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采用新技術(shù)不是目的，而是結(jié)果。到終點(diǎn)的路有很多條，但最短的路，往往只有窄窄的一條。
本文將以特斯拉的電氣架構(gòu)演變?yōu)榍腥朦c(diǎn)，深入分析技術(shù)需求是如何驅(qū)動(dòng)車輛最底層的電氣架構(gòu)發(fā)展的，以及基于半導(dǎo)體器件的電氣架構(gòu)對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)可能產(chǎn)生的影響。本文重點(diǎn)討論傳統(tǒng)配電盒與電子化的智能配電盒的區(qū)別，并非說(shuō)“電子化一定更安全”，而是說(shuō)“安全的上限可以更高”。
為便于大家更好地理解，文中將普及一些基本的車輛電氣原理，包括保險(xiǎn)絲、繼電器原理、半導(dǎo)體器件原理、車輛線束等。
筆者認(rèn)為高等級(jí)自動(dòng)駕駛技術(shù)率先落地的一定是商用車，而非乘用車。因此本文會(huì)將商用車電氣架構(gòu)及半導(dǎo)體器件對(duì)其產(chǎn)生的影響一并進(jìn)行分析。
在2月19日發(fā)布的《干掉保險(xiǎn)絲和繼電器，自動(dòng)駕駛才能更安全》一文中，我們提到了特斯拉Model 3作為全球第一款引入了區(qū)域架構(gòu)的量產(chǎn)車型，已經(jīng)徹底取消了在車上用了上百年的低壓保險(xiǎn)絲和繼電器，這是一個(gè)極其大膽的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
前文也提到了，筆者認(rèn)為，特斯拉取消低壓保險(xiǎn)絲和繼電器，是在其整車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)下自然而然的結(jié)果，是結(jié)果而非目的。今天我們將就此做進(jìn)一步的分析。
一．特斯拉電子電氣架構(gòu)的演變
車輛電子電氣架構(gòu)的演變及趨勢(shì)，現(xiàn)在大家都討論得比較多了，我們不再贅述。特斯拉的架構(gòu)演變基本也遵循了這個(gè)方向，只不過(guò)特斯拉量產(chǎn)的速度更快而已。
2012年6月，第一輛Model S下線，已經(jīng)有了較為明顯的域劃分，包括動(dòng)力域、底盤域、車身域，ADAS模塊橫跨動(dòng)力和底盤域，Center Display作為車輛的中央計(jì)算平臺(tái)。2015年9月，第一輛Model X下線，拓?fù)溲赜肕odel S，對(duì)鷗翼門相關(guān)功能增加了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。
2017年9月，第一輛Model 3下線，這個(gè)電子電氣架構(gòu)已和傳統(tǒng)的分離式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)截然不同，不再區(qū)分域，而是跨域融合跨網(wǎng)段融合，采用中央計(jì)算機(jī)集中控制，這基本上已經(jīng)達(dá)到了博世認(rèn)為的區(qū)架構(gòu)了，日本經(jīng)濟(jì)新聞?wù)J為這已經(jīng)“領(lǐng)先行業(yè)6年”。
特斯拉在電子電氣架構(gòu)上面的激進(jìn)式創(chuàng)新，雖然是特斯拉的一貫風(fēng)格，但最根本的原因，還是因?yàn)閭鹘y(tǒng)域架構(gòu)已無(wú)法滿足自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展及未來(lái)“SDV軟件定義汽車”需求，這都需要軟硬件解耦，需要強(qiáng)大的硬件作為基礎(chǔ)，否則SDV就無(wú)從談起。
特斯拉的架構(gòu)發(fā)展過(guò)程，也是功能再分配的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，特斯拉不斷地把功能從Tier 1手中拿過(guò)來(lái)，再自行開發(fā)，其中最典型的就是iBooster，特斯拉也對(duì)其進(jìn)行了修改，加入了特斯拉的策略進(jìn)去，特斯拉這種能力與膽量是其他OEM很難望其項(xiàng)背的。而到了Model 3，包括自動(dòng)駕駛及娛樂(lè)控制模塊、FBCM、LBCM、RBCM、熱管理等全是特斯拉自主設(shè)計(jì)開發(fā)的，特斯拉的架構(gòu)有以下優(yōu)勢(shì)：
主要模塊全部自主。沒(méi)有Tier 1，特斯拉可以從整車電子電氣系統(tǒng)架構(gòu)層面進(jìn)行大幅度的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。
沒(méi)有自主的模塊，很多也進(jìn)行了聯(lián)合開發(fā)。比如ibooster，特斯拉就可以直接通過(guò)OTA改善剎車距離，而不需要經(jīng)過(guò)博世。這個(gè)傳統(tǒng)OEM極難做到，因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)很大。
引領(lǐng)“硬件預(yù)埋+軟件付費(fèi)”模式。硬件功能極其強(qiáng)大，為“SDV軟件定義汽車”要達(dá)到的軟硬件解耦打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
硬件抽象，功能被從獨(dú)立控制器中“抽出”，集中到Center Display中。從功能角度看，軟硬件實(shí)現(xiàn)了分離，這種“虛擬硬件”可以隨著需求的變化被軟件重新定義，而不用修改硬件本身。
區(qū)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了跨域、跨網(wǎng)段，完全打破了傳統(tǒng)車輛設(shè)計(jì)概念，靈活性更高，可定義性更強(qiáng)，系統(tǒng)成本更低，迭代速度更快。如特斯拉的 Model 3的FBCM，既負(fù)責(zé)配電，還負(fù)責(zé)一些左前燈控制、空調(diào)控制、熱管理等功能，橫跨了傳統(tǒng)的車身、座艙、底盤及動(dòng)力域。
在全新架構(gòu)的加持下，基于特斯拉無(wú)與倫比的OTA技術(shù)，特斯拉的車就變成了一輛“有生命的車”，每次OTA過(guò)后都是一輛新車，能給用戶帶來(lái)新的刺激，做到了常用常新。
回到主題，特斯拉為什么要干掉保險(xiǎn)絲和繼電器？這與特斯拉的電子電氣構(gòu)架演變到底有什么關(guān)系？不要著急，相信等大家看完全文后就會(huì)有自己的答案。
鑒于很多做自動(dòng)駕駛的小伙伴們可能不太了解車輛電氣系統(tǒng)，為了幫助大家更好地理解接下來(lái)我們要講的內(nèi)容，我們先來(lái)簡(jiǎn)單地介紹一下車輛電氣的基本原理，這部分稍顯枯燥，但有助于大家理解后續(xù)部分的分析。
二．汽車電氣基本原理
1. 車輛電力的來(lái)源：?jiǎn)?dòng)狀態(tài)下是發(fā)電機(jī)（新能源車是DC-DC，高壓電池轉(zhuǎn)到低壓12V/24V）和蓄電池并聯(lián)供電，非啟動(dòng)狀態(tài)就是蓄電池單獨(dú)供電。實(shí)際上車輛啟動(dòng)后，就算你把蓄電池拆了，車輛功能是基本不受影響的，這可以理解為，蓄電池沒(méi)電時(shí)，通過(guò)搭電（專業(yè)的詞叫跳線啟動(dòng)，jump start）啟動(dòng)后，你的車也可以正常工作。
2. 車上的電氣根據(jù)使用要求,定義了不同的電源接通狀態(tài)，一般是按點(diǎn)火開關(guān)檔位劃分(OFF、ACC、ON、START）——現(xiàn)在車的點(diǎn)火鑰匙基本都沒(méi)有ACC檔，但ACC電還是存在的。就比如你鑰匙沒(méi)打到ON檔時(shí)，車窗是不能調(diào)節(jié)的，這是功能限制；但你關(guān)了鑰匙，只要不拔出來(lái)，音樂(lè)還可以播放，這是人性化設(shè)置；你啟動(dòng)的瞬間，車窗升降會(huì)停一下，雨刮如果在刮，也會(huì)停一下，這是節(jié)省蓄電池電力給起動(dòng)機(jī)使用。
