萬字分析自動駕駛商用車需要什麼樣的電氣架構？

關注回複“資料”，領取特斯拉專利技術解析報告

小編語：本文篇幅較長，建議先收藏後閱讀

車輛的智能化也必将驅動電氣架構的智能化，而智能電氣架構又将反過來助推車輛智能化的發展，這個未來也将由我們這代汽車人親手來實作。

本文将以自動駕駛技術，或者說智能化給傳統商用車電氣架構帶來的挑戰為切入點，分析智能化是如何驅動商用車電氣架構發展的，以及智能化的電氣架構作為車輛的基礎設施，還将給商用車行業帶來哪些影響。比如，OEM軟體能力和品牌價值的提升；比如，推動OEM從車輛生産商到服務商的轉變等。

搞商用車自動駕駛的小夥伴們可能一直關注的是傳感器、晶片、算法啥的，對商用車電氣架構這塊兒還不怎麼了解。文中将普及一些基礎的卡車電氣原理，包括配電盒、電氣控制、線束等，以便于大家更好地了解，這樣，大家至少在和OEM進行技術對接時不至于被人當成“小白”，或者在遇到問題需要“撕”的時候能夠派上一點用場，也算是這篇文章的一點價值吧。

現在談車輛電子電氣架構的文章可以說是汗牛充棟，鋪天蓋地，但凡是汽車行業的，都能跟你聊幾句架構，但筆者認為，目前談的架構大都虛的多，實的少，理論多，能指導你落地的少。筆者也參加了不少類似的會議，大家都在反複引用博世的那張圖，動辄就是算力、10G以太網、中央計算，似乎離了這些，架構就沒法玩了。

另外，商用車架構似乎都被大家選擇性地忽略了。筆者一直認為高等級自動駕駛技術率先落地的一定是商用車，而非乘用車。在此前的《萬字闡述特斯拉為什麼要“幹掉”保險絲和繼電器？》一文中，我們已經對傳統配電和智能配電技術進行了深入分析，雖涉及了一點商用車，但側重點仍在乘用車，而本文将基于前文，着重探讨商用車電氣架構。

車輛電子電氣架構EEA（Electronic Electrical Architecture）一般指網絡拓撲、電氣拓撲和邏輯架構的集合，傳統電氣架構僅側重于電氣拓撲，而基于MOS技術的智能電氣架構則可以融合網絡和邏輯拓撲，這進一步模糊了電子和電氣的界限。

講到這裡就順便講一下車輛的電氣化。車輛的電子化和電氣化都在進行，電氣化是通往智能化的第一步，電氣化了才能電子化，進而智能化。

其實智能化的本質就是可控制、可感覺、可進化，用專業術語說就是可控、可診斷、可程式設計/可配置、可聯網。從飛機的拉線控制到電傳操縱，到現在火熱的線控底盤，從我們打方向、刹車靠人力（機械）到電助力（電氣）到線控（智能），整體發展思路是一緻的，所有智能化、網聯化的基礎，都是電子化。我們以卡車的電源總開關進行舉例：

電氣化、電子化、智能化的發展趨勢（來源：左成鋼）

未來能夠電氣化的一定會電氣化，能電子化的電氣部件，也一定會電子化，電子和電氣的界限會越來越模糊，你中有我，我中有你，但智能化的方向是不變的。

扯遠了，我們拉回來。按照慣例，我們分析一個東西，一定要分析它的前世今生。我們先普及一下商用車的基本特點，便于小夥伴們了解，然後再看商用車電氣架構的發展曆史。

商用車基本的特點

搞乘用車的小夥伴可能不太了解商用車，商用車整體的電子電氣技術是落後于乘用車的。筆者總結了商用車的一些特點：

東風天龍銷量（來源：東風商用車）

運作時間長

雖然設計生命周期都是15年，但是商用車的運作時間要遠大于乘用車。商用車是用來賺錢的，除了裝卸貨，就是跑，放那兒停着就是虧錢，況且很多還是貸款買的。中國70%以上的卡車是個體戶，跑長途就是兩個人輪流開，人歇車不停。

可靠性要求高

乘用車壞了是耽誤事，卡車壞了就是耽誤錢。

車型多，單車型量小

全球範圍内，商用車的量不到乘用車的1/2，中國在1/4左右；此外，商用車的細分車型極多。以東風天龍為例，東風天龍15年累計銷售104萬輛，細分車型1172款，平均下來一個車型不到900台，一年不到60台。

因為量小，Tier 1不好配合新開發，這就會産生很多問題，如設計上無法像乘用車一樣定制化，隻能用通用品。“通用品”的意思就是“能用，但不好用”，隻能湊合着用，因為不同車型的需求差異可能很大，需要設計更改的地方較多。比如通用設計的一個信号是高，要改成低，你不可能讓Tier 1給你改，改你也來不及啊，還不如自己加個繼電器給轉一下快一點。

電氣設計裕量大，成本高

因為設計時就考慮到車型多，通用性、相容性設計就很重要，就會導緻設計裕量大，預留多，成本相應會增加。

商用車線束設計考慮到機械強度和可靠性，一般沒有低于0.5mm2的，客車甚至0.75mm2起步。線束成本核算較粗放，精細化程度不夠——線束算是勞動密集型産品，因為量小，改動多，線束廠不好核算成本，可能直接就按重量算了。

電氣設計較粗放

因為車型多，負載類型多，不确定性較高，不可能也沒條件進行精細化設計，有些負載連供應商自己都不搞清楚其電氣特性。

整車零部件及需求多

商用車，特别是牽引車，整車零部件比乘用車更多，僅車燈就比乘用車多出來不少，還有很多零部件及需求是乘用車根本沒有的，比如緩速器、發動機預熱、後處理等，就像很多小夥伴可能在加油站看到賣尿素的還奇怪是幹嘛用的，那其實是給卡車後處理用的。

