汽车电子神经系统的架构设计和小线径化

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用“复杂”来形容当今的汽车是再恰当不过的一个词。安全、操控、驱动和娱乐仅仅是依赖电子/电气架构的部分子系统。如今的驾驶者都希望他们的座驾能够无限精准且不间歇地运转。但是控制整个汽车的电子神经系统的内部却是如此的复杂。如今,大部分汽车应用了超过一英里的导线、十几个控制器模块和几条串行数据网路来满足目前市场上需要的那些功能。

“架构设计”的必要性

随着汽车逐渐拥有越来越多的电子控制系统如导航系统、卫星广播、安全气囊、温度控制和电动车门等,电子/电气架构的发展也在汽车运输行业起到了举足轻重的作用。现在的主机厂比以往任何时候都渴望能够拥有一个供应商能对他们的需求进行分析、设计和制造出整个系统来能够满足各种需求。

“架构设计”就是在车辆设计流程前期中定义车辆的电子和电气系统的过程。像建筑大师搭建一所房屋或一幢高楼一样,汽车电子/电气工程师以丰富的经验和专有的设计工具创造出电子/电气架构的虚拟模型。通过计算机测试和模拟工具,再对设计思路进行核实以确保其能够满足客户在成本、重量以及布置等方面的要求。

在设计初期阶段对细节的关注和一丝不苟确保能为客户打造完整的电子/电气架构系统。与过去的设计相比,德尔福的工程师们发现重新设计能使车辆整体重量最多减轻20%,成本则最多可降低高达30%,并有效改善车辆的各项性能。此外,德尔福提供的电子/电气架构在车辆运行的可靠性、装配的简便性和兼容性等方面也有了极大的改善。

电子/电气架构的精心设计涉及到车辆的所有领域,包括恶劣的行驶环境和高密度的布置。电子/电气架构实现了汽车制造商的产品理念,也满足车主对性能和功能的期待。电子/电气架构还帮助改善布置空间,使电子/电气元件能够放置在更狭小或更易接近的地方。在某些情况下,它甚至可以完全省去某些特殊的部件,使成本大大降低。

为了能够使产品的成本下降1~3%,零部件供应商在不断提高效率方面付出了不懈的努力。但是,如果将整部汽车作为一个有机的系统来开发,那么在整个系统节约的成本将更多。未来要开发的内容只会越来越多。汽车开放系统架构(AUTOSAR——AUTOSAR国际联盟建立于2003年,旨在建立电子/电气架构开放式标准。成员包括汽车制造商,电子零部件供应商,半导体供应商及工具供应商)刚刚完成了第一阶段的开发。AUTOSAR的目标是使软件的设计标准化,以实现由不同制造商制造的部件之间的互换性,同时还能够使功能在不同的硬件之间实现轻松转移。宝马集团去年第四季度已经将AUTOSAR应用于量产车的全新BMW 7系上。汽车制造商们旨在实现更高的灵活性、更低的成本,开拓汽车电子系统新的发展方向。宝马集团电子/电气与驾驶环境系统研发部门负责人还明确了未来的发展目标:BMW要在生产的所有车辆中全面应用AUTOSAR系统。

节能环保的小线径导线

从电子消费品到汽车系统,技术的进步正在朝着小型化的方向发展,以达到更小、更轻的目标。在汽车制造商看来,减轻重量是提高燃料效率、降低CO2排放标准,进而达到目前和未来政府法规要求的关键所在。电气元件变得越来越小巧,现在已有一些公司计划使用0.13mm2截面积的导线。不断改进的结果就是使电子/电气系统变得更小、更轻、更可靠。

产品与工艺过程之间的联系密不可分。要想让大多数产品创新成为现实并产生切实利益,通常还需要开发独特的工艺过程。汽车电气/电子系统中小线径导线的应用也是如此。能够可靠地生产和处理更加纤细的导线固然重要,但还必须改进线束组装工艺以确保一致、可靠地应用这些导线。

这对于通常的手工布线及接插件端子插接是一项挑战:这一过程不仅取决于操作工能够肉眼正确识别导线,而且操作工还必须能看到推入连接器正确的孔位。可是如果开始使用截面只有0.13mm2甚至更小的导线(其直径大约相当于指甲的厚度),人的眼睛便无法辨别导线的编码、尺寸和颜色了,同样连接系统端子的孔位也难以区分。导线越细,端子当然也就越小。此外,导线的刚度也没法保证端子的接插到位。德尔福公司的超薄壁无卤素导线能保证最小0.13mm2导线手动插入操作的规定刚度,而自动化的制造工艺过程能够提高端子接插的可靠性。

自动化装配与微型化趋势将有助于促进下一代减重技术的发展,提高生产规模的灵活性以及改进一次下线质量。例如,根据一些应用实例研究,采用德尔福公司的蜂窝晶片集成化(waferization)、自动化和小型化技术之后,传统线束中可以不使用任何并头连接,减少铜线用量50%,还能减少40%的线束重量,且线束外径也缩小了20%。正是出于这个原因,德尔福公司才会在美国俄亥俄州Champion市的技术中心和德国Wuppertal市的技术中心研发新的工艺过程,确保制造工艺在灵活性与功能性方面都能满足小线径导线应用的要求。通过自行设计独有的工艺过程和设备,再结合设备供应商的能力,确保工艺过程的效率及设备的能力,例如小型切割机和自动化配套技术。德尔福正在开发新型无压接端子技术与小线径导线。

这些都是针对实际挑战的实用解决方案。德尔福公司的产品技术与制造工艺正在将这些理念转变为实用的产品,实现在布置与减重方面的巨大效益,进而帮助汽车制造商满足全球消费者的需要与各国政府规定的环境标准。

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