3. 不同的電源屬性是通過(guò)配電盒里面的繼電器來(lái)控制的，這種邏輯在設(shè)計(jì)之初就是確定了的，很多是硬線控制的，通過(guò)軟件是無(wú)法更改的，就像你把鑰匙從ON檔打到OFF檔后，很多功能就不能用了，因?yàn)闆](méi)電了。除非改線，否則邏輯是不能改的，也就是說(shuō)，這部分功能是不支持OTA的。
4. 保險(xiǎn)絲的作用是保護(hù)電線，說(shuō)白了就是防止電線短路時(shí)燒起來(lái)，最后把車給燒了。有些小伙伴可能認(rèn)為保險(xiǎn)絲是保護(hù)用電設(shè)備的，實(shí)際上這種認(rèn)識(shí)是不對(duì)的。就像你家電飯煲壞了導(dǎo)致跳閘，你以為是為了保護(hù)你的電飯煲嗎？不是，電飯煲燒壞買新的就是了，如果墻里的電線燒了，你就要砸墻了，你覺(jué)著哪個(gè)劃算？
5. 保險(xiǎn)絲和電線是要匹配的，是要做校核的，多大的保險(xiǎn)絲就配多粗的電線。搞過(guò)房子裝修的人應(yīng)該都知道，空調(diào)線是要粗一些的，插座比普通的要大。如果你線走得細(xì)了，最后燒線了，可能是要砸墻的，不過(guò)放心，你的空調(diào)肯定不會(huì)壞。
6. 每條線路中都有保險(xiǎn)絲，但并不是每條線路都能獨(dú)立受控。一般保險(xiǎn)絲數(shù)量是繼電器的2倍以上，也就是說(shuō)，保險(xiǎn)盒至少有一半的線路是不受控的，記住這一點(diǎn)，后面要考的。
7. 繼電器的作用就是我們初中物理學(xué)的，弱電控制強(qiáng)電，當(dāng)然，這里的強(qiáng)電不是電壓高，而是電流大。車上的ECU受驅(qū)動(dòng)能力限制，一般不能直接驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載，它只輸出控制信號(hào)，通過(guò)配電盒中的繼電器來(lái)控制負(fù)載工作。有些ECU自帶了PCB繼電器，可以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，但一般不帶保護(hù)，保護(hù)還是要通過(guò)配電盒里的保險(xiǎn)絲，這就要額外的電線，這點(diǎn)后面會(huì)詳細(xì)講。
8. 保險(xiǎn)絲和繼電器都是被動(dòng)元件，是沒(méi)有狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷的，保險(xiǎn)供電和繼電器控制也都是開環(huán)的。就像你的植物神經(jīng)系統(tǒng)，腦神經(jīng)系統(tǒng)是無(wú)法對(duì)它進(jìn)行監(jiān)控和控制的，你無(wú)法讓自己不呼吸，你也不知道你的消化狀態(tài)和血壓。所以，想象一下如果你能控制自己的呼吸、心跳、血壓、和消化，你是不是就變成超人了。同理，你的車呢？
9. 車上還有一種電源，我們稱之為常電，即KL30，直接通過(guò)保險(xiǎn)絲接蓄電池，不受任何控制，永遠(yuǎn)有電，除非拆掉蓄電池。一直搞乘用車的小伙伴們可能不知道，商用車的常電分兩種，一種和乘用車一樣，直接接蓄電池；還有一種是總閘常電，即使在OFF檔，打開總閘就有電。當(dāng)然停車后是要關(guān)掉總閘的，否則可能下次就打不著火了。
10. 蓄電池電量總是有限的，所以需要對(duì)非啟動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的用電管理，防止蓄電池電量過(guò)快消耗。
11. 接常電的用電器，在車輛停車落鎖后，都必須進(jìn)入休眠模式，此時(shí)整車耗電（靜態(tài)電流）需要控制在極低的水平，以滿足長(zhǎng)時(shí)間停車后還能啟動(dòng)的要求。一般乘用車OEM要求整車15mA～20mA以下，正常放2～3個(gè)月后是能夠啟動(dòng)的，所以不用擔(dān)心你的車放了一個(gè)月會(huì)不會(huì)啟動(dòng)不了，這個(gè)OEM已經(jīng)幫你想好了。
12. 即便是新能源車，有容量龐大的高壓電池，但停車下高壓后，整車用電就來(lái)自于蓄電池了，如果車輛停放一段時(shí)間后蓄電池虧電，車輛也是無(wú)法啟動(dòng)的，所以新能源車一般也有嚴(yán)格的休眠電流要求。
也許你要問(wèn)了，那為什么新能源車不能在蓄電池沒(méi)電時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)高壓電池，給蓄電池充電呢？這個(gè)主意非常好，恭喜你，你和擁有“第一性原理”的馬斯克想到一塊兒去了，但似乎除了特斯拉，還真沒(méi)人這樣做，這個(gè)我們先略過(guò)不談，隨后再詳細(xì)分析。
三．兩種不同的電氣架構(gòu)
（一）傳統(tǒng)車輛的電氣架構(gòu)
我們先來(lái)看一下傳統(tǒng)乘用車的電氣架構(gòu)。
傳統(tǒng)車輛一般有2～3個(gè)配電盒，其構(gòu)造極其簡(jiǎn)單，屬于傳統(tǒng)的電氣件，沒(méi)有一點(diǎn)電子的東西，看起來(lái)傻、大、黑、粗，里面就是連接器+銅片+保險(xiǎn)絲+繼電器，一點(diǎn)都不高科技，只要你初中物理沒(méi)還給數(shù)學(xué)老師，我保證電氣原理圖你肯定可以看懂，否則修車店也不好給你維護(hù)不是嘛。
話不多說(shuō)，我們先上圖，畢竟沒(méi)圖沒(méi)真相嘛。下圖是一個(gè)乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)艙配電盒，屬于整車的一級(jí)配電，車上所有的電源都需要經(jīng)過(guò)它，就像小區(qū)的變電站的配電柜，每家每戶的電都來(lái)自這里。
乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)艙配電盒（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）
圖中我們可以看到，傳統(tǒng)配電盒真的就是一個(gè)配電盒，名副其實(shí)，就是實(shí)現(xiàn)整車電源分配功能的一個(gè)盒子，純電氣性質(zhì)的，沒(méi)有電子元件，不可編程，功能一旦設(shè)計(jì)完成，就不可更改。
從上圖我們可以看到，一共40個(gè)保險(xiǎn)絲，19個(gè)繼電器，功能包括：ON檔、空調(diào)壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、除霜、儀表、車窗、雨刮、喇叭、燈光、油泵、變速箱、剎車等幾乎所有功能，保險(xiǎn)爆一個(gè)，你的車可能就要趴窩。
備用保險(xiǎn)及保險(xiǎn)夾
車輛OEM很貼心地把保險(xiǎn)盒的所有功能都印在了保險(xiǎn)盒蓋子里面，簡(jiǎn)潔明了，連位置地圖都給你對(duì)應(yīng)好了，即使小白也能一看即懂，邊上還有備用保險(xiǎn)，甚至還有個(gè)取保險(xiǎn)的小夾子，就是為了方便當(dāng)你的車壞在荒郊野地，在你打電話救援的時(shí)候，救援人員讓你看看某個(gè)保險(xiǎn)是不是壞了，取一個(gè)備用的換上試試。一開始你肯定焦急萬(wàn)分，無(wú)從下手，束手無(wú)策，但當(dāng)你把保險(xiǎn)盒蓋子翻過(guò)來(lái)的那一剎那，你一定會(huì)如獲至寶，感激涕零。瞬間一股對(duì)某OEM的信仰之情從心底冉冉升起:“這車的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)直太好了，太人性化了，我下次買車還買他家的。”
先別急，你再看看別家的，其實(shí)每家保險(xiǎn)盒都是這樣的。
下面我們?cè)賮?lái)看它的電氣原理，你只要初中物理還沒(méi)還給老師，應(yīng)該就能看懂。
乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)艙配電盒電氣原理簡(jiǎn)圖
直接經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)絲出來(lái)的就是常電KL30，受繼電器控制的各有各的邏輯，一般點(diǎn)火鎖直接控制OFF、ACC、ON、START，帶一鍵啟動(dòng)功能的就是由PEPS模塊來(lái)控制，但都是通過(guò)繼電器，原理不變。
