这些方面确实起到了一定的作用，但不可否认的是，即使在不断减重、缩小尺寸之后，20世纪90年代末开始的基本电气架构已经不能完全满足当前的需求，更不用说数据传输和安全冗余了。

对未来的无人驾驶汽车有着极高的要求。

因此，安波福布局了最基本的架构（当然这里的线束供应商都对电气架构进行了研究），就是SVA汽车电子架构。

现阶段，汽车线束已经达到了一定的瓶颈，行业即将发生巨大的变革。

5G的应用必将推动新一代线缆技术和连接器的发展。

随着主动安全功能的普及，网络安全和多种冗余容错机制也需要尽快发展。

同时，随着电器和电压的增加，多电压划分必然会增加汽车电气化的复杂性。

未来的汽车架构会是什么样子，需要供应商进一步研究。

◆进入超级计算时代 线束的发展离不开电子技术的蓬勃发展，这也导致汽车平台所需的计算能力越来越大。

一般来说，自动驾驶等先进的汽车功能需要非常强大的计算能力。

说到这里，有人可能会问，如何衡量计算能力呢？坚强意味着什么？在计算机领域，计算能力常常以每秒可以执行的浮点运算数量来衡量。

目前汽车的浮点运算能力还不到每秒一万亿次，还不如iPhone 8。

然而，自动驾驶汽车每秒需要超过一万亿次浮点运算，相当于多台 iPhone 8 的计算能力总和。

因此，当汽车变得越来越像一台电脑时，你需要的可能不仅仅是能够随身携带我们。

你需要的是一个拥有超强算力同时还能满足高速数据传输需求的平台，只有这样，才能保证在未来的高级辅助驾驶甚至自动驾驶中不被淘汰，而这就是也是目前供应商和车企最需要探索的方向。

编者点评：随着计算平台变得越来越强大，我们可以更好地将硬件与软件分离。

未来，汽车将变得越来越像个人电脑，最终发展成为可以安装各种不同软件的平台。

在硬件开发和上市需要更长时间的情况下，我们能够独立于硬件开发软件，这一点很重要。

就像手机一样，开发应用程序肯定会比开发和推出新智能手机快得多。

这也是同样的道理。

由于新的软件可以不断地添加到汽车平台上，旧的软件也可以不断地更新和升级，所以只要你的车还在使用寿命内，它就永远不会过时。

就汽车线束而言，国外厂商已形成一定的技术壁垒，国内供应商仍处于成长期。

平衡这种关系或许是国内车企现阶段需要考虑的问题。

对于中国供应商来说，较低的毛利率也限制了发展速度，但5G的到来也是一个机遇，只有抓住机遇才能迎头赶上。