使用者改裝需求多，電氣安全隐患大

商用車，特别是貨車、客車，使用者改裝需求很大，貨車加個駐車空調，改個燈都是正常操作。

新技術應用慢

商用車的整車電氣環境複雜，整體較乘用車差，電子化、智能化程度偏低，新技術應用慢。比如乘用車常見的PEPS一鍵啟動，卡車裝車量極少。

改型周期短，任務重

新車型小改一下，周期可能就是幾個月，更改驗證的工作量很大。在這裡要心疼一下搞商用車的小夥伴們，你們心裡苦啊，這個苦是搞乘用車的人體會不到的，希望未來的智能電氣架構能夠拯救你們一下。

整車生命周期次元對比（來源：英飛淩）

傳統商用車的電氣架構

好了，大家已經對商用車有了一個初步的了解，書歸正傳，我們看一下傳統商用車的電氣架構，其主體就是配電盒。按老規矩，先上圖，這樣友善大家有個直覺感受。

卡車底盤配電盒（來源:網絡）

卡車駕駛室配電盒（來源：網絡）

是不是感覺沒一點技術回含量？傻大黑粗，構造簡單，一點都不高科技，一堆的保險絲和繼電器，淘寶上都有賣的，底盤配電盒一百多塊錢，還包郵。但你可别小看它，整車所有的電源和大多數控制都來自于這裡，給你列一些看看：

保險盒功能舉例

看到沒？無論哪一個出問題，你的車就跑不了了。

卡車的配電盒和乘用車差不多，一般都是分前後兩級：一級裝在蓄電池邊上，一般都有一個手動電源總開關，長時間停車需要關掉，避免耗電，否則，蓄電池一旦虧電，下次就啟動不了了；二級配電盒裝在駕駛室裡面，也叫駕駛室配電盒，或者中央配電盒。

下面我們再看它的電氣原理，你隻要國中實體還沒還給老師，應該就能看懂。

傳統卡車配電盒電氣原理簡圖（來源：左成鋼）

我們來解釋一下基礎的東西：

1. 商用車蓄電池電源一般分兩種，直接連蓄電池的叫B+，也叫常電，類似于乘用車的常電KL30，除了拆電瓶線或蓄電池，永遠有電，無法關閉。

2. 經電源總開關的叫30+，也叫總閘電、受控電，合上電源總開關就有電，關掉總開關就沒有了。Tier 1的小夥伴們不要和乘用車的KL30搞混了，如果你想要停車後還有電，而OEM圖紙上寫的是30+，那你就要再确認一下了。

3. 商用車因為底盤配電盒距離駕駛室較遠，點火鎖檔位（OFF、ACC、ON、START）的分電繼電器（圖中藍框虛線部分）很多就放到了駕駛室配電盒裡面，這樣離點火鎖更近，拉的線就更近了。

4. 比起乘用車的發動機艙配電盒，商用車底盤配電盒一般東西不多，都是大闆式保險，很多連繼電器都沒有。當然了，這個因車型而異，底盤功能多的，配電盒也就複雜些，不能一概而論。

5. 底盤配電盒拉到駕駛室會有很多根電源線，包括B+和30+，考慮到電流和強度，一般都是到4mm2～6mm2的，到駕駛室配電盒再經不同的小保險絲分出去給負載供電，需要控制就再加繼電器。底盤配電盒就像小區的配電櫃，駕駛室配電盒就像家裡的弱電配電箱，你家裡進線也就是一根4平方線，但是駕駛室有好多根。

分析完了傳統商用車的電氣架構，大家是不是覺着這就不是個架構啊？這就是個配電啊！沒錯，你有這種感覺那就對了。

前面咱也說了，技術要一點點進步，飯要一口口吃。就基于這個現狀，你就想上區架構、中央計算？肯定不行！基于目前商用車電氣架構的現狀，我們要先建設一些基礎設施，而電氣架構就是這個基礎設施。

自動駕駛需要什麼樣的電氣架構？

好了，傳統電氣架構（姑且稱其為架構吧）已經分析完了，那麼它能夠滿足未來智能化的需求嗎？自動駕駛需要什麼樣的電氣架構呢？

你會說“這不廢話嗎，肯定是需要智能電氣架構啊”。前面我說過，所有不以真實功能需求驅動的技術，都是耍流氓，我們不能為了智能化而智能化，功能需求肯定是第一驅動力。

我們轉換一下角色，從自動駕駛的角度出發，看它的核心需求是什麼？最後你會發現，其實隻有四個字：安全可控；安全、可控是基本需求，可控還包含了功能需求。因為車上有人，而路上也有人，是以“安全可控”四個字我們可以稱之為自動駕駛的“元需求”，基于這個需求，我們可以推導出來以下需求：

1. 為了安全，需要增加備援，包括供電備援和控制備援；

2. 為了安全，可能要采用更安全的新技術方案替代現有技術方案；

3. 為了可靠，需要實時監控，能監控的次元越多越好；

4. 有了監控，就需要故障預警、故障診斷，為了故障預警和診斷，就需要聯網；

5. 為了安全可靠，還需要做到可控，比如故障線路的及時切斷、隔離，以及故障解除後的功能自動恢複；

6. 為了可控，以前不需要控制的，現在需要控制了；

7. 為了功能持續疊代，還需要支援OTA更新；

8. 為了滿足潛在的功能不确定性，就需要回路單獨可控，進而才能支援可配置、可程式設計、可更新、可疊代。

好了，分析到這裡，小夥伴們有沒有發現，這和前面我們講的“電氣化 電子化 智能化”最後提煉出來的“可感覺、可控制、可進化”，其本質是一樣的？如果一個架構具備了以上特征，那我們就可以稱其為“安全的智能電氣架構”了，畢竟誰也不希望時速120Km時斷電吧。

好，有了具體需求了，我們再繼續分析，怎麼來實作這個智能電氣架構。

正常做法一般是基于現有電氣架構，看怎麼進行更新改造，使其滿足我們的需求。前面我們已經對現有電氣架構進行過分析了，我們看一下怎麼對其進行更新改造：

1. 備援供電：多加個保險；

2. 備援控制：多加個繼電器；

3. 線路單獨可控：需要的都加上繼電器；

4. 實時監控：保險絲、繼電器增加電壓、電流監控功能；

5. 故障診斷：增加診斷功能；

6. 聯網：增加通信；

…………………….