一級(jí)配電后面還有二級(jí)配電，一般位于駕駛艙，所以也叫駕駛艙配電盒。這個(gè)盒子比較小，保險(xiǎn)絲多，繼電器很少。由于是二級(jí)，壞的概率小一點(diǎn)，易接近性設(shè)計(jì)就不那么好，非專業(yè)人士不是那么容易找到。二級(jí)配電就像你家里入戶門口的配電盒，你家的線路出問(wèn)題，你家的配電盒會(huì)跳閘，但不會(huì)影響到小區(qū)的配電，也就不會(huì)影響別家的用電。
由于配電盒里面全部都是電氣件，沒(méi)有電子部分，沒(méi)有通信，這就導(dǎo)致無(wú)論保險(xiǎn)絲還是繼電器，全部都是沒(méi)有故障診斷的，控制也是開環(huán)的。配電盒對(duì)整車來(lái)講就是一個(gè)黑盒子，無(wú)法監(jiān)控，無(wú)法診斷，只要你沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障，那就沒(méi)有故障。
所以如果你在路上發(fā)現(xiàn)一輛車的大燈只亮了一個(gè)，那真的有可能是駕駛員根本不知道有一個(gè)燈壞了。因?yàn)闊o(wú)法診斷，儀表就無(wú)法提醒他燈壞了一個(gè)。但如果可以診斷聯(lián)網(wǎng)，APP主動(dòng)提醒你并且已經(jīng)幫你預(yù)約好了附近的維修點(diǎn)，那感覺(jué)是不是立馬就不一樣了？瞬間你就覺(jué)著“這錢花的太值了，軟件付費(fèi)真香，明年接著續(xù)費(fèi)”。
（二）特斯拉Model 3的電氣架構(gòu)
好了，說(shuō)完了傳統(tǒng)架構(gòu)，我們?cè)賮?lái)看一下特斯拉的電氣架構(gòu)，看它到底牛在什么地方。
Model 3電氣原理簡(jiǎn)圖
相較于傳統(tǒng)的配電架構(gòu)，特斯拉的架構(gòu)方案有以下優(yōu)勢(shì)：
雙供電電源+雙接線柱輸入的高可靠性。兩個(gè)輸入電源從兩個(gè)獨(dú)立的接線柱進(jìn)入FBCM（VCFront），而傳統(tǒng)配電盒是單線輸入的，特斯拉的方案可靠性明顯更高。
基于半導(dǎo)體器件的雙供電的高可靠性。對(duì)于雙電源設(shè)計(jì)（包括雙電源輸入和雙電源輸出）的單路開路故障，安全性方面，半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和保險(xiǎn)絲是一樣的，但對(duì)于單路短路故障，半導(dǎo)體器件的保護(hù)動(dòng)作速度遠(yuǎn)高于保險(xiǎn)絲，所以也就更安全，這在上篇文章“干掉保險(xiǎn)絲和繼電器，自動(dòng)駕駛才能更安全”里有詳細(xì)說(shuō)明，在此不再贅述。
控制和執(zhí)行的融合。淡化了配電盒的物理概念，F(xiàn)BCM、LBCM和RBCM本身即是一個(gè)ECU，同時(shí)也是起到了配電盒的作用，這二者功能進(jìn)行了融合，BCM可以直接控制任意負(fù)載了，這個(gè)意義極其重大，我們隨后還會(huì)再詳細(xì)分析其帶來(lái)的影響。
保護(hù)和控制的融合?；诎雽?dǎo)體器件的配電帶來(lái)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是，線路保護(hù)和控制融合了，保護(hù)即控制，控制即保護(hù)，這個(gè)意義也極其重大，我們稍后再展開分析。
保護(hù)和控制的融合帶來(lái)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是，每條線路都變得可以獨(dú)立控制了，也就是說(shuō)，可以針對(duì)每條線路單獨(dú)編程控制了，這個(gè)意義也極其重大，記好了后面要考。
診斷功能?；诎雽?dǎo)體器件的配電帶來(lái)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是，原來(lái)開環(huán)的電路，現(xiàn)在可以做到閉環(huán)了。每一條線路都是可以監(jiān)控，可以診斷，且信息可聯(lián)網(wǎng)。
好了，架構(gòu)部分大概講完了，接下來(lái)我們?cè)敿?xì)分析基于半導(dǎo)體器件的配電技術(shù)取代了保險(xiǎn)絲和繼電器后，都帶來(lái)了哪些改變。但在此之前，為便于大家理解，我們還得先普及一些基本概念，我盡量講解得通俗易懂，相信大家看了會(huì)有所收獲。
四．保險(xiǎn)絲及繼電器的基本原理
（一）保險(xiǎn)絲的基本原理
1.保險(xiǎn)的基礎(chǔ)特性
車載保險(xiǎn)絲規(guī)格及其熔斷特性（來(lái)源：Little，英飛凌）
從上圖我們可以看出來(lái)保險(xiǎn)的一些基礎(chǔ)特性：
(1).保險(xiǎn)絲分快熔和慢熔，車上用的小片式都是快熔的，電流小；盒式和板式都是慢熔的，電流大。
(2).保險(xiǎn)絲是依靠在故障時(shí)發(fā)熱熔斷來(lái)進(jìn)行線路保護(hù)的，是一次性的，不可自恢復(fù)的（自恢復(fù)保險(xiǎn)成本極高，乘用車極少使用，我們拋開不談），熔斷后需要更換。
(3).保險(xiǎn)絲規(guī)格是不連續(xù)的，如常用的5A，7.5A，10A，你想要8.5A，對(duì)不起，沒(méi)有，你只能往上靠，用10A的保險(xiǎn)；就像你買三責(zé)險(xiǎn)，50萬(wàn)，100萬(wàn)，你想要個(gè)70萬(wàn)的就沒(méi)有，只能買100萬(wàn)的。
(4).保險(xiǎn)絲規(guī)格決定了保護(hù)電流，如安裝了5A的保險(xiǎn)絲，就絕對(duì)不要超5A，實(shí)際用電要比5A低好多。就像你買了50萬(wàn)保險(xiǎn)，就絕對(duì)不要去挑戰(zhàn)幾百萬(wàn)的豪車，畢竟超過(guò)50萬(wàn)的部分是不賠的，當(dāng)然你要買了300萬(wàn)三責(zé)險(xiǎn)，當(dāng)我沒(méi)說(shuō)。
(5).保險(xiǎn)絲依靠過(guò)流發(fā)熱熔斷保護(hù)，熔斷時(shí)間隨電流變化極大；以快熔片式保險(xiǎn)絲為例，200%電流最長(zhǎng)5s熔斷，350%就是0.5s了，快了10倍。
(6).由于保險(xiǎn)的保護(hù)是靠發(fā)熱，那保護(hù)時(shí)間就是隨環(huán)境溫度變化的，外面越熱熔斷得也越快，導(dǎo)致保護(hù)很不精確；還以快熔片式保險(xiǎn)絲為例，200%額定電流的熔斷時(shí)間從0.15s到5s不等。
(7).保險(xiǎn)只能保護(hù)短路，對(duì)過(guò)流故障幾乎不起作用。不知道你發(fā)現(xiàn)了沒(méi)有，所有的保險(xiǎn)絲對(duì)110%的電流都是不保護(hù)的，比如10A的保險(xiǎn)絲，你給它11A的電流它就永遠(yuǎn)不保護(hù)。
(8).短路電流無(wú)限制，這會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題：一是電源電壓會(huì)瞬間被拉低；二是會(huì)打火，如果有可燃?xì)怏w就會(huì)有危險(xiǎn)。
(9).按I2t壽命一般在10萬(wàn)次左右。
2.保險(xiǎn)的應(yīng)用設(shè)計(jì)：
（1）再重申一遍，保險(xiǎn)絲是用來(lái)保護(hù)線束的，而不是保護(hù)用電器的。
（2）保險(xiǎn)設(shè)計(jì)是車輛電氣設(shè)計(jì)的第一步：①根據(jù)負(fù)載特性定保險(xiǎn)絲；②根據(jù)保險(xiǎn)絲定線徑；③根據(jù)線徑設(shè)計(jì)整車線束。就像你裝修房子，定了空調(diào)放在哪里，裝修公司才能給你走線。
（3）保險(xiǎn)的裕量有四部分構(gòu)成：①基礎(chǔ)降額25%，負(fù)載不同可能降得更多；②溫度范圍，發(fā)動(dòng)機(jī)艙高溫，再降額10%；③計(jì)算結(jié)果向上靠近，算出來(lái)后沒(méi)有這個(gè)值，就只能向上靠；④考慮I2t，可能再升一檔，用更大的保險(xiǎn)絲，否則壽命不允許。你讓用戶6、7年換次保險(xiǎn)問(wèn)題不大，你要讓他2年就換他肯定會(huì)罵你。
