“新四化”下的汽車線束發(fā)展趨勢

摘 要 ：

最近幾年，汽車行業(yè)的“新四化”基本已經(jīng)成為大家的共識，各種變革也都是為了實現(xiàn)“新四化”。汽車的“新四化”主要是指電動化、智能化、網(wǎng)連化、共享化。線束領(lǐng)域未來將向輕量化、高壓化、高速化、平臺化、智造化五個方向發(fā)展。鋁導(dǎo)線、銅包鋁合金導(dǎo)線、FFC柔性扁平線纜、小型化的導(dǎo)線和連接器、電子保險絲盒、高壓連接器和導(dǎo)線、大電流Busbar、以太網(wǎng)、高頻連接器、各種特種線/同軸線等新產(chǎn)品，新架構(gòu)平臺、新設(shè)計平臺，以及模塊化設(shè)計、自動化生產(chǎn)線將逐步被研發(fā)和應(yīng)用，從而縮短開發(fā)周期，減少錯誤率，將線束工程師從繁瑣的工作中解脫出來，把更多精力和時間集中在工藝優(yōu)化和項目創(chuàng)新方面。

前 言

汽車行業(yè)的“新四化”是新一代信息通訊、新能源、新材料等技術(shù)與汽車產(chǎn)業(yè)融合的產(chǎn)物，其快速發(fā)展不僅帶來整車制造業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的深化變革，也全面重塑汽車零部件的產(chǎn)業(yè)競爭格局。電動化、智能化、網(wǎng)連化、共享化，正在成為整個汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，各大OEM也都向著“新四化”的方向努力前進；各種新技術(shù)、新概念（如ADAS技術(shù)，新能源汽車等）的出現(xiàn)，強烈刺激著新一代人的消費欲望。對線束帶來什么影響？下面我們就這個問題進行探討。

新四化

1.電動化

電動化，指的是車輛動力系統(tǒng)領(lǐng)域的電動化，即采用電力驅(qū)動系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的內(nèi)燃機動力系統(tǒng)。包括混合動力（HEV、HPEV）、純電（BEV）、增程式（EREV）、燃料電池（FCV）等動力形式，各大企業(yè)紛紛布局，適應(yīng)不同的用戶需求。即使是現(xiàn)在最火的純電（BEV）車型使用的鋰電池技術(shù)也在不斷地發(fā)展中，遠未達到成熟的程度。

電動化對汽車線束的影響主要是增加了高壓系統(tǒng)，高壓導(dǎo)線、高壓接插件、大線徑鋁導(dǎo)線、大電流Busbar以及其迭代優(yōu)化的產(chǎn)品將得到開發(fā)和應(yīng)用，同時對其技術(shù)參數(shù)、測試要求和測試方法也被不斷驗證，從而滿足電動化的要求。

2. 智能化

智能化，指的是無人駕駛或者駕駛輔助系統(tǒng)在車輛上的大量應(yīng)用。目前仍然未有一個真正達到L3級別的自動駕駛車型出現(xiàn)，真正的智能駕駛或無人駕駛?cè)匀贿h未實現(xiàn)，現(xiàn)在的“自動駕駛”依然只是“高級駕駛輔助系統(tǒng)”。應(yīng)對不同的場景和保證車輛安全，多傳感器融合成為行業(yè)趨勢；不僅可利用不同傳感器的性能優(yōu)勢，還能提高整個系統(tǒng)的智能化。

智能化對汽車線束的影響主要是新架構(gòu)、新原理使得線束設(shè)計更加簡潔，可以將更多的精力投入到車載以太網(wǎng)、特種線、特種連接器的開發(fā)研究和測試中，以確保無人駕駛、智能泊車、540度影像等功能的可靠連接。

3. 網(wǎng)聯(lián)化

網(wǎng)聯(lián)化包含車際網(wǎng)、車云網(wǎng)、車內(nèi)網(wǎng)三部分。車際網(wǎng)采用中短距離通信技術(shù)，實現(xiàn)車車/車路協(xié)同，如LTE-V、5G，要求時延極短，可靠性高，需要支撐主動安全應(yīng)用；車云網(wǎng)通過車與云端的連接,主要應(yīng)用 Telematics的通信,如3G/4G/5G；覆蓋范圍廣,能夠與 Internet連接，時延較大，不適合緊急安全應(yīng)用；車內(nèi)網(wǎng)是指車與內(nèi)部傳感器的有線連接, CAN BUS、高速以太網(wǎng)；車機與手機等設(shè)備的無線連接,包括藍牙、WiFi、NFC。