你要是電氣工程師，後面你肯定會瘋掉的，今天這裡拉根線，明天那裡加個繼電器，後天再改個功能。“今日改五線，明日改十線，然後得一夕安寝。起視四境，而産品經理又至矣”。雖然現有的電氣架構掙紮一下還能再戰三五年，但改到最後，複雜度會越來越高，電氣設計工程師會越來越痛苦，從長期看，這種改造之路是行不通的。

電氣架構的作用（來源：網絡）

就像19世紀的人說他想要一輛更快的馬車，你再加匹馬來讓它更快，這個方向注定走不遠。但也不可能把車輪子拆了，加上翅膀，改成飛機，因為現實條件也不允許。是以，我們必須基于現有的電氣架構，“輪子”還要保留，然後在此基礎上更新改造。

我們看一下需要對現有的架構怎麼進行改造：

1.維持現狀的部分：保留底盤配電盒和駕駛室配電盒的前後兩個配電盒設計；蓄電池和發電機/DC-DC直接接入底盤配電盒，接法不變。

2.更新的部分：電子器件替代保險絲和繼電器技術進行控制及保護，電氣設計改為電子設計；電子化後，增加診斷和聯網功能，內建一些輸入信号檢測等，OTA更新就水到渠成了。

基于以上假設，下面給出一種商用車智能電氣架構的實作方式。我們來看一下新的架構：

商用車智能電氣架構原理簡圖（來源：左成鋼）

傳統卡車配電盒電氣原理簡圖（來源：左成鋼）

為了友善大家對比，我把傳統架構再放過來一下。

小夥伴們有沒有發現，如果說傳統架構電氣圖還需要一些“國中實體知識”，那智能架構就連這個也不需要了。沒有了繼電器的邏輯之美，也沒有了複雜的電源配置設定，智能化的電氣架構，就是這麼單調、枯燥、且乏味，就像智能機連優美的機械鍵盤都沒有了，像闆磚一樣枯燥。

好了，現在我們來對比一下智能電氣架構和傳統架構的差異：

1. 每路單獨可控，這就表示每條線路都支援單獨程式設計控制了，這是實作邏輯架構的基礎。

2. 每路單獨可控後，功耗控制及能量管理就不是問題了，是以就可以取消電源總開關了（GB7258規定大于等于6米的客車不可以取消）。

3. 電源沒有屬性之分了，所有的線路都可以定義為任意供電屬性。過去定義供電屬性的原因就是為了便于管理，現在不需要了。

4. 駕駛室配電盒B+供電不變，但是從多根線變成一根線。比如原來是4根4mm2的線，可能現在要一根10mm2的線就可以了。

5. 引入了通信網絡。原來的配電盒是沒有網絡的，而現在離了網絡的生活你敢想。

6. 可監控、可診斷。原來的配電盒裡都是被動元件，是沒有狀态監控及故障診斷的，像個黑盒子，現在它可以被感覺了，還接入了整車網絡。

好了，現在這個電氣架構是不是就有點“架構”的樣子了？電氣拓撲、網絡拓撲和邏輯架構就可以往裡面補充了。智能電氣架構的配電盒實際上就是一個專門的區域控制器，安波福稱其為PDC。按照自動駕駛的等級劃分，安波福認為一台智能汽車往往需要用到2～6個PDC，比如特斯拉Model 3采用的是前、左、右三個分布式區域控制器。

這裡可能有人要問既然是區域控制器，為什麼沒有看到信号采集部分？其實電氣架構這一塊兒的難點在于電源配置設定及控制部分，電子化後的配電盒，內建開關信号采集或傳感器信号采集是水到渠成的事情，在此就不專門讨論了。電氣原理圖裡面那我也沒有放信号部分，大家了解就好。

另外再次解釋一下，怕有的小夥伴們不了解，基于MOS的方案包括：MOS分立方案和HSD內建方案（包含eFuse），我們在此統稱MOS方案。

智能電氣架構帶來的價值

直接價值

智能電氣架構帶來的直接價值主要集中在産品功能、可靠性及維護保養成本三個方面。具體地說——

産品功能方面

（1）每條線路均可獨立控制。

（2）保護功能不限于短路，還有過載、過壓、開路等保護。

（3）每條線路均可監控，可診斷，不限于電壓，還有電流、溫度等。

（4）可設定休眠時需保持工作的裝置。

（5）故障消除後可自動恢複或根據需求恢複。

（6）可聯網，資訊可實時上傳。

（7）控制邏輯可程式設計，可OTA。

（8）自動駕駛狀态下的整車電源狀态實時監控。

（9）無人駕駛車輛遠端電源管理。精确的供電管理及可控的供電時序，這個是智能化的基礎，包括未來新能源重卡的電源管理，這一塊兒意義重大。

可靠性方面

（1）可實作雙供電電源+雙接線柱輸入的高可靠性。

（2）MOS器件本身的高可靠性。

（3）防護等級提高，更安全。比如原來防護可能隻到IP54，現在配電盒可以全密封，一下就到IP67或IP69了，就不可能進水了，這個對商用車惡略的使用環境來講，也很有價值。

營運成本方面

（1）維保提醒、故障預警，防止車輛運作時出現故障，降低商用車營運成本。

（2）長壽命及免維護。這個對商用車來講，價值比乘用車要大得多，可靠性高，維護的少，就意味着故障停車少，可以少耽誤事，多掙錢。

支援未來新能源卡車、高階無人駕駛等技術對車輛電氣架構的需求，包括基本的功能需求及功能安全等級要求等。

間接價值

網絡管理NM設計優化

有一個問題不知道大家深入想過沒有，隻要搞汽車電子的就離不開CAN總線，那就會接觸到CAN總線的AUTOSAR/OSEK網絡管理NM，那為什麼要做網絡管理呢？

我估計你會愣一下，然後說“要控制ECU的休眠喚醒啊”，再問下去你就會發現，最終目的其實是為了控制整車功耗，當需要相關功能時，再讓相關ECU節點啟動起來，以節約電能。

