在人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息融合、传感技术和通信技术集中运用的推动下，信息通信和汽车行业的融合成为必然之举，汽车产业或在不久之后迎来跨时代的改革，而软件与功能之间的连接需要线束来实现。本文线束工程师之家网主要阐述线束在自动驾驶领域中的作用，主要从汽车自动驾驶线束的工作原理、布置组成、材质选择以及压接技术等方面进行论述，希望通过运用科技手段来提高线束品质，以便能在未来汽车市场上占有一席之地。
1 自动驾驶技术现状
随着自动驾驶技术的深度开发，市场上已初步实现自动驾驶技术为L0~L2级别的汽车，某些厂家已经初步达到L3级别自动驾驶的标准，但是若需普及L3级别的自动驾驶还有很多方面需要完善，其中最重要的一点就是可靠性。由于是一项新技术，还没有经过大量的时间检验，难保没有安全隐患。试想，就L3级别的自动驾驶技术而言，若车辆遇上无法识别的情况，需要驾驶员接管车辆，而此时驾驶员却不能及时接管，那么很可能就会发生交通事故。因此，一款可靠的自动驾驶系统就显得至关重要，而软件与功能之间的连接需要线束来实现，对有汽车血脉之称的线束而言亦面临着严峻的挑战。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/main-points-of-harness-design-on-autonomous-vehicle/
2 自动驾驶的线束工作原理
自动驾驶的主要部件由主控制器ADU、网关、前后摄像头、前后雷达等组成。雷达传感器和摄像头均需使用先进的传感器、执行器，雷达与摄像头可以收集1~200m道路信息传回主控制器，主控制器ADU对雷达和摄像头传输回的数据进行分析计算，计算结果通过网关实现与汽车各系统的交互，从而达到对驾驶员、驾驶车辆、驾驶路面情况信息的全面监控，让车辆能够敏锐感知到周围的环境，并自主分析车辆的运行情况以及车辆可能遇到的危险情况，让车辆在运行过程中更加安全，实现安全性与平稳性的双重效应。线束从中起到一个桥梁的作用，其需要把摄像头录制到的信号平稳且快速地传输到主机上，主机计算出结果之后再通过线束快速传输到网关，网关得到结果后把指令通过线束输送到整车控制器，整车控制器得到结果后做出反应，还需要通过线束传递到各个功能件，线束犹如人体血脉一般输送着各种电源和信号。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/main-points-of-harness-design-on-autonomous-vehicle/
1） 自动驾驶的电源。自动驾驶主机的电源通常是KL30+KL15，KL30主要是为各功能件提供电源，KL15为唤醒电源，启动车辆时不能关闭此电源，目前大部分汽车使用的前后雷达为毫米波雷达，毫米波雷达具有穿透力强、技术成熟、成本低的特点，缺点是探测距离较短，无法感知行人，对目标无法细化识别，因此毫米波雷达通常使用的是KL15电，既能满足性能要求又能降低静态能耗；而激光雷达是智能驾驶汽车主要动态障碍物检测传感器，其主要特点是探测精度高，受光照影响小，可以用来描绘周围环境参数，亦需要KL30+KL15电源的组合，KL30电可以持续供电，KL15只做唤醒用。其余的摄像头一般均由主机供电。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/main-points-of-harness-design-on-autonomous-vehicle/
2） 自动驾驶的搭铁。智能驾驶的搭铁属于重要系统，且易受其他用电器干扰，搭铁点最好能单独设定并离用电设备相对较近，搭铁位置要设置在能够防腐蚀的地方，由于后雷达位置的搭铁点易受污水、灰尘的腐蚀，所以应该通过线束主干把搭铁点设定在舱内的车身上。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/main-points-of-harness-design-on-autonomous-vehicle/
3） 自动驾驶的信号线。自动驾驶的信号传输使用CAN网络进行传输，通常左右雷达上会带有终端电阻，CAN线的终端电阻为120Ω，主机作为CAN线分支，由于分支点不能超过1m，主机与雷达距离较远，不能满足线束的设计需求，因此常常采用对CAN进行绕线的方法进行应对。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/main-points-of-harness-design-on-autonomous-vehicle/
自动驾驶对安全可靠性要求比较高，面对复杂的行驶情况和车内电器情况，信号传输要求也很高，由于传输过程不能受到干扰，因此线束的性能要求显得格外重要。线束需要在保证自身可靠性的前提下屏蔽各方干扰，在材料与工艺上均需提高选择的等级。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/main-points-of-harness-design-on-autonomous-vehicle/
3 自动驾驶线束在整车的布置
自动驾驶线束需要贯穿汽车的前部、后部和左右两侧，目前由于技术的不完善，大部分车企还停留在自动驾驶的L2~L3阶段，仍然需要驾驶员操控，市面上的自动驾驶汽车均保留了DMS和OMS摄像头，因此线束布置还涉及到车内。自动驾驶线束布置位置如图1所示。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/main-points-of-harness-design-on-autonomous-vehicle/