網(wǎng)聯(lián)化實現(xiàn)車輛的在線化和基于網(wǎng)絡(luò)的各種服務(wù)應(yīng)用和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集。網(wǎng)聯(lián)化讓車輛不在是一個無法“成長”的工具，通過OTA技術(shù)讓車輛的功能和性能可以持續(xù)的迭代成長。而且，聯(lián)網(wǎng)使車輛信息娛樂系統(tǒng)可以獲得在線的數(shù)據(jù)和服務(wù)，使車輛成為了繼電腦及手機之后的又一個互聯(lián)網(wǎng)世界的入口，同時使得大量采集車輛運行時的各種數(shù)據(jù)成為了現(xiàn)實。未來，車輛的實時運行可以被網(wǎng)絡(luò)直接進行控制、且車輛的絕大部分的數(shù)據(jù)都可以與云端進行實時交換之時，才是網(wǎng)聯(lián)化的成熟之時。我公司提倡“軟件定義汽車”，將軟件功能作為商品單獨售賣已經(jīng)不再是新聞。

4 .共享化

共享化，指的是車輛的共享與出行的共享。也有人將其稱為服務(wù)化，指的是移動出行將作為一種服務(wù)被提供，從而改變目前每個人都需要購置車輛的現(xiàn)狀。共享化目前看來仍然只是一種基于網(wǎng)絡(luò)定位服務(wù)的商業(yè)模式。

網(wǎng)聯(lián)化和共享化對汽車線束的影響主要是車載特種線、特種連接器種類和數(shù)量增多。特種線具有高可靠性、低電磁輻射、低功耗、低延遲以及同步實時性技術(shù)特點，該產(chǎn)品的特性與傳統(tǒng)導(dǎo)線完全不同，因此需要對設(shè)計和測試能力提出新的挑戰(zhàn)。特種線連接器發(fā)展迅速，由單一型向集成型發(fā)展，減少體積，提高集成度、提升工廠裝配效率。

“新四化”是時代的需求，融合發(fā)展，將交通工具變成移動終端，促進出行方式變革，完成為一場消費的變革。

汽車線束的組成及現(xiàn)狀

汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，連接汽車的電氣部件并使之發(fā)揮功能。在汽車上的作用相當(dāng)于人的“神經(jīng)和血管”。它既要確保傳輸整車電信號和提供整車電能，也要保證連接電路的可靠性。

汽車線束主要由連接器、端子、導(dǎo)線、保險盒、扎帶、蓄電池樁頭、橡膠件、包覆材料（波紋管、膠帶、自卷管等）、護線盒等組成；其中連接器、導(dǎo)線占線束物料成本2/3左右。

圖1 汽車線束的組成

低壓線束分別是儀表臺板線束、底盤線束、發(fā)動機艙線束、發(fā)動機線束、門線束、頂棚線束、前保險杠線束、后保險杠線束、電子手剎線束、輪速傳感器線束、饋線總成等。

高壓線束分別是高壓電源線束、電動壓縮機電源線束、直流變換器輸出負極線束、PTC輸入線束、交直流一體充電插座線束、家用交流輸出連接線束、充電機搭鐵線束等。

圖1 汽車線束的組成

在“新四化”趨勢下，汽車電器功能增多，線束用量加大，減重降本面臨更大的挑戰(zhàn)，復(fù)雜的電性能檢查讓人望而生畏；功能配置復(fù)雜多變，線束狀態(tài)繁多，線束布線空間愈發(fā)局促，自動化加工需求增大，才能滿足生產(chǎn)的交付；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)域集中式將會改變線束拓撲，千兆以太網(wǎng)的應(yīng)用對線束傳輸性能要求更高，特殊線纜的工藝挑戰(zhàn)大；電動車高電壓大電流的應(yīng)用將

會對電磁兼容、線束安全性帶來更大的挑戰(zhàn)。

線束關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

在汽車“新四化”的背景下，基于線束行業(yè)的問題和挑戰(zhàn)，線束領(lǐng)域未來將向輕量化、高壓化、高速化、平臺化、智造化五個方向發(fā)展。

1 .輕量化

1.1 優(yōu)化架構(gòu)，減少線束長度

整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)從傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)，逐漸進化為集中式域架構(gòu)，采用了域控制器集成架構(gòu)，線束長度相比傳統(tǒng)車減少50%。