如果你繼續深究下去，為什麼不直接控制ECU呢？前面我們已經講過了車上的電源種類，也就那幾種，但實際應用需求千差萬别，是以供電管理（上下電時序）及能量管理就會很複雜，但又不可能每一個供電回路都加一個繼電器控制。在ECU都接入CAN總線以後呢，大家就想到了是不是可以用基于CAN總線的網絡管理來進行能量管理，因為僅靠供電管理遠遠不夠嘛。

為此甚至還搞出來了更複雜的PN(Partial Networking)功能，但到現在都很少真的用起來，因為很多傳統ECU的CAN收發器不支援，換了收發器又發現MCU硬體也不支援，你總不可能去換了MCU吧？對于Tier 1來說，換MCU那基本是不可能的，這個打擊面太廣，成本太高。

但到了智能電氣架構階段，大家發現，咦，原來的有些做法似乎有點畫蛇添足了啊？太複雜了不說，細究起來甚至還有點舍本逐末，本末倒置了呢！就比如我們搞了一大套極其複雜的CAN網絡管理，最後發現竟然是為了省電！等一下，你說啥？要省電？這不正是智能電氣架構的基本功嗎？智能電氣架構最基礎的功能就是可以實作每一個回路電源的單獨控制啊。

言歸正傳，我們先來看一下現在的CAN網絡管理，按照喚醒方式，一般将ECU網絡節點類型劃分為兩大類：本地喚醒與遠端喚醒。

本地喚醒比如采用KL15或其他硬線、傳感器等信号喚醒，這時其實可以将喚醒信号直接接入智能配電子產品，讓配電子產品采集外部信号，來執行喚醒邏輯，因為本來KL15等信号也是從配電子產品産生的，甚至KL15都可以取消了，改成虛拟的KL15（ACC、KL30也一樣）。

至于遠端喚醒，支援PN(Partial Networking)會好一些，而對于不支援PN功能的網段，所有ECU同睡同醒，網絡管理能起到的作用就比較有限。是以，對休眠喚醒速度要求不高的功能，這時候就可以考慮直接斷電，讓智能電氣架構來直接實作ECU的電源管理，這樣，大部分原來的CAN網絡管理職能就直接轉移到了電氣架構層面了，需要做網絡管理的節點就會大幅減少，網絡管理也可以得到很大程度的優化了，工作量也可以大幅降低了，設計變更也變得更簡單了，因為邏輯上移了嘛。比如座椅控制ECU，到一定條件，比如車速超過20KM/h，直接斷電，功能禁用。如需要停車後延時下電的功能，也可以由電氣架構來做這個上下電時序控制。

是以，基于智能電氣架構的供電及能量管理政策，是可以實作現有的一部分CAN網絡管理功能、進而優化整車網絡設計及降低網絡通信負載率（商用車網絡管理做得不好的話，負載率很容易出問題）。當然這種設計思想比較颠覆，還需要OEM和Tier 1一起探索如何進行網絡管理的優化，進而降低整個設計的複雜度。

指導車輛設計優化，提升OEM品牌價值

汽車産業作為一個擁有上百年曆史的産業，其很多設計是有傳承的，傳承的意思就是有延續性，變動較少。類似于宮廷劇裡經常出現的“祖宗之法不可違”這句話，這其中是包含了很多前人的智慧的，因為前人不傻，他一定是踩了很多坑，才定下了這個規矩，是有其道理的，你繼續用，大機率是沒問題的，因為大家都一直這麼用，也沒出問題。

比如你問OEM的電氣，這輛車發電機保險為什麼配125A，他大機率會說“我們一直就這麼用的”，從來也沒回報“燒過”啊，這是沿用設計。你要問他那配的線束為什麼隻用16平方，按手冊推薦比對來看不對啊，125A要配25平方的線啊，他肯定又會跟你說“這是我們的經驗，沒問題的，放心”。

你發現沒有，沿用設計和經驗設計其實是在缺乏有效資料支撐、無法理論計算分析、也無法模拟仿真時的最佳解決方案！就像我們在做電路設計時，如果WCCA最差情況分析計算不過時，如果你實測可以證明沒問題，或者你有應用案例和可靠性資料支撐，那也算你過，道理是一樣的。

講到這裡你就發現了，傳統設計我們為什麼都在沿用，極少改動，因為那裡面都是前人經驗智慧的總結和沉澱，是成本和可靠性的均衡。但智能化以後，一切都改變了。我們有了實時監控，有了診斷，有了資料，有了網絡，雲端、大資料、AI算法。

舉例來講，原來整車的能量管理實際上是很粗放的，因為測不到，測不準，沒聯網，是以用電這一塊兒就是估的，但是數字化和網聯化以後，我們就可以提高資料的顆粒度、資料量和實時性了，這時候大資料和AI就派上用場了。就好比智能電表、水表普及以後，警察可以利用大資料分析，發現用電用水異常來抓毒販；社群服務可以根據用水異常，及時發現獨居老人的摔倒風險一樣。

數字化及網聯化以後，OEM可以通過背景實時擷取車上每一個負載、子產品的電流及整車總電流，獲得整車Load profile資料，并且還可以按不同的次元來進行分析（具體次元可以參見筆者上篇文章），這些資料就可以指導車輛的設計，比如：

（1）指導整車電平衡設計；

（2）指導整車能量管理設計；

（3）指導整車上下電時序設計；

（4）指導蓄電池、發電機、DC-DC設計；

（5）優化負載選型，線徑、保護電流比對設計，降低成本；

（6）建立資料庫模型（負載次元、功能應用次元等），用前期模拟仿真設計；

（7）指導整車電氣設計，縮短開發周期，降低開發成本；

（8）建立季節天氣環境模型，用于模拟仿真設計。

另外，在提高資料的次元、顆粒度、資料量和實時性以後，OEM可以通過背景實時擷取車上每一個負載、子產品的電流及整車總電流，這時候大資料和AI就派上用場了，利用能量管理算法就可以實作智能節能節油了，或者指導使用者如何優化駕駛習慣，進而實作節油了。

