CAN总线与车用线束 掌控汽电神经

CAN总线与车用线束 掌控汽电神经

　　随着车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统控制；从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统；从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽车电气系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。现代汽车安全性、舒适性及环保要求的不断提高，汽车上的电路数量与用电量显著增加，从而使大量线束在有限的汽车空间中如何更有效合理布置已成为汽车制造业面临的问题。本文以汽车线束为中心，并对车载通信技术的现状与今后发展动向作概要介绍。

　　在现代汽车上,电子控制系统与线束有着密切关系。如果把微机、传感器与执行元件的功能用人体来比喻，可以说微机相当于人脑，传感器相当于感觉器官，执行元件相当于运动器管。显然，只有头脑和各种器官，没有神经和血管，人体的手足将不能发挥应有的功能。

　　连接汽车的电气电子部件并使之发挥功能的电线束，就是起汽车中“神经与血管”的作用。线束是由构成电路的电线组成，它既要确保传送电信号，也要保证连接电路的可靠性，向电子电气部件供应规定的电流值，防止对周围电路的电磁干扰，并要排除电器短路。

　　汽车的线束从功能来分，有传递传感器输入指令的信号线和运载驱动执行元件(作动器)电力的电力线二种。信号线是不运载电力的细电线(光纤维通信)，电力线则是运送大电流的粗电线。例如信号电路用的导线截面积为0.3、0.5mm2;在电机、执行元件用的导线截面积为0.85、1.25mm2，而电源电路用导线截面积为2、3、5mm2;而特殊电路(起动机、交流发电机、发动机接地线等)则有8、10、15、20mm2不同规格。导线截面积越大，电流容量也越大。电线的选择，除了考虑电气性能外，还要受到车载时物理性能的制约，因此其选择范围很广。例如，出租汽车上的频繁开/关的车门和跨越车身之间的电线应该由挠曲性能良好的导线构成。在温度高的部位使用的导线，一般采用绝缘性和耐热性良好的氯乙烯、聚乙烯包覆的导线。近年来，微弱信号电路使用的电磁屏蔽线也不断增加。

　　另外，连接线束与电子、电气部件、电路的重要部件——接插件近年来也不断进行改进。例如采用电阻焊制造的车用接插件与新型线束材料成功应用于车顶模块(roof module)上。

汽车线束的发展概况

　　汽车线束为了适应车辆的高功能化和用户需求的多样化，在车上占用空间逐渐扩大。而事实上，为了提高汽车的燃油经济性和减轻重量，电线本身从原来的AV线不断减少直径，经过AVS线到AVSS线。线束直径不断减少。而且近年来多路传输技术(车载局域网(LAN))的应用使得电路数大为减少。图1表示1800～2000mL排量级的乘用车上的电路数与线束最大直径的变化过程。但是从线束的发展趋势来看，其车载数量仍然在增加，而在高级轿车上电路数甚至超过2000个。

　　作为减轻线束重量的有效方法之一是电源电压采用42V。从电动动力转向(EPS)或电动空调装置等要求大电力负荷来看，由于在不增加电流的条件下(电线截面积不增加)有可能增加电力供应,因此被认为是一种有效方法。另一方面,随着电源电压上升,也发生电磁噪声或漏电等安全问题,不得不采取带屏蔽的导线或防水接插件,于是又使线束的重量增加。因此,随着车载局域网应用的普及,要求采用对电磁干扰具有高屏蔽特性的导线材料。

　　在上世纪90年代以来，以欧、美、日汽车整车公司为中心，不断推广使用模块化生产方式，作为模块内配线介质，采用平面配线材料例如柔性化印刷电路(FPC:flexible printed circuit)或柔性化平面电缆(FFC:flexible flat cable)。在模块中特别是配线空间非常有限的车顶、车门及配电板(Console)中，作为兼顾扩大车厢空间与提高线束布置有效性的方法，预计在今后将会进一步推广。

　　随着柔性化印刷电路应用于模块，以及电子部件的装配或传感器部件的集成化，从而使配线材料向高功能方向发展。例如FPC在仪表板上的应用与膜片(membrane)支承传感器或在天线上应用，就是很好的实例。

　　在多路通信功能方面，由于通信量增加以及扩大在安全功能方面的应用与多媒体信息的获取，在这种发展形势下向更高速、高可靠性的通信协议发展。预计今后，不仅在车辆内部，而且在道路与车辆之间，车辆与车辆之间等领域，网络技术将进一步获得应用。导线作为汽车内部的通信介质，将向高速化、耐电磁干扰而且向“光化”(即采用光导技术发展方向)变化。

车用线束的高电压化(42V)

　　由于$线束电源电压高压化，使消耗电流降低，电线直径减少，因此为线束轻量化与提高线束在车上的组装方便性提供了可能。可是，电源电压从现有的14V提高到42V，约提高2倍，就会产生很多必须解决的课题，

　　·泄漏·短路·电蚀·电磁噪声·电弧放电

　　其中最重要也是最不易解决的是电弧放电。电弧放电是指通电中，当触点或端子分离时发生的放电现象。在42V场合，这时称为稳定电弧就会发生。这种电弧与14V电源电压相比，延续时间长，其放电能量也非常大。电弧的中心温度高达几千度，这是非常危险的现象。

　　特别是插接件拔出时发生的电弧放电，由于与用户直接接触，因此尽早采取相应保护措施。以下介绍如何防护插接件的电弧放电的措施。

　　●采取最优化的端子材料

　　●有效分散端子双触点的电弧放电能量

　　●改进插接件壳体以提高插接件的拔出速度

　　●采用磁铁消除电弧放电

　　其中，在大中电流通过场合，被认为对电弧放电最有限制效果的是采用磁铁。这是指，通过磁场的作用，使电弧发生扭曲，增加触点之间的间隙也具有同样的效果。例如Fujikura公司就开发了这种技术，通过附加磁场方法与使磁通量密度最优化，成功地使电弧放电能量稳定下降。

　　该公司除了线束部件外，还开发了熔断器与搭载继电器的42V用电源箱(R/B,J/B)或42V三相同步电机用线束总成等。采用R/B、J/B 42V电源箱，特别在发动机舱容易沾水的地方，漏电、电蚀等影响尤为显著，因此必须适当规定电路之间距离。当采用线束总成时，限制电磁噪声是重要课题，因此要开发专用屏蔽式线束及有效防水的插接件。所以说，在采用42V电压方面，确实为解决有关课题作出了努力，但是由于采用屏蔽结构与防水结构而使重量增加。为此，在采用42V电源时必须有针对性地采取措施，对不必要部件要加以剔除，而且在采取措施方面，也要讲究保护程度，分门别类，仔细分析。这是今后重要的思路，不过，迄今42V只应用于高级轿车上，而用于普及型轿车方面的开发还刚刚开始，因此，当应用42V电气系统时必须对整车的成本作平衡分析，这也可以说是42V技术的共同课题。

　　迄今，有关42V的研究开发的世界团体是麻省理工学院(MIT)的咨询机构。日本Fujikura在1999年开始加入该组织，并且参与活动。目前，日本、欧洲与美国通过合作正在制定42V标准。可以期待，由于制定42V标准，将降低部件成本，以加速42V电源的普及。

　　实施42V电气系统将从双电压(14V、42V)结构系统起步，逐步过渡到单一42V电气系统，需要多长时间才能完成由14V向42V转变，取决于汽车电子技术的发展和消费者承受能力。