圖3 汽車電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢

1.2 鋁導(dǎo)線、銅包鋁合金導(dǎo)線等新產(chǎn)品的應(yīng)用

鋁的密度和價格為銅的1/3，電導(dǎo)率是銅的64%，提升導(dǎo)線規(guī)格1-2個檔次，可實現(xiàn)替換，導(dǎo)體部分輕50%，導(dǎo)線成本可降低40%。

中小線徑鋁導(dǎo)線因為加工工藝難度大、配套接插件品類不全、強度弱，還無法普及應(yīng)用；大線徑鋁導(dǎo)線在電源線上已經(jīng)批量應(yīng)用，加工方式主要有：超聲波焊接、離子焊、套筒壓接，線束成本可降低10—15%。

小線徑銅包鋁合金導(dǎo)線可以直接替代同線徑銅導(dǎo)線，應(yīng)用在低壓線束總成中，導(dǎo)線成本可降低10% 。

圖4 鋁導(dǎo)線、銅包鋁合金導(dǎo)線等新產(chǎn)品的應(yīng)用

1.3 導(dǎo)線、連接器的小型化

信號線可采用0.22/0.13/0.0 8mm2超細導(dǎo)線代替，0.22/0.13 mm2導(dǎo)線已在合資品牌廣泛采用。各種銅合金材料滿足端子小型化需求，但壓接能力、工藝管控能力不足，需要提升。

圖5 導(dǎo)線小型化

1.4 FFC柔性扁平線纜的研究與應(yīng)用

FFC（Flexible Flat Cable）柔性扁平線纜由上下兩層絕緣材料、中間夾上扁平銅箔組成，厚度薄、體積小、重量輕、可隨意彎曲折疊、拆卸方便、易解決電磁屏蔽(EMI)等優(yōu)點。用于空間要求高的位置，如頂棚線束、動力電池包內(nèi)低壓線束等；

圖6 FFC線束（頂棚）

1.5 電子保險絲盒的研究與應(yīng)用

通過半導(dǎo)體芯片替代保險絲、繼電器，較插線式保險絲盒體積減少約15%，重量降低約20%。大電流采用驅(qū)動芯片+MOSFET分立方案，小電流（<25A）采用HSD智能高邊開關(guān)集成方案，具有可靠性高、可編程、免維護、可聯(lián)網(wǎng)，可精確供電管理等優(yōu)點。

圖7 保險盒發(fā)展趨勢

2.高壓化

2.1高壓連接器平臺化設(shè)計

新能源汽車高壓系統(tǒng)通常采用300V以上高電壓，大電流，對連接器的絕緣、防護等安全性要求更高。高壓連接器平臺化設(shè)計關(guān)鍵項主要有溫升及降額曲線、高壓互鎖設(shè)計、防護等級、電磁屏蔽、連接器材質(zhì)選擇等。高壓連接器從定制化到平臺化，從金屬連接器到塑料連接器輕量化，趨勢明顯。

圖8 高壓連接器發(fā)展趨勢

2. 2片式連接器

隨著電流的不斷增大，圓型連接器通過增大截面直徑對載流能力的提升已不明顯。片式連接器在大電流領(lǐng)域有著獨特優(yōu)勢，其接觸點呈線性排列，可通過增大接觸件寬度，或多個接觸件并排布置來減小接觸電阻，效果顯著。片式連接器采用沖壓工藝，體積更小，生產(chǎn)效率高，成本低。

圖9 片式連接器

2.3 大電流Busbar

為實現(xiàn)8分鐘充電80%的目標(biāo)，充電電流將由250A提升至400A～800A，銅電纜規(guī)格將由70mm2增加到120～150mm2，如果采用鋁電纜，規(guī)格將進一步提升至150～200mm2。大規(guī)格電纜不易布線，車載電纜超過120mm2時基本無法布線，Busbar應(yīng)運而生，并可實現(xiàn)自動化裝配，相比線纜成型，省去了拉絲、退火、絞合的工序。如果使用尼龍料則無需交聯(lián)工序，鋁棒外套鋁管即可實現(xiàn)屏蔽效果，同時對鋁棒也是一種防護，無需再增加外護套。

圖10 排狀Busbar

圖11 棒狀Busbar

2.4 高壓線束EMC性能開發(fā)