這時候，OEM就可以通過APP為使用者提供用車建議、維保提醒等，這也可以算是品牌價值的一部分吧，可以作為OEM的營銷亮點，或者品牌溢價吧。是以，從某種意義上講，智能電氣架構也算是一種“硬體預埋”，可以為未來“軟體付費”打下基礎。

加速跨域融合及功能疊代

智能電氣架構裡面，控制和執行融合以後，配電盒實際上就是一個專門的區域控制器了，配電架構就變成了功能邏輯架構的一部分了，這是實作跨域融合及區架構的基礎。

比如特斯拉的FBCM就做了很多熱管理的工作，包括閥的控制和電機的驅動，還有空調的壓力、溫度信号的采集等。LBCM做了左側燈光、車門車窗控制、座椅調節，甚至氣囊的控制，而這些功能原本都是有獨立的ECU來執行的。

是以ECU功能融合将是一個大的趨勢。首先應該是域内的功能融合，比如原來都是車身域的燈光、雨刮、門控、座椅等，門控功能內建進去，門控子產品就省了，後面可以跨域到座艙舒适系統；比如空調控制算法可以直接內建進去，空調控制器就省了，這是不是就有點域融合的意思了。到後面如果OEM的有能力了，或者和Tier 1聯合開發，就可以放更多動力、底盤的功能進去了，當然。這個更多會是執行層面的，邏輯可以往上走，便于後期OTA。

還有就是可以做一些酷炫功能，類似于特斯拉用燈光、音樂加鷗翼門跳個舞啊，當然商用車我們還是得講實用性，比如做個整車燈光自檢啊（原來是繼電器控的，沒法做），做個偷油檢測，來個聲光報警啊等等，有了獨立可控的可程式設計能力，加上OTA，那未來就有無限可能了。

另外就是實作智能化架構後，設計更改速度可以更快，後期疊代速度也相應可以更快，更改設計的成本也會變低。這個對商用車多車型、小批量、開發周期短的特點來講，價值特别大。比如原來改個控制邏輯，你或者要改線，或者就要改配電盒設計，反正怎麼着都很麻煩，現在你隻需要動動滑鼠，重新配置一下就好了。

比如配電部分的電氣設計，開發速度可以從原來的一個月縮短到現在的一周甚至更短的時間（整車改款也就幾個月時間），甚至OEM可以脫離Tier 1來自己更新配電及控制邏輯，而不需要依賴Tier 1重新設計配電子產品，這個與目前在乘用車領域正在發生的，OEM加大了對軟體能力的建設和對零部件設計的參與深度這種現象，整體上趨勢是一緻的，包括特斯拉的大部分零部件開始自研自産一樣。

據筆者了解，在客車領域目前已有一種基于半導體可程式設計控制的底盤配電盒在大規模地替代原來的傳統配電盒，雖然成本有所提高，但是對車廠來講，支援現場程式設計更改設計邏輯（通過CAN進行配置），極其友善。車廠工程設計人員甚至已經愛上了這種新的設計模式，可以根據訂單需求快速變更整車電氣設計，設計變更及其簡單，速度快，不需要更改硬體設計，也不怕設計錯了，錯了刷個軟體就可以改，而原來錯了就要批量改線了。

防火安全性能提高

防火安全對于商用車來講，其實一直都是個問題。商用車不同于乘用車，其應用複雜度要高得多，拉人的客車還好，拉貨的卡車就很複雜了，新聞也經常能見到卡車在高速上着火的報道。火災有個問題就是“死無對證”，燒完了以後故障都很難查。

據有30年車輛火災調查經驗的消防專家Randolph Harris，在調查了超過2500起事件，超過500輛卡車、重型裝置和車輛火災後，調查統計資料表明，卡車火災的首要原因就是電氣火災，其次才是縱火（中國應該極少）、輪胎和事故。而電氣原因則可以歸結為以下幾點：

(1) 大功率負載接線松動，接觸不良，接觸點發熱；

(2) 線路老化，線束松動，絕緣磨損，電線破皮，搭鐵短路；

(3) 使用者在車上私拉亂接電線，使用超負荷的電器；

(4) 保險絲燒了，更換了更大的保險絲，或劣質保險絲；

(5) 用電器進水，導緻電路短路，引燃附近可燃物。

針對以上電氣問題，基于MOS方案的電子化智能架構是可以解決大部分、甚至全部問題的，進而可以杜絕電氣火災，提高車輛的防火安全性能。

比如，對接線柱松動導緻發熱起火的問題，我們可以增加溫度傳感器，這在電子化設計中很常見。加入傳感後就可以實時監測了，線路具備了獨立開關控制功能，檢測到故障後可以立即關斷，就避免了事故發生，同時還可以通過網絡通信（比如儀表）進行報警，提醒駕駛員故障原因及具體故障線路，便于維修。

線路老化、絕緣磨損，輕微搭鐵等問題，我們可以通過監測線路電流來發現故障，基于曆史資料對比，或同等車型應用對比。如果是嚴重的搭鐵短路，MOS方案的保護靈敏度是可以做到很高的，并且有短路電流限制，這個在上篇文章有講過。有電流限制就意味着打火小，靈敏度高就意味着打火後就馬上能檢測到，就可以快速保護（保護速度可以達到傳統保險絲的1000倍以上），進而降低了火災的風險。

保險、晶片保護特性對比（來源：左成鋼）

使用者在車上私拉亂接電線、更換大保險、使用超負荷的電器，這種問題基本不會在智能電氣架構下發生。

傳統的配電盒，使用者很容易自己接線，帶不動就更換更大的保險絲，而MOS方案的配電盒都是全密封設計的，不考慮維護和更換，使用者無法打開，打開了也看不懂，沒法接線，這個上篇文章詳細講過。另外，即使使用者在外面破皮接線，一旦超過設計保護門限就會觸發過流保護，不可能發生換了大保險以後導緻燒線的問題。