（4）商用車由于車身很長(zhǎng)，一根線從前到后可能十幾二十米，還需要考慮“長(zhǎng)導(dǎo)線效應(yīng)”導(dǎo)致的保險(xiǎn)失效，避免發(fā)生短路電流不足以讓保險(xiǎn)熔斷，導(dǎo)致持續(xù)發(fā)熱，然后線束燒毀的事故。
（5）基于這么不靠譜的保護(hù)特性，設(shè)計(jì)時(shí)就要給它留足裕量，裕量留小了容易熔斷，用起來(lái)就很不可靠。就像我去年買車險(xiǎn)，保險(xiǎn)公司說(shuō)現(xiàn)在豪車太多了，一線城市起步都買200萬(wàn)三責(zé)了，買少了你上路開著心里也不踏實(shí)。保險(xiǎn)熔斷了換一個(gè)就好，不值錢；撞了豪車，資金鏈“熔斷了”那可就麻煩大了，所以我就買了200萬(wàn)的。
（6）保險(xiǎn)值選好了，接下來(lái)就是匹配線徑了，這個(gè)和選保險(xiǎn)絲一樣，也要留足裕量。保險(xiǎn)小，線大，出了問(wèn)題就燒保險(xiǎn)；反之保險(xiǎn)大了，線小了，那出了問(wèn)題就是直接燒線，甚至燒車。換你是設(shè)計(jì)人員，你怎么選，你說(shuō)那簡(jiǎn)單啊，我把線設(shè)計(jì)的足夠粗不就沒(méi)問(wèn)題了。那你先問(wèn)問(wèn)項(xiàng)目經(jīng)理允許不允許？導(dǎo)線規(guī)格大一號(hào)，價(jià)格可不止翻一倍??！這可不是50萬(wàn)三責(zé)到200萬(wàn)，保費(fèi)沒(méi)貴多少。
（7）好了，問(wèn)題來(lái)了，保險(xiǎn)要夠大，線又要夠粗，你怎么辦？還能怎么辦，一是靠經(jīng)驗(yàn)，二是靠計(jì)算，三就是靠測(cè)試驗(yàn)證了。想想OEM的電氣設(shè)計(jì)工程師，為此又掉了多少頭發(fā)？
保險(xiǎn)絲、線徑和電流的關(guān)系（來(lái)源：博世）
最后我們來(lái)對(duì)保險(xiǎn)絲做一個(gè)總結(jié)：
（1）技術(shù)悠久，可靠性夠用；
（2）使用成本低，一個(gè)保險(xiǎn)片一毛多錢；
（3）使用簡(jiǎn)單，但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，電氣設(shè)計(jì)效率低，設(shè)計(jì)更改成本高，試驗(yàn)驗(yàn)證周期長(zhǎng)；
（4）雖然保護(hù)不精確，但是夠用，設(shè)計(jì)好了就沒(méi)啥問(wèn)題；
（5）熔斷后需要更換，需要“易接近性”設(shè)計(jì)，以方便維護(hù)；
（6）保險(xiǎn)絲裕量大，線束裕量更大，導(dǎo)致線束成本高；
（7）無(wú)法監(jiān)控，無(wú)法診斷，只要不影響使用，保險(xiǎn)燒了你可能都不知道；
（8）保險(xiǎn)絲和線必須匹配。所以大家的車保險(xiǎn)燒了不要亂換，一定要用規(guī)格一樣的，換小了容易燒保險(xiǎn)，換大了燒車！
綜合以上分析，大家可以看到，保險(xiǎn)雖好，且用且珍惜吧！
（二）繼電器的基本原理
1.繼電器的基礎(chǔ)特性
繼電器本質(zhì)上就是一個(gè)用小電流來(lái)間接驅(qū)動(dòng)大電流的機(jī)電器件，它歷史悠久，使用廣泛，簡(jiǎn)單易用，成本合適。
話不多說(shuō)，我們上圖。下面是一款繼電器的壽命參數(shù)，及繼電器的溫升曲線。
Tyco一款車載Plug-In繼電器（來(lái)源：Tyco）
繼電器內(nèi)部溫升與線圈電壓、帶載電流的關(guān)系（來(lái)源：英飛凌）
繼電器的負(fù)載降額（來(lái)源：NXP）
從上圖我們可以看出來(lái)繼電器的一些基礎(chǔ)特性：
（1）繼電器電氣壽命遠(yuǎn)低于機(jī)械壽命，也就是說(shuō)，繼電器壞的時(shí)候都還是能動(dòng)的，但是不通電了。你能聽到它啪嗒啪嗒響，但是車卻壞了。
（2）因?yàn)橛?0萬(wàn)次壽命限制，發(fā)動(dòng)機(jī)艙繼電器設(shè)計(jì)的都是可更換的。
（3）繼電器的溫度取決于三部分：環(huán)境溫度、觸點(diǎn)發(fā)熱、線包發(fā)熱。
（4）繼電器根據(jù)使用環(huán)境溫度需要降額。
（5）繼電器根據(jù)負(fù)載不同需要進(jìn)行不同的降額設(shè)計(jì)。
（6）需要來(lái)自ECU的控制線，輸出線再拉到用電設(shè)備，這增加了線束回路，增加了成本。
（7）開環(huán)控制，無(wú)法監(jiān)控，無(wú)法診斷，壞了你可能都不知道。
（8）商用車由于線束很長(zhǎng)，受長(zhǎng)導(dǎo)線雜散電感影響，繼電器切換會(huì)產(chǎn)生一些高壓脈沖，會(huì)對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生過(guò)壓危害，影響整車EMC性能。具體我們會(huì)在下篇文章《自動(dòng)駕駛商用車需要什么樣的電氣架構(gòu)》里進(jìn)一步討論。
（9）有“Dry switching”問(wèn)題，設(shè)計(jì)不好會(huì)影響使用壽命，且前期很難發(fā)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題。其本質(zhì)就是繼電器的觸點(diǎn)在切換時(shí)，尤其是釋放時(shí)，要求有一個(gè)最低電流，以保證能夠產(chǎn)生一個(gè)電弧去清潔觸點(diǎn)的接觸面。沒(méi)有拉弧會(huì)影響壽命，拉弧太大也會(huì)影響壽命。
（10）繼電器的設(shè)計(jì)應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，一般根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及繼電器供應(yīng)商推薦使用問(wèn)題不大。
五．基于半導(dǎo)體器件的配電技術(shù)基礎(chǔ)
其實(shí)，在燈光類負(fù)載、繼電器線包等車輛的小電流負(fù)載控制方面，基于MOSFET的HSD芯片（High side switch高邊開關(guān)）早已廣泛應(yīng)用，但受限于HSD芯片的成本及技術(shù)發(fā)展速度，車載大電流負(fù)載控制仍在使用傳統(tǒng)的繼電器。
乘用車配電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（來(lái)源：NXP）
傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲和繼電器都屬于機(jī)電件，屬于材料和機(jī)械電氣結(jié)合的領(lǐng)域，而基于半導(dǎo)體技術(shù)的MOSFET和HSD芯片則是電子器件，二者是有本質(zhì)的區(qū)別的，其差異比諾基亞的功能機(jī)到蘋果的智能機(jī)還大，類似于植物和動(dòng)物的區(qū)別。
基于半導(dǎo)體器件的配電方案根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景有兩種：1.驅(qū)動(dòng)芯片+ MOSFET分立方案。這種方案的復(fù)雜度高很高，突出表現(xiàn)在：電流檢測(cè)難度大，電路保護(hù)復(fù)雜，診斷功能復(fù)雜，保護(hù)功能少、保護(hù)速度慢、保護(hù)策略復(fù)雜。該方案的綜合成本較高，適用于大電流場(chǎng)合。目前車載應(yīng)用較少——車載大電流應(yīng)用還是以保險(xiǎn)絲+繼電器為主。2.HSD智能高邊開關(guān)集成方案，單芯片集成了驅(qū)動(dòng)+MOSFET+電流檢測(cè)+熱保護(hù)+電壓保護(hù)+EMC+各種診斷。此方案10年前已開始普及，至今仍限于小電流負(fù)載應(yīng)用（<25A），成本低，可靠性高。
特斯拉的FBCM中大量使用低RDS_ON（即低導(dǎo)通阻抗，大電流）的MOSFET用于電源分配，總數(shù)在50顆以上，小電流采用了英飛凌的HSD芯片，而作為二級(jí)配電的LBCM中則只用了20顆左右的MOSFET?？梢?jiàn)特斯拉是根據(jù)情況，大電流采用方案1，小電流采用方案2.