從直流到三相交流、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換，充電機交直流轉(zhuǎn)換等工作過程，其內(nèi)部IGBT會產(chǎn)生頻率為100KHZ至200KHZ電磁干擾，這種干擾主要以公模電流的形式沿高壓電纜傳播，引起車載電子設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)異常。高壓線束解決EMC三要素之“路”，采用接地濾波和屏蔽；高壓導(dǎo)線采用雙層屏蔽方式，高壓連接器采用屏蔽環(huán)、屏蔽簧等方案。

圖12 EMC性能開發(fā)

3.高速化

3.1 車載以太網(wǎng)的研究與應(yīng)用

是一種用以太網(wǎng)連接車內(nèi)電子單元的新型局域網(wǎng)技術(shù)。主要應(yīng)用于帶寬需求較高的系統(tǒng)，如自動駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車載診斷系統(tǒng)（OBD）以及車載信息娛樂系統(tǒng)等，可實現(xiàn)100M/s甚至10G/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要是IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers,電氣和電子工程師協(xié)會）IEEE 802.3、OPEN聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)（One Pair Ether-Net，單絞線以太網(wǎng)聯(lián)盟）。

普通以太網(wǎng)使用2對或4對非屏蔽雙絞線(UTP)電纜，車載以太網(wǎng)在單對非屏蔽雙絞線上可實現(xiàn)100Mbit/s甚至1Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，并滿足汽車行業(yè)高可靠性，低電磁輻射，低功耗，帶寬分配，低延遲以及同步實時性等方面的要求。

圖13 汽車網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

3.2 特種線、特種連接器

汽車上高頻信號多樣性，帶來特種線種類的多樣性，如FM/AM饋線、USB轉(zhuǎn)接線、GPS天線、TBOX天線、攝像頭線、fakra同軸線、HSD視頻線、以太網(wǎng)線等；特種線具有高可靠性、低電磁輻射、低功耗、低延遲以及同步實時性技術(shù)特點，如fakra同軸線已逐步替代FM/AM饋線、GPS天線；

特種線連接器發(fā)展迅速，由單一型向集成型發(fā)展，減少體積，提高集成度、提升工廠裝配效率。

圖13 汽車網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

圖15 特種連接器

4.線束設(shè)計方案平臺化設(shè)計

線束設(shè)計方案平臺化設(shè)計主要遵循以下幾個原則：

（1）配置平臺化：按照配置組合包的方式搭建基礎(chǔ)配置，以最少的線束狀態(tài)覆蓋所有配置;

（2）原理平臺化：將整車架構(gòu)劃分為不同功能的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)逐漸實現(xiàn)原理平臺化;

（3）接口平臺化：統(tǒng)籌整車所有電器零部件接口信息，按照部件端和線束端接口固化建立數(shù)據(jù)庫;

（4）布置平臺化：按照整車區(qū)域?qū)⒕€束分為不同模塊，根據(jù)平臺化布置原則建立線束3D平臺化布置架構(gòu);

圖16 同一原理的不同分段布置方案

圖17 不同車型的布置平臺化

5 .智造化

5.1 線束模塊化設(shè)計

因配置和保供需求，方案多樣化，通過排列組合，線束總成將出現(xiàn)不同結(jié)果，線束模塊化設(shè)計可以將功能劃分成不同的模塊，按照模塊進行開發(fā)，能夠快速實現(xiàn)線束生產(chǎn)多樣化，實現(xiàn)一車一線，車車不同，滿足客戶的個性化需求；

圖18 線束模塊化設(shè)計和生產(chǎn)

5.2 生產(chǎn)線的自動化

汽車線束屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，行業(yè)自動化率不到30%，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，上升的人工成本對企業(yè)利潤形成較大沖擊，招工難成為行業(yè)難點，提高線束行業(yè)自動化生產(chǎn)水平，推動線束企業(yè)轉(zhuǎn)型尤為重要。推進柔性智能自動化生產(chǎn)線是對中國制造2025和工業(yè)4.0的有力支撐，更為重要意義是在于提升產(chǎn)品一致性、提升企業(yè)生產(chǎn)效率、提升行業(yè)競爭力。