用電器進水短路起火事故，如果基于MOS方案，因其保護的靈敏性，部分故障也是可以避免的。

基于以上分析，我們可以發現，基于MOS方案的智能電氣架構在提高商用車防火安全性上帶來的優勢，這個價值是用BOM成本無法衡量的。

整車EMC改善及成本降低

我們不聊太深奧的EMC知識，今天隻專注于智能電氣架構能給商用車整車EMC及成本帶來哪些價值。

商用車由于車很長，負載類型也更複雜，整車電氣環境也更惡略。比如線束很長，受長導線雜散電感影響，繼電器切換就會産生一些高壓脈沖，會對其他電子裝置産生過壓危害，影響整車EMC性能，這個我們上篇文章有詳細分析。我們今天不擴散，專注講ISO7637-2（國标是GB/T 21437-2）的一部分脈沖相關的EMC問題。

我們先來看一下标準中最嚴苛的脈沖，就是抛負載，專業叫Load dump，就是業内常說的5a和5b。如果你碰到個人能聊這個，說明已經比較了解EMC了。大家别擡杠，說這是老标準，新标準不叫這個名字了。因為老标準大家都熟，也習慣了，新标準電壓等級更高，名字也改了，直接叫Load dump pulse了，且調整到了ISO16750-2裡面。我們下面就是舉個例子，看下商用車和乘用車OEM對5号抛負載脈沖的一些試驗要求。

乘用車及商用車5a和5b脈沖試驗要求

據筆者了解，目前乘用車基本很少要求5a了，原來做一些Local項目還有要求，Global的其實早就不要求了，現在國内也基本都不作要求了。這個其實也好了解，就像80年代桑塔納剛國産化時，德國标準要求喇叭是5萬次的使用壽命，總是壞，中方調查研究後就發現在中國喇叭用的的确更頻繁，是以喇叭國産化後就增加到了10萬次。講這個就是說明設計需要考慮真實情況，并不是老外的标準就一定是對的，設計一定是好的。

回到主題，為什麼global的OEM就敢要求不做5a？那是人家根據經驗，5b就可以了，因為人家的整車電氣環境真的就做得比較好了，這是一個系統性問題。整車電氣環境好了以後，試驗标準就降低了，零部件成本也低了，進而整車成本也可以得到降低。

再舉個例子，80後的小夥伴們應該都記得，小時候電壓不穩，家裡穩壓器、調壓器、冰箱保護器是标配，否則電視機、冰箱等家電就很容易壞，當然現在早就見不到了，并不是家電品質變好了，而是供電電壓穩定了，也極少停電了，這是國家電網的功勞。

家用穩壓器（來源：網絡）

講這麼多，其實就是想說明兩點：一是設計要考慮實際應用情況，二是用電器是受整體電氣環境影響的。回到商用車，為什麼商用車目前還都要求做5a，就是因為整車電源環境還不夠好。上面也講過，商用車整體技術是落後于乘用車的，是以你去随便拆開一個商用車的電路闆，一眼就能看到下面這個東西，很大個，這就是電源的穩壓器，每個ECU都有。

商用車電源的穩壓器-TVS（來源：網絡）

好了，我們回歸主題，看智能電氣架構能為我們帶來什麼價值吧。智能電氣架構因為實作了電子化，我們就可以在底盤配電盒電源輸入端加入電壓抑制設計。因為5a脈沖來自于電源端，而整車的電源又都來自于底盤配電盒，這就相當于送到小區的電經過配電櫃穩定後，再送到每一家，家裡的用電器就不需要額外配穩壓器了。

智能電氣架構5a波形對比（來源：左成鋼）

從電壓波形我們也能看出來，脈沖電壓從174V降到了44.8V，效果很明顯。這能帶來哪些價值呢？

(1) 整車ECU試驗标準降低到5b，試驗成本降低；

(2) 整車取消ECU級别電壓抑制設計，BOM成本降低，整車一般有幾十個ECU，一個TVS得好幾塊錢；

(3）整車一級電源耐壓等級降低。而正常24V設計，一級電源耐壓要求是60V，60V器件就比50V貴不少；

(4）整車EMC環境改善。

其實整車EMC環境改善不僅限于整車電源端供電的改善，各ECU和負載間的互相幹擾也會得到改善。

前面我們講過商用車的線束很長，快速變化的大電流因線束電感的影響，将會産生一些高壓脈沖危害，這個很容易了解，國中實體就學過，就是這個公式U=L*di/dt。以1mm 的導線為例，一米的電感大約是1 H，這個電壓很容易就能到上百伏，而ISO7637-2規定的2a和3a脈沖可以達到-300V到+112V，這個電壓都是和線束電感有關的。

傳統配電盒裡面都是互相連在一起的，有一個脈沖就會到處跑，ECU和負載間也能互相影響，而智能電氣架構的底盤配電盒不僅在電源端增加了電壓抑制設計，每個輸出通道本身也有電壓抑制設計，這就避免了用電裝置之間的互相幹擾，也就是說，幹擾脈沖不會到處跑了，直接被吸收了。

商用車與乘用車長度對比（來源：英飛淩）

另外，還有晶片開關特性對EMC的改善。晶片一般都有開關的slew rate控制，而繼電器是沒有的，還有保險熔斷時，因短路電流無限制及保險熔斷特性帶來的EMC影響，這些晶片都能避免，我們就不展開了。

06 杜絕電源反接影響

隻要是接觸過電子設計的小夥伴們，不管是消費級、工業級還是汽車級，估計都知道電源設計上要加一個二極管防反，就像下面這樣：

電源防反電路設計（來源：左成鋼）

這種設計簡單、實用、有效，可以避免許多應用時接錯線的問題，因為一旦接錯，整個電源就燒了，産品就報廢了，代價很高，而接錯線這種事情，搞過設計的人都沒少幹過。

對于車載設計，其實也是一樣的，因為車輛在實際應用中，偶爾會有電源接反的情況。比如車輛蓄電池虧電無法啟動，在用别的車進行跳線啟動時，就很有可能出現電源反接的情況；還有就是維修時，蓄電池正負極接反，當然專業人員絕不會犯這種錯誤。是以車輛設計時就考慮到了這種情況，而且ISO标準也有相應的規定。