下面是英飛凌對(duì)于芯片取代繼電器進(jìn)度的預(yù)測(cè)：
HSD/繼電器電流-成本與替代速度（來(lái)源：英飛凌）
未來(lái)的方向肯定是基于單芯片方案的智能HSD，隨著技術(shù)的進(jìn)步及成本的下降，應(yīng)用范圍會(huì)逐步擴(kuò)大到車輛的整個(gè)電氣系統(tǒng)，但個(gè)別極大電流應(yīng)用仍將采用驅(qū)動(dòng)+MOSFET的分立方案，整車電子化的時(shí)間據(jù)估計(jì)在2025-2030年之間。
目前，智能HSD芯片的供應(yīng)商主要有以下幾家：
1.Infineon英飛凌 其前身是西門子半導(dǎo)體部門。英飛凌的型號(hào)最全、系列最多、應(yīng)用最廣泛。從經(jīng)典系列到5系、7系，涵蓋了乘用車12V和商用車24V應(yīng)用，目前市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的HSD芯片非英飛凌莫屬。
2.ST意法半導(dǎo)體 同為老牌車載芯片廠家，除英飛凌外型號(hào)最全、系列最多，從 5系到7系，涵蓋乘用車及商用車，市場(chǎng)排名第二。
3.NXP恩智浦 老牌車載芯片廠家，HSD產(chǎn)品線來(lái)自于原Freescale，最早可追溯到Motorola摩托羅拉，技術(shù)實(shí)力雄厚，芯片設(shè)計(jì)獨(dú)辟蹊徑，通用產(chǎn)品很多是從定制化產(chǎn)品轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的，名字可能都不相同，屬于你沒(méi)怎么見(jiàn)過(guò)、但實(shí)際用得很多的那種。產(chǎn)品系列很全，涵蓋乘用車及商用車。
4.TI德州儀器 只要搞電子的沒(méi)有不知道他家的，模擬器件世界巨頭，從消費(fèi)、工業(yè)到車載，你都繞不過(guò)他家的產(chǎn)品。HSD作為用量巨大的車載芯片，TI怎么舍得這塊肉呢，于是從2014年便開始陸續(xù)推出其HSD產(chǎn)品，目前芯片系列已逐步完善，但還限于12V乘用車（商用車量還是太小了）。
5.Onsemi安森美 1999年從摩托羅拉的半導(dǎo)體部門分拆成立，2016年，安森美收購(gòu)了Fairchild仙童半導(dǎo)體，沒(méi)錯(cuò)，就是你知道的那八個(gè)天才創(chuàng)立的公司，“摩爾定律”也是他們提出的，后來(lái)才有了Intel、AMD、硅谷。扯遠(yuǎn)了，Onsemi的HSD型號(hào)較少，且主要集中于小電流，算是一種設(shè)計(jì)補(bǔ)充吧。
講到這里你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，全是歐美公司，甚至車載芯片大國(guó)日本都沒(méi)有一家！因?yàn)镠SD的基礎(chǔ)是車規(guī)級(jí)MOSFET，而Infineon和ST有很好的車規(guī)級(jí)MOSFET基礎(chǔ)，HSD芯片是一種數(shù)字+模擬的技術(shù)，對(duì)芯片工藝要求很高，芯片的車載應(yīng)用場(chǎng)景很惡劣，對(duì)可靠性要求很高，所以不像其他類型的芯片，全球能做的廠家很少。
另外，商用車由于量小，不到乘用車的一半，中國(guó)在1/4左右，所以除了Infineon、ST和NXP，其他家沒(méi)有涉足，且這幾家最近都沒(méi)有新產(chǎn)品計(jì)劃。
六．基于半導(dǎo)體器件的配電技術(shù)帶來(lái)的改變
1.功能更豐富
單個(gè)HSD芯片即可取代1個(gè)保險(xiǎn)絲加1個(gè)繼電器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)可控開關(guān)和線路保護(hù)及診斷功能，且功能更多、更智能、更可靠、更小、更輕。
HSD芯片=繼電器+保險(xiǎn)絲
下表是具體功能對(duì)比：
功能對(duì)比
強(qiáng)大的保護(hù)功能和診斷功能是可靠性和智能化的基礎(chǔ)，通過(guò)基本功能的對(duì)比，小伙伴們有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，基于半導(dǎo)體器件的智能配電盒和傳統(tǒng)配電盒根本就不是一個(gè)物種？雖然都叫配電盒，但其本質(zhì)卻完全不一樣，其差異大概比諾基亞的功能機(jī)和蘋果的智能機(jī)還大。
2.性能更強(qiáng)
說(shuō)完了功能我們?cè)倏葱阅?，話不多說(shuō)，上對(duì)比表。
性能對(duì)比
從性能對(duì)比我們可以看出來(lái)，基于半導(dǎo)體器件的智能配電盒，無(wú)論是從壽命、使用難度、溫度范圍、應(yīng)用范圍、開關(guān)速度、保護(hù)速度等，其性能均全面碾壓傳統(tǒng)配電盒。這是電子技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的碾壓，是智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代對(duì)工業(yè)時(shí)代的碾壓。
3.EMC性能
上面的性能對(duì)比我們提到了EMC，在這里還是要單獨(dú)列出來(lái)講一下，估計(jì)小伙伴們都比較關(guān)注這一點(diǎn)。
對(duì)乘用車來(lái)講，目前電動(dòng)化的勢(shì)頭很猛，搞電動(dòng)車的小伙伴們都知道，電動(dòng)化后高壓系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)很多的整車EMC問(wèn)題，相比之下，配電盒這點(diǎn)EMC可能就是小問(wèn)題了，但我們能解決一點(diǎn)就解決一點(diǎn)。
傳統(tǒng)配電盒的EMC主要由于保險(xiǎn)絲保護(hù)時(shí)的瞬時(shí)熔斷和繼電器動(dòng)作時(shí)的彈跳，經(jīng)線束電感產(chǎn)生的，ISO7637-2對(duì)此有專門的試驗(yàn)要求，12V系統(tǒng)最高電圧可以達(dá)到220V。
電流中斷和電源切換導(dǎo)致的干擾（來(lái)源：ISO7637-2）
下面我們看一下繼電器吸合時(shí)的彈跳，可能很多不了解繼電器特性的小伙伴們覺(jué)著繼電器不就是“啪嗒”一下就吸合上了嗎？這樣想你就“圖樣圖森破”了，牛頓他老人家的棺材板也壓不住了，只要是物體運(yùn)動(dòng)你就得遵循牛頓定律不是？繼電器觸點(diǎn)作為彈性體，啪嗒一下撞上去它肯定是要反彈的啊，它剎不住啊。從下面波形我們可以看到，它還反彈了好幾下才停住，這種極快的開關(guān)，通過(guò)線束就會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生極大的EMC干擾。
繼電器觸點(diǎn)彈跳波形（來(lái)源：英飛凌）
由于商用車線束普遍更長(zhǎng)，這個(gè)影響就更大了，而且商用車還有一些其他問(wèn)題，我們會(huì)在下篇文章“自動(dòng)駕駛商用車需要什么樣的電氣架構(gòu)？”里面具體討論。
4.可靠程度更高
關(guān)于可靠性，參見(jiàn)“干掉保險(xiǎn)絲和繼電器，自動(dòng)駕駛才能更安全”這篇文章，這里不再贅述。
關(guān)于雙供電的可靠性，包括雙電源輸入和雙電源輸出，這一點(diǎn)大家比較關(guān)注，我們?cè)俣嘀v一下。
傳統(tǒng)配電盒架構(gòu)
特斯拉Model 3配電盒架構(gòu)
傳統(tǒng)配電盒實(shí)現(xiàn)雙電源與特斯拉的差異如下：
（1）針對(duì)單路開路故障，兩者基本等效，任意一個(gè)電源失效，都不影響供電。
（2）針對(duì)單路短路故障：
① 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是雙電源并聯(lián)輸入配電盒，電源輸入就一個(gè)接線柱，短路可能導(dǎo)致供電失效；而特斯拉是兩個(gè)電源接線柱，可靠性明顯更高。