主要針對占汽車線束生產(chǎn)工藝中70%以上勞動力的分裝和組裝環(huán)節(jié)進行自動化改造，這需要結(jié)合精密機械設(shè)計技術(shù)、智能機器人控制技術(shù)、機器視覺技術(shù)和計算機技術(shù)等學(xué)科技術(shù)，突破線束自動插植、自動布線、自動包膠和自動扎帶等關(guān)鍵技術(shù)難點，實現(xiàn)分裝和組裝環(huán)節(jié)的整體布局，最終實現(xiàn)自動加工和柔性生產(chǎn)。現(xiàn)階段的電器盒的PIN腳/保險絲/繼電器、下線及安裝防水堵、以及安全氣囊線束等產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)自動化。

圖19生產(chǎn)線的自動化

結(jié) 論

零部件供應(yīng)商、線束供應(yīng)商、OEM設(shè)計及工廠質(zhì)量管控，層層遞進、層層相關(guān)，形成一個完成的線束產(chǎn)業(yè)鏈。所有的技術(shù)都是為了不斷提高汽車的安全性、舒適性和人、車、路的信息交互，提高車主的體驗感，必須經(jīng)過嚴(yán)格的測試才能應(yīng)用到產(chǎn)品中，否則將成為空中樓閣。整車線束的可靠性提升，需要從其設(shè)計、裝配、使用等多個環(huán)節(jié)進行可靠性的設(shè)計和驗證。設(shè)計是第一個環(huán)節(jié)，也是線束關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

提升主機廠和供應(yīng)商的研發(fā)能力，引入基于網(wǎng)絡(luò)、基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的線束設(shè)計軟件， 搭建設(shè)計數(shù)據(jù)庫、固化圖紙模板，縮短開發(fā)周期，減少錯誤率，將線束工程師從繁瑣的工作中解脫出來，把更多精力和時間集中在工藝優(yōu)化和項目創(chuàng)新方面。

線束作為勞動密集型產(chǎn)品，主要依托人工組裝，生產(chǎn)過程控制是線束質(zhì)量的重要保障，才能提供合格的產(chǎn)品。

圖20線束檢測臺

據(jù)乘聯(lián)會數(shù)據(jù)顯示2022年1-5月新能源汽車滲透率已達到 23.4%，已提前實現(xiàn)國務(wù)院辦公廳在《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035 年）》中提出的目標(biāo)，預(yù)測2025年或?qū)⑦_到 40%。高壓線束作為電動汽車上動力輸出的主要載體，是整車性能和安全的關(guān)鍵零部件之一。車內(nèi)高壓線束主要是對新能源車輛提供高壓強電供電作用，在新能源汽車中屬于高安全件，具有大電壓/大電流、大線徑導(dǎo)線數(shù)量多等特點與傳統(tǒng)的車內(nèi)低壓用途相比車內(nèi)高壓電源傳輸對線束的電性能、屏蔽性能、機械性能和耐久性能都有較高的要求。高壓線束零部件的迭代開發(fā)、模塊化開發(fā)、成組開發(fā)，成為未來線束發(fā)展的重中之重。

中國頒布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖 2.0》進一步明確發(fā)展線路：到2025年，PA(部分自動駕駛)、CA(有條件自動駕駛)級智能網(wǎng)聯(lián)汽車市場份額超過50%，HA（高度自動駕駛）級智能網(wǎng)聯(lián)汽車實現(xiàn)限定區(qū)域和特定場景商業(yè)化應(yīng)用；到2030年，PA、CA級智能網(wǎng)聯(lián)汽車市場份額超過 70%，HA 級智能網(wǎng)聯(lián)汽車市場份額達到 20%，并在高速公路廣泛應(yīng)用、在部分城市道路規(guī)?；瘧?yīng)用；到 2035 年，中國方案智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系全面建成、 產(chǎn)業(yè)生態(tài)健全完善，整車智能化水平顯著提升，HA級智能網(wǎng)聯(lián)汽車大規(guī)模應(yīng)用。

整體來看，2022-2025年線束市場規(guī)模將隨著電動化、智能化滲透率的增加而增長。但其中低壓線束市場作為基本盤，在域架構(gòu)下線束用量減少，因此在我們3%的汽車銷量增速預(yù)期下，其規(guī)?；颈３址€(wěn)定；高壓線束和高速線束是傳統(tǒng)低壓線束之外的增量市場，分別受益于電動化和智能化程度和 滲透率的提升，在較高單車價值量的情況增速較快，預(yù)計到 2025 年的市場規(guī)模將分別達到205億元和123億元，年復(fù)合分別增長11%和13%。綜合考慮，汽車線束市場建議主要關(guān)注增量市場的高壓線束和高速線束。

審核編輯 ：李倩