電源極性反接的介紹（來源：英飛淩）

ISO16750-2及國标GB/T28046.2對電源反接的規定

是以，對于汽車電子設計人員來講，ECU的電源防反設計就是一個基礎設計（英飛淩的介紹裡也僅指出了ECU防反接設計），大家也都習以為常了，隻要是個電源，二極管就先給它安排上，妥妥的，絕對沒錯。但到了智能電氣架構，我們在實作了整車電源配置設定智能化、電子化的同時，有一個傳統設計即将被悄悄颠覆，就像移動支付慢慢颠覆了大家用現金的習慣一樣。

我們來看一下究竟發生了什麼？

智能電氣架構的整車電源防反接設計（來源：左成鋼）

在傳統電氣架構中，配電盒就負責電源配置設定，裡面沒有電子器件，也沒有辦法做電源防反接設計（包括上面說的EMC設計），一旦電源接反，整車所有的ECU、負載的電源就都反過來了。

但是到了智能電氣架構時代，因為實作了電子化設計，我們就可以在底盤配電盒電源輸入端加入電源防反接設計。因為整車的電源都來自于底盤配電盒，我們在源頭實作了防反接設計後，就把反向電流堵在了源頭，即使蓄電池電源發生了反接，整車是沒有反向電壓和反向電流的。

這會帶來什麼價值呢？

（1）除一級配電子產品外，整車所有ECU及負載，不需要做電源防反接設計，降低設計難度、設計成本及BOM成本；

（2）OEM可以取消相應試驗項目，降低整車設計及驗證成本。

（3）杜絕蓄電池電源極性反接時對整車産生的影響，比如電子電氣件燒毀，負載誤動作風險等。

這裡可能有小夥伴們好奇為什麼電源反接時，會有電子電氣件燒毀及誤動作的風險？我就順便給大家科普一下。

整車所有ECU電源的邏輯控制部分都是有防反設計的，而負載控制及大電流控制大部分是則沒有做，因為大電流的防反接設計很複雜，難度比較大，每個電源上都做成本也不允許，真的接反了，保證自己的ECU不誤動作，不會損壞就行了，至于其他的就暫時不管那麼多了。

我們來看下傳統電氣架構電源極性反接會發生什麼？

蓄電池極性反接示意圖（來源：左成鋼）

對于正常汽車電子設計，無論是基于傳統繼電器的負載控制，亦或是基于HSD（智能高邊開關）晶片的負載控制，因為大電流回路裡沒有防反接設計，一旦電源極性反接，作為繼電器控制的LSD（智能低邊開關）晶片因為寄生體二極管自動導通，繼電器動作，HSD也會是以自動導通，負載開始上電工作。如果是燈泡，那就直接點亮，因為燈泡本身沒有極性，如果是電動機，那就直接反轉，至于會不會造成車輛故障或電氣件損壞，那就聽天由命了，反正短時間内ECU是肯定不會壞的。

是以，智能電氣架構帶來的電源配置設定及控制技術的電子化，其對整車及整個汽車行業帶來的影響是巨大的，甚至在某些方面是颠覆性的，甚至行業标準也将為之而改變。站在當下，可能我們還無法感覺到它的影響，但在未來，它對汽車行業的影響注定是深刻而長遠的，甚至未來做汽車電子設計的小朋友們都會忘了電源上需要加一個二極管這種設計，就像現在的小朋友們都已經不認識紙币了一樣。

線束回路節省，成本降低

線束回路的節省

線束回路的節省，可以分為幾方面：

（1）.底盤到駕駛室的30+電源線的節省。

話不多說，我們上圖，這樣更容易了解：

傳統卡車配電盒電氣原理簡圖（來源：左成鋼）

不知道大家發現一個問題沒有，底盤配電盒裡面基本都是大闆式保險絲，駕駛室配電盒基本都是小片式保險絲。底盤配電盒通過闆式保險（一般都是40～50A的）将電源分為多路（一般都是4路左右），再拉到駕駛室，然後再通過小保險将電源配置設定給整車用電器。這樣設計也是基于安全考慮的，若一個保險爆掉或者一根線出問題，隻有部分功能受影響。

采用智能架構以後，晶片的可靠性是遠高于保險絲的，且晶片的性能基本不受沖擊電流次數的限制，而保險片則必須考慮這個問題，為了降低風險，就分為多路供電。

是以采用智能架構以後，基于晶片的高可靠性，我們是可以将底盤至駕駛室的供電線設計成單根導線的，這就給了我們降成本的可能，并且導線的線徑也可以适當降低，下面會具體分析。

（2）繼電器控制線的回路節省

原來每個繼電器都需要一根控制線，整車就是幾十根。而采用晶片後，控制就本地化了，還可以通過CAN等通信方式來控制，這就又節約了一些線束。

（3）.其他硬線回路的減少

信号輸入線的減少。比如某些開關信号，如門狀态信号，燈的開關輸入信号，原來比較多的都是通過硬線，哪個ECU需要就給它拉過去一根，這不僅增加了成本，還可能導緻信号之間的潛通路問題，增加設計複雜性和故障的風險（整車潛通路問題是一個比較複雜的設計問題）。

控制回路線束的減少。比如兩個信号同時控制一個功能，正常設計就是用兩個繼電器串聯控制，兩個信号都有效了才行。用智能架構就簡單多了，兩個信号都走CAN通信，軟體直接處理就可以了，邏輯的靈活性也更高。

弱化ACC、ON等硬線信号。比如原來靠ON檔信号供電的，你或者直接用ON給它供電，或者通過繼電器。而智能架構可以将任意輸出配置為ON屬性。還有用ON做信号的ECU，你要專門給它拉一根ON線，現在駕駛室配電盒可以采集到點火鎖信号後，通過CAN 通信發出來，整車所有的點火鎖信号就可以共享了。