② 傳統(tǒng)供電即使雙線進(jìn)入配電盒，并加雙保險(xiǎn)，因保險(xiǎn)保護(hù)速度問(wèn)題，電源可能會(huì)瞬時(shí)被拉低到欠壓，導(dǎo)致供電故障。自動(dòng)駕駛Tier 1大多要求供電支路故障快速關(guān)斷，隔離時(shí)間在100µs左右，保險(xiǎn)絲顯然無(wú)法做到，而半導(dǎo)體的保護(hù)動(dòng)作速度可以快至10µs級(jí)別。
③ 特斯拉采用雙電源經(jīng)MOSFET隔離后并聯(lián)設(shè)計(jì)，是可以實(shí)現(xiàn)故障隔離的。針對(duì)輸出單路短路故障，特斯拉的方案隔離時(shí)間可以更短。
Model 3全新的電子電氣架構(gòu)中，其電源分配架構(gòu)及負(fù)載控制全部采用半導(dǎo)體器件，電源分配架構(gòu)充分考慮了目前高度自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)供電及控制功能安全所需要的電源冗余要求。例如其12V電池的電源（BATT+）和高壓DC/DC模塊輸出的12V電源（DC/DC IN）組成電源輸入冗余，EPS輸出也有冗余（EPS1和EPS2） 。
5.可編程
上面我們分析特斯拉架構(gòu)時(shí)提到了，HSD實(shí)現(xiàn)了保護(hù)和控制的融合，保護(hù)即控制，控制即保護(hù)，這將帶來(lái)兩大優(yōu)勢(shì)：
①配電盒將不再是配電盒，原來(lái)大部分的配電功能，現(xiàn)在全部升級(jí)成可控功能，那就是說(shuō)，配電盒可以作為控制器來(lái)用了，配電和控制也融合了。
②每路單獨(dú)可控就表示每條線路都支持單獨(dú)編程控制了，這個(gè)意義極其重大，這就是“軟硬件解耦”，加上OTA就是實(shí)現(xiàn)SDV的基礎(chǔ)啊，而這個(gè)基礎(chǔ)，Model 3已經(jīng)打下來(lái)了。
6.長(zhǎng)壽命，免維護(hù)
長(zhǎng)壽命這一塊兒我們?cè)谏掀恼吕镏v可靠性時(shí)專門講過(guò)，不再贅述。正是因?yàn)榘雽?dǎo)體器件的這種特性，特斯拉的三個(gè)BCM全部都是全密封設(shè)計(jì)的，沒(méi)有工具你是打不開，也就是說(shuō)，非專業(yè)人士是無(wú)法進(jìn)行維護(hù)的，普通人打開了你也看不懂，修車的也根本修不了。
基于半導(dǎo)體技術(shù)配電盒的免維護(hù)特性
加上純電車相比燃油車無(wú)需更換機(jī)油機(jī)濾等，保養(yǎng)周期本來(lái)就更長(zhǎng)，這下連保險(xiǎn)盒都免維護(hù)了，所以特斯拉連4S店都省了。
免維護(hù)帶來(lái)的另一個(gè)好處是配電盒不需要“易接近設(shè)計(jì)”了，這對(duì)整車設(shè)計(jì)來(lái)講更友好了，從另一個(gè)角度來(lái)講就是，整車設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單了，零部件布置更靈活了，效率更高了，速度更快了，成本更低了。
你看，是不是很“馬斯克”？處處透露著“第一性原理”的“效率”和“成本”。沒(méi)在車廠呆過(guò)的小伙伴們可能不了解，作為布置工程師，每天不是正在和別的部門“撕”，就是在去“撕”的路上，設(shè)計(jì)限制少了，他們頭發(fā)就能少掉幾根。
7.防護(hù)等級(jí)提高，更安全
上面講到了免維護(hù)，這會(huì)帶來(lái)另一個(gè)好處就是：配電盒的設(shè)計(jì)可以做到全密封設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí)更高。比如原來(lái)配電盒就是一個(gè)塑料盒，一個(gè)塑料蓋子蓋上，幾個(gè)卡扣，防護(hù)可能只到IP54，現(xiàn)在我就全密封，一下就到IP67或IP69了，這樣即使發(fā)動(dòng)機(jī)艙進(jìn)水都沒(méi)問(wèn)題，可以保證整車供電安全，對(duì)電車來(lái)講這一點(diǎn)尤其重要。對(duì)用戶來(lái)講就是涉水后配電盒不會(huì)壞了，這就降低了維修成本。
8.節(jié)能化、小型化、輕量化
性能對(duì)比里面我們提到了能耗、重量和體積，但沒(méi)有具體給出對(duì)比，在此我們?cè)敿?xì)講一下。 我們先來(lái)看一下器件級(jí)的功耗對(duì)比，可以看到，同等條件下，單個(gè)智能開關(guān)功耗基本上可以降低2W左右，一輛車按10個(gè)計(jì)算，功耗就在20W左右了。
Plug-in繼電器與智能開關(guān)功耗對(duì)比（來(lái)源：英飛凌）
我們先看一下器件級(jí)的尺寸和重量對(duì)比。器件級(jí)的小型化及輕量化是配電盒小型化及輕量化的基礎(chǔ)，據(jù)筆者了解，同等功能下，智能配電盒的體積可以降到傳統(tǒng)配電盒的1/2左右，重量降到1/3左右。不知道大家是否感受過(guò)傳統(tǒng)配電盒的重量，一般都有六七斤，拿起來(lái)很重。而數(shù)字化后，即便是金屬殼體（傳統(tǒng)是塑料殼體），也會(huì)輕很多。
重量及尺寸對(duì)比（來(lái)源：右圖-英飛凌）
現(xiàn)在大家都在講節(jié)能減排、碳中和、設(shè)計(jì)輕量化，電子化的智能配電盒在這個(gè)方面具有了非常大的優(yōu)勢(shì)。下面是英飛凌基于歐盟碳排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的系統(tǒng)層面的成本節(jié)約。
基于歐盟CO2法規(guī)的成本計(jì)算（來(lái)源：英飛凌）
9.可診斷，可聯(lián)網(wǎng)
電氣件電子化以后帶來(lái)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是可監(jiān)控、可診斷，控制閉環(huán)。原來(lái)是個(gè)黑盒子，現(xiàn)在變透明了，就像你突然能感知自己的心跳和血壓了，植物神經(jīng)接入腦神經(jīng)了，是不是想想都刺激，那還要智能手表和血壓計(jì)干嘛。
可診斷的意義可大了去了，整車每一路的電流、電壓都能隨時(shí)監(jiān)控，HSD的電流檢測(cè)精度能做到5%甚至更高，負(fù)載工作狀態(tài)一目了然，這再加上大數(shù)據(jù)和AI，是不是想想都讓人心潮澎湃？真的是未來(lái)無(wú)限可能。不管你想做整車能量管理，還是電平衡，還是故障診斷，故障預(yù)警，那都是你說(shuō)了算，你的地盤聽你的。
當(dāng)然了，聯(lián)網(wǎng)后的信息安全是必須要有的，否則被黑客控制了就麻煩大了，這樣想想還是傳統(tǒng)技術(shù)安全??！
10.精確的供電管理
每路單獨(dú)可控后，你就可以做精確的供電管理了，這可比傳統(tǒng)的配電盒分了幾個(gè)ACC、IGN1、IGN2、START高級(jí)多了，你說(shuō)你想怎么玩兒吧，是電量不足的時(shí)候自動(dòng)給哪些負(fù)載斷電呢，還是停車后想遠(yuǎn)程控制哪些功能，這都由你說(shuō)了算，你的地盤聽你的。
當(dāng)然了，有些功能可能需要付費(fèi)開通，這就又和特斯拉的“硬件預(yù)埋+軟件付費(fèi)”聯(lián)系起來(lái)了，作為OEM是不是又發(fā)現(xiàn)了一點(diǎn)商機(jī)呢？
當(dāng)然，“凡事皆有代價(jià)”。說(shuō)到這里順便就再提一下特斯拉的特色：停車后要實(shí)現(xiàn)一些功能是要付出代價(jià)的。
前文我們講過(guò)，傳統(tǒng)車是有極其嚴(yán)格的靜態(tài)電流要求的，整車下電后靜態(tài)電流在15mA左右，新能源車停車后高壓是下電的（打到OFF檔后高壓就切斷了），但特斯拉就說(shuō)我偏不，我要不走尋常路，我停車后高壓也不下電——特斯拉的BMS有一個(gè)特殊設(shè)計(jì)，可以從高壓電池取電，變成低壓12V供整車使用，這就保證了蓄電池不虧電。