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图1 自动驾驶线束布置位置文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/main-points-of-harness-design-on-autonomous-vehicle/
1） 自动驾驶ADU一般布置在仪表台里面。仪表台内部空间狭小，线束布置会很困难，因此线束会考虑分段布置，在宽阔的地方增加一对inline来连接仪表线束与自动驾驶相关线束，或者把一些功能分化出去，自动驾驶相关线束整合在主线中。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/main-points-of-harness-design-on-autonomous-vehicle/
2） 前摄像头和前雷达布置在前保险杠上。从驾驶舱内的ADU连接到前保险杠上需要跨过机舱与驾驶舱的前围钣金，因此选择使用一对inline来连接二者是最佳选择，并且由于舱外是湿区，inline最好不要放在舱外。
3） 左右两侧的摄像头通常布置在左右后视镜上。要从主机过渡到摄像头，势必需要经过门与车身的对接，门线的橡胶件设计就比较重要，橡胶件的弯折角度不能过大，而且必须具有伸缩性。
4） 后视摄像头与后雷达通常布置在后背门和后保险杠上。从后保险杠到车子前部需要经过整个车身，这一段距离非常长，布置上需要每隔一段距离增加一个固定点，必要的地方还需要增加护板进行防护。为了保证装配的便利性，仪表线束增加与车身线束的inline，仪表台附近的inline通常整合在一起，使用护板固定起来，便于管理与维护。
4 自动驾驶线材的选择
基于自动驾驶高可靠性的要求，普通的铜导线无法实现视频信号的高清传输，这对于自动驾驶来说是一个致命缺陷，无法准确识别路面特征、距离等图像处理，就无法准确地对汽车周边环境进行检测以及对汽车进行定位，因此视频线选择的是FAKRA同轴线。FAKRA 同轴线缆连接结构如图2所示，主要包括FAKRA 连接器、AKRA inline连接器、同轴电缆、PCB板端连接器。
图2 FAKRA同轴线缆连接结构图
1） FAKRA连接器主要参考的截面尺寸标准有ISO 20860-1和USCAR-18，测试标准主要有ISO 20860-2、USCAR-17和USCAR-2，尺寸标准定义了FAKRA连接器轴向和径向方向的主要尺寸。公端连接器截面尺寸标准如图3所示。
图3 公端连接器截面尺寸标准
在不同公司的产品中，存在绝缘介质材料并不相同的情况，应该在符合标准的前提下，对不同绝缘材料和截面结构的连接器进行匹配试验，验证相关电性能指标是否在规定数值范围内。
2） FAKRA inline连接器提供了有效的分段手段，但是在使用FAKRA inline时，尽量不要过多使用，因为在inline对接时会产生插入损耗，inline越多，损失得就越多，因此应尽可能地少用FAKRA inline，并且选择的一对inline应尽可能选择同一个厂家，这样可以保证性能，也能减少切换厂家后对性能的评估和测试。
3） FAKRA使用的同轴电缆导体是铜丝，外包一层泡沫填充物，屏蔽以金属铜网或铝镁合金编制网为主，绝缘材料一般为聚氯乙烯。目前，国家使用的电缆标准是GBT14864—1993的标准，同时电缆的好坏还需要测试与端子的保持力。
4） FAKRA板端连接器与线端连接器需保证插件尾部和PCB连接的设计要求，线束端和板端也最好能为同一个厂家产品，以此避免由于结构差异导致的性能缺陷。
5 自动驾驶线束的压接
传统线束主要采取的压接方式为U型端子连接，传统的冷压接方式简便、成本低，大部分非关键部位使用的压接方式还是U型端子冷压接。由于U型端子是依靠大冲压力将铜丝压缩到一起，主要依靠铜丝之间的摩擦力来连接，压接后势必会存在一定的空洞，从而导致电压降增大，导电性能下降。然而在自动驾驶的高要求下，特别是使用的基本上是CAN通信，因此要求使用超声波焊接。
超声波焊接原理是通过高频机械振动对线束物料工件进行焊接。在焊接过程中，超声波线束焊接机有3个方向同时收紧至超声波焊接端面，以20kHz的频率在其表面进行循环往复地振动，同时对工件施加压力，使工件间形成一种牢固的结合，从而达到焊接的效果。对于采用超声波线束焊接，整个焊接过程可以被精确地控制，同时不会在金属表面产生多余的热量，焊接牢度强。由于超声波焊接是把铜丝完全焊接在一起，因此导电性能远优于U型端子的冷压接。超声波焊接以其优秀的焊接牢度和稳定的导电性能，必能胜任自动驾驶的需求。
6 结语
随着人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统的高速发展，自动驾驶汽车运用先进技术，相信在不久的未来，必能造出在无人类主动操作下自动安全行驶的机动汽车。因此，汽车线束人亦需不断探索先进技术，运用科技手段提高线束品质，大力把先进生产设备投入到使用当中，才能在未来占得一席之地。
参考文献：
[1]QC/T29106—2004，汽车低压电线束技术条件[S].
[2]USCAR -2， Performance Specification for Automotive Electrical Connector Systems[S].
[3]ISO 20860-2—2009，道路车辆50Ω阻抗无线电频率连接系统接口[S].
[4]华经产业研究院.2021—2026年中国自动驾驶行业市场供需格局及行业前景展望报告[M].北京：北京产业信息研究院，2021.
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