線徑變小

我們拿兩個真實負載來看一下線束比對的差異。

先看用保險絲的設計比對：

再看下用晶片：

通過上圖對比，我們大概能看出來，對于同樣的負載，采用晶片設計時，晶片電流可以選的小一點，相應地，線徑也可以細一點，至少可以降一檔。

上篇文章我們詳細分析過保險絲和繼電器的降額設計，但晶片設計我就沒有提降額，為什麼呢？話不多說，我們上圖進行對比：

晶片額定電流定義（來源：英飛淩）

保險絲額定電流定義（來源：Littelfuse）

通過對比很明顯能看出來，晶片給的額定電流測試條件是高溫85度，而保險絲是常溫25度，溫度高就得降額，加上為了可靠性考慮的基礎降額25%，這一來一回，你看得降額多少？這還沒考慮I2t可能還得降額。

各位同學請注意，我要給結論了，這很重要，後面要考：

一般情況下，對比原有保險絲設計，晶片設計的額定電流都可以更小一點，甚至可以是原來的一半，相應的線徑也就降下來了。

晶片帶載能力對比（來源：左成鋼）

是以，基于未來智能架構的晶片設計，大家一定要轉變思想。當有人說電流是20A的時候，你得問他是以前保險配了20A，還是負載額定電流是20A。否則大家的認識不在一個基礎上，溝通就會出問題。

避免線束長導線效應

這個上篇文章我們提過，但沒深入講，如果不是專門搞電氣設計的人，估計不怎麼了解，我們順便講一下。

導線長度上限計算（來源：PEC）

之前我們講過保險和線束怎麼比對，但沒講線束設計時是要考慮線束長度的。商用車因為車很長，線束長度可能有好幾十米，如果線徑又比較細，短路時可能短路阻抗就會比較大，短路電流就上不去，結果就是保險不會熔斷，故障一直存在，故障點一直發熱就會存在風險。

而采用晶片以後，因為晶片的電流檢測精度很高，可以辨識出正常電流和故障電流，進而可以進行保護，這就避免了風險的發生，另外就是線上束設計時，不需要進行線束長度計算了，降低了設計比對難度，也降低了試驗驗證要求，這也從一定程度上降低了設計成本。

線束成本

最後我們講一下成本，估計這個是大家最關心的。筆者曾基于一輛中型卡車進行了整車線束分析，精确到了每根線、每個端子和連接配接器，采用智能架構的整車線束BOM成本降低了15.8%。安波福也曾測算過使用區域架構後可以降低25%線束成本，博世也曾進行過類似測算，線束成本都是降低的。

線束成本核算舉例（來源：左成鋼）

具體線束部分降幅和整車架構及配置是強相關的，不能一概而論，但有一個大的方向，就是車輛功能越多，配置越高，ECU越多，采用新型架構後成本降低的空間也越大。

客戶價值

商用車不同于乘用車，作為生産資料，功能要實用，使用成本要低，可靠性要高，維護成本要低。基于這些方面考慮，智能電氣架構的客戶價值主要展現在以下幾點：

（1）自動休眠，杜絕虧電。可以取消電源總開關，或者即使不取消，也可以實作停車後自動休眠，使用更友善，也徹底杜絕了停車虧電的可能性。

（2）實作車輛智能化網聯化功能。比如遠端車輛電源管理，包括實作遠端車輛電源監控、狀态自檢、用電器開關等。比如遠端開啟空調，遠端發動機預熱、遠端燈光自檢等。

（3）降低維護成本。可靠性高，維護的少，就意味着故障停車少，可以少耽誤事，多掙錢。

（4）提高了使用者體驗。故障消除後可自動恢複，或根據需求恢複，這就提高了使用者體驗。比如大燈的線束破皮搭鐵，傳統保險絲肯定直接就爆了，燈就不亮了，晶片就可以在保護後自動重新開機，專業叫auto-reset，如果僅僅是偶爾碰了一下搭鐵，沒有持續短路，那駕駛員就會看到燈僅僅是閃了一下。這樣就可以不影響車輛運作了，而在停車後儀表就可以提醒駕駛員左遠光發生過短路故障，這樣就便于查找問題，快速定位維修了。

（5）指導使用者優化駕駛習慣，進而實作節能降耗。這個就需要OEM根據車輛運作資料，基于大資料平台，通過APP為使用者提供用車建議了，這也可以算是品牌價值的一部分吧，可以作為OEM的營銷亮點。

智能電氣架構是智能車輛的基礎設施

筆者估計大家看完還是會再問一句，成本如何？

雖然我們也進行了多元度的成本分析，但是沒提軟體部分，根據安波福的預計，區域架構可以降低75%的軟體成本。目前各大OEM也都在向自建軟體能力這個方向上走，軟體成本（包括內建和測試成本）這一塊兒也要提前考慮，因為以目前的趨勢，未來産品開發中，軟體成本占比将遠高于硬體成本，特别是相關的工具鍊的購買及軟體平台架建構設的投入等。

不過，筆者認為要将智能架構放到基礎設施建設的角度來審視。智能電氣架建構設未來将成為智能汽車的新基建，是車輛實作智能化及無人化的基礎設施，建設時必須考慮其先行性、公共服務性及基礎性，而不僅僅是BOM成本。

講了這麼多，我們簡單總結一下：

1. 自動駕駛商用車需要一個“可感覺、可控制、可進化”的智能電氣架構；

2. 智能電氣架構可大幅降低車輛開發及測試成本；

3. 智能電氣架構的建設可以與目前OEM軟體能力的建設的内在需求相呼應；

4. 智能電氣架構可以提升OEM的品牌溢價，為“硬體預埋，軟體付費”打下基礎，延伸價值鍊條，也為OEM從車輛生産商到服務商的轉變提供了助力；

5. 智能電氣架構是區域架構的一部分，是支撐未來新能源卡車及高階無人駕駛技術的基礎設施；

參考資料

1. Fire and Explosion Investigator Randolph J. Harris

https://www.fayengineering.com/randolph-j-harris

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