特斯拉為此付出的代價(jià)就是哪怕車停著不動(dòng)，高壓電池每天電量也需要掉1%左右。也許你會(huì)問(wèn)，這不會(huì)把高壓電耗光嗎、，當(dāng)然啦，特斯拉也做了相應(yīng)的策略——當(dāng)電量低于20%時(shí)，有些功能就會(huì)被禁掉了。所以說(shuō)，特斯拉是“膽大心細(xì)”。
11.供電時(shí)序可控
傳統(tǒng)配電盒的供電時(shí)序基本上是死的，設(shè)計(jì)成什么樣就是什么樣，后期就不好改了；但每路單獨(dú)可控后，供電時(shí)序和下電時(shí)序都可以做到完全可控了，且可編程，可OTA了。
12.迭代速度快、更改設(shè)計(jì)成本低
基于以上分析我們可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)配電盒功能固定、不可升級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)線束裕量進(jìn)行校核，設(shè)計(jì)驗(yàn)證復(fù)雜、計(jì)算多、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、更新迭代速度慢，為保證不同車型及配置的兼容性，導(dǎo)致需要大量預(yù)留（從配電盒圖片能看出來(lái)有大量空置保險(xiǎn)絲及繼電器位置預(yù)留），以上原因?qū)е铝嗽O(shè)計(jì)復(fù)雜度增加，設(shè)計(jì)成本高，使用靈活性差。
干汽車電子設(shè)計(jì)的小伙伴們是否也有這種感覺(jué)，如今的技術(shù)迭代速度太快，手機(jī)每年一換，自動(dòng)駕駛芯片算力突飛猛進(jìn)，而汽車電子模塊的開發(fā)速度還是需要一年以上，開發(fā)完成就能持續(xù)用上七八年，中間基本不帶改的。
之前我們就談過(guò)，傳統(tǒng)OEM是有很沉重的歷史包袱的，按以往的經(jīng)驗(yàn)，模塊及平臺(tái)的共用可以顯著降低車輛成本，保證了車輛的可靠性，但同時(shí)也導(dǎo)致了牽一發(fā)而動(dòng)全身，任何的更改都需要很謹(jǐn)慎，改起來(lái)也很困難，周期很長(zhǎng)，涉及面很廣，成本也很高。
傳統(tǒng)配電盒作為一個(gè)純機(jī)電件，因?yàn)闆](méi)有軟件，基本談不上迭代，只要需求變化，就需要更改設(shè)計(jì)，這就導(dǎo)致一方面設(shè)計(jì)驗(yàn)證需要周期，另一方面就是新增成本；而配電盒電子化以后，這些問(wèn)題就都不存在了，強(qiáng)大的硬件作為基礎(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦，進(jìn)而通過(guò)OTA支持“SDV軟件定義汽車”，可以低成本快速迭代。
13.線束總尺寸變短、總重量減輕
根據(jù)特斯拉對(duì)外宣稱的信息，Model 3相對(duì)Model S實(shí)現(xiàn)了線束長(zhǎng)度減半——Model S 內(nèi)部線束長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)3 km，Model 3 只有 1.5 km。實(shí)現(xiàn)如此重大的進(jìn)步，全新電子電氣架構(gòu)的創(chuàng)新功不可沒(méi)，其中創(chuàng)新性的區(qū)域架構(gòu)及電子化的電源分配架構(gòu)在其中也發(fā)揮了重大價(jià)值。據(jù)說(shuō)Model Y上線束長(zhǎng)度要控制在100 m，但目前似乎還沒(méi)有得到確認(rèn)。
好，我們來(lái)講一下車輛的線束，估計(jì)搞汽車電子和自動(dòng)駕駛的小伙伴們對(duì)線束都不太了解。
隨著車輛電動(dòng)化、智能化及自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，車內(nèi)的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、各種ECU的數(shù)量就開始了爆炸式激增，是個(gè)東西都需要電，就需要給它分配功率，就像人要吃飯、呼吸一樣。電從哪里來(lái)，信號(hào)怎么傳輸，這就離不開電線。所以，汽車上線束的長(zhǎng)度、重量、成本都在不斷增加，線束的復(fù)雜度和成本也在增加，進(jìn)而導(dǎo)致分布式ECU架構(gòu)無(wú)法支撐未來(lái)無(wú)人駕駛的需求，這又是另外一個(gè)話題了。
我們先看乘用車，商用車我們另外分析。
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目前 |
線束量 |
節(jié)點(diǎn) |
重量 |
長(zhǎng)度 |
成本 |
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低端車 |
600根 |
1200個(gè) |
30Kg |
1500m |
300美金 |
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豪華車 |
1500根 |
3000個(gè) |
60Kg |
5000m |
600美金 |
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無(wú)人駕駛 |
>3000根 |
>5000個(gè) |
>100Kg |
>10Km |
>1000美金 |
乘用車線束長(zhǎng)度、重量與成本（來(lái)源：NXP）
為什么配電架構(gòu)能夠減少線束長(zhǎng)度呢？我們看一下兩者的架構(gòu)就明白了。話不多說(shuō)，上圖。
智能配電盒對(duì)線束優(yōu)化的對(duì)比
電子化后的智能配電盒，在設(shè)計(jì)上做到了極大的優(yōu)化，配電融合了控制，配電盒變成了ECU，ACC、KL15等信號(hào)也可以省掉，負(fù)載到蓄電池只經(jīng)過(guò)了一個(gè)半導(dǎo)體器件控制，線束回路得到了極大的簡(jiǎn)化，配電盒繼電器控制回路和ECU繼電器的保險(xiǎn)絲回路也省掉了。
再來(lái)看線束重量，回路優(yōu)化帶來(lái)的線束長(zhǎng)度節(jié)省當(dāng)然會(huì)減輕線束重量，另一方面，智能配電盒帶來(lái)的導(dǎo)線線徑變小也是功不可沒(méi)。上面討論保險(xiǎn)絲和半導(dǎo)體器件性能時(shí)講過(guò)，保險(xiǎn)絲因其保護(hù)不精確，導(dǎo)致線束裕量很大，而半導(dǎo)體器件因其精確的電流檢測(cè)性能，可以準(zhǔn)確識(shí)別線路過(guò)載及短路故障，做到可靠保護(hù)，進(jìn)而降低對(duì)線徑裕量的要求。
話不多說(shuō)，我們上對(duì)比表，先看保險(xiǎn)絲的設(shè)計(jì)匹配：
再看用半導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)計(jì)匹配：
從上面的對(duì)比表我們可以看出來(lái)，同樣的負(fù)載電流，線徑可以降一檔，如果負(fù)載是電機(jī)類負(fù)載，那就可以降兩擋甚至更多。
14.成本降低5%-20%
上面已經(jīng)談了輕量化及小型化，還有線束回路節(jié)省及線徑的降低帶來(lái)的線束成本降低，也談到的繼電器和HSD芯片成本的對(duì)比關(guān)系。成本這一塊幾句話也說(shuō)不明白，我們大概分幾部分來(lái)分析：
配電盒BOM成本 毫無(wú)疑問(wèn)，目前及未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間，電子化的智能配電盒成本都將遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)配電盒；
線束成本 據(jù)筆者了解及核算，整車線束成本可降低20%左右，商用車由于設(shè)計(jì)裕量更大，線束更多，降幅也更大，這個(gè)我們另起文章討論；
車輛生產(chǎn)裝配效率提升帶來(lái)的成本節(jié)約 這部分不好評(píng)估，但成本的確是有降低的；
系統(tǒng)成本 綜合BOM成本升高及線束成本降低，系統(tǒng)成本大概有5%～20%的節(jié)省，具體依車型和架構(gòu)而定。
后期成本 ，包括兼容性、可迭代性帶來(lái)的工作量減少，成本降低，及售后維護(hù)成本的降低，這些無(wú)法有效量化，但是值得考慮。
七．車聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)應(yīng)用
最后我們也蹭一下熱點(diǎn)，談?wù)勁潆娂軜?gòu)電子化后還能帶來(lái)哪些應(yīng)用和價(jià)值，算是拋磚引玉，小伙伴們也來(lái)一起開開腦洞。
1. 能量管理的數(shù)字化
原來(lái)整車的能量管理實(shí)際上是很粗放的，因?yàn)闇y(cè)不到、測(cè)不準(zhǔn)、沒(méi)聯(lián)網(wǎng)，所以用電這一塊兒就是估的，但是數(shù)字化和網(wǎng)聯(lián)化以后，我們就可以提高數(shù)據(jù)的顆粒度、數(shù)據(jù)量和實(shí)時(shí)性了，這時(shí)候大數(shù)據(jù)和AI就派上用場(chǎng)了。就好比智能電表、水表普及以后，警察可以利用大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)用電用水異常來(lái)抓毒販；社區(qū)服務(wù)可以根據(jù)用水異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)獨(dú)居老人的摔倒風(fēng)險(xiǎn)。
數(shù)字化及網(wǎng)聯(lián)化以后，OEM可以通過(guò)后臺(tái)實(shí)時(shí)獲取車上每一個(gè)負(fù)載、模塊的電流及整車總電流，獲得整車Load profile數(shù)據(jù)。具體可分為以下維度：
（1）以天為單位，分析各個(gè)時(shí)段車輛Load profile數(shù)據(jù)，分析白天、夜間數(shù)據(jù)差異。
（2）以季節(jié)為單位，分析各個(gè)季節(jié)車輛Load profile數(shù)據(jù)，分析季節(jié)差異，獲取環(huán)境溫度對(duì)車輛影響的相關(guān)數(shù)據(jù)。
（3）基于雨刮數(shù)據(jù)、燈光數(shù)據(jù)，區(qū)分季節(jié)，分析雨天疊加溫度、夜晚對(duì)車輛Load profile數(shù)據(jù)的影響，獲取極端情況下，車輛最大Load profile數(shù)據(jù)信息。
（4）基于車速、ON/ACC信號(hào)，分析車輛運(yùn)行、非運(yùn)行情況下的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)發(fā)電機(jī)、DC-DC及蓄電池參數(shù)選型，以及整車休眠設(shè)計(jì)。
（5）以年為單位，對(duì)比分析同一臺(tái)車，在不同年份的Load profile數(shù)據(jù)，獲取季節(jié)（？）對(duì)車輛影響的相關(guān)數(shù)據(jù)。
（6）以年為單位，分析同類車型Load profile數(shù)據(jù)，找出差異，形成Load profile數(shù)據(jù)庫(kù)，可提前發(fā)現(xiàn)車輛異常，降低維修成本，同時(shí)指導(dǎo)駕駛員合理用車，降低使用成本。
（7）分析最大Load profile，通過(guò)軟件策略或用車指導(dǎo)，降低整車最大沖擊電流，提高車輛運(yùn)行安全性，降低車輛設(shè)計(jì)裕量，降低車輛成本，指導(dǎo)車輛軟件策略設(shè)計(jì)。
2. 維保提醒
根據(jù)上面的分析，基于大數(shù)據(jù)，可以對(duì)車上每個(gè)負(fù)載建立畫像，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)及負(fù)載特性，進(jìn)行零部件壽命分析及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估。
比如一般的鹵素大燈，燈泡壽命500h～600h，這就可以提前提醒用戶更換燈泡，避免燈壞了以后再去更換。就像我們用iwatch監(jiān)控我們的日常運(yùn)動(dòng)、睡眠、卡路里數(shù)據(jù)一樣，發(fā)現(xiàn)異?？梢约皶r(shí)提醒我們改正生活習(xí)慣或者進(jìn)行體檢，注意身體健康。
3. 故障預(yù)警
基于用戶用車習(xí)慣的大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，進(jìn)行故障預(yù)警。比如某些回路電流雖然在正常范圍內(nèi)，但結(jié)合大數(shù)據(jù)分析卻存在異常，就可以及時(shí)通過(guò)儀表或APP提醒用戶進(jìn)行檢查，避免車輛運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
4. 商用車運(yùn)營(yíng)成本降低
對(duì)于商用車，由于其用車特點(diǎn)導(dǎo)致維修較多，每一次故障都意味著運(yùn)營(yíng)成本的提高。所以就可以結(jié)合維修數(shù)據(jù)，給每輛車建立一個(gè)數(shù)字維修車間，為車輛維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐，提前預(yù)警，防止車輛運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障，降低運(yùn)營(yíng)成本。
通過(guò)以上分析，小伙伴們是不是又發(fā)現(xiàn)了一些“軟件付費(fèi)”的商機(jī)了呢？對(duì)特斯拉的“硬件預(yù)埋+軟件付費(fèi)”模式是不是又有了新的理解了呢？
長(zhǎng)期以來(lái)，我們只盯著硬件BOM成本，不怎么考慮迭代成本、車輛制造成本、用戶維護(hù)成本，以及“硬件的軟件價(jià)值”，馬斯克在這一點(diǎn)上是不是對(duì)我們進(jìn)行了“降維打擊”了呢？馬斯克的 “第一性原理”實(shí)際上是站在了更高的維度上去思考全局性問(wèn)題，進(jìn)而提出解決方案，這一點(diǎn)很值得我們思考。
講到這里大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，這是不是又和自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)的“場(chǎng)景——數(shù)據(jù)——算法”的模型聯(lián)系起來(lái)了呢？傳統(tǒng)配電盒升級(jí)到智能配電盒后，便帶來(lái)了數(shù)字化，進(jìn)而產(chǎn)生了數(shù)據(jù)；但光有數(shù)據(jù)不行，顆粒度不夠也不行，僅僅數(shù)據(jù)量大沒(méi)有維度也不行，在數(shù)字化且顆粒度足夠細(xì)化以后，結(jié)合使用場(chǎng)景便出現(xiàn)了多維度的數(shù)據(jù)；再加上快速迭代的算法，然后再回到使用場(chǎng)景，數(shù)據(jù)+算法+場(chǎng)景就協(xié)同起來(lái)了，于是，價(jià)值便產(chǎn)生了。
回到標(biāo)題，特斯拉為什么要干掉保險(xiǎn)絲和繼電器？想必各位小伙伴都已經(jīng)有了自己的答案。很多時(shí)候我們看到的只是結(jié)果，而非原因，但這個(gè)結(jié)果給我們指明了未來(lái)的路。
限于篇幅，自動(dòng)駕駛商用車的電氣架構(gòu)我們將在下篇文章進(jìn)行深入分析，敬請(qǐng)期待！
參考文獻(xiàn)：
