摘要：

新技术的迅速引入以及汽车初创公司的蜂拥而入，导致线束开发面临诸多挑战。OEM 和初创公司都必须考虑它们集成到车辆中的技术特性数量和复杂度，因为它们对线束重量、线束直径和成本都有直接的影响。电气化、自动驾驶和驾驶员辅助、人工智能和连接功能，都会给线束带来额外的负担。

新技术

新技术的发展永无止境，当它们与现代车辆相结合，便会导致一种可称为 “内容困境” 的现象。内容困境代表车辆制造商试图整合到车辆中的技术内容与线束所需的重量、成本和封装空间之间的冲突。

推动内容困境的最新技术趋势示例包括(图 1)：

图1:人工智能和连接等新型汽车技术正在给线束设计带来新的挑战.

电动汽车领域的关键客户竞争因素在于里程。车辆一次充电能够行驶的里程越远越好。车辆质量在决定车辆的行驶里程方面起着关键作用，因此，最大限度减小电动汽车的重量，对于能否面向市场推出具有竞争力的成功车辆至关重要。然而，新型车辆技术需要额外的电线和其他电子部件，从而增加了车辆的重量。与内燃机动力系相比，单单引入电动动力系统便增加了约 30% 的车身重量。

自动驾驶需要增加大量硬件冗余和故障安全机制，以防出现可能意外禁用自动驾驶系统的单点故障。系统冗余至关重要，因为如果驾驶员没有注意到或主动参与驾驶和转向过程，意外故障可能会导致车辆碰撞。但是，这些安全冗余也会大幅增加线束的重量和成本。

车辆中的人工智能能够支持面部识别、计算机视觉和其他机器学习算法，通过处理和“学习”传入的数据来帮助实现个性化的用户体验和车辆设置。这需要在整个车辆中包含无数的摄像头和其他硬件。这些摄像头往往通过同轴电缆或高速数据电缆连接到电子控制单元，与传统的汽车布线相比，这些电缆更粗、更重且更昂贵。

最后一点但同样重要的是，车辆作为物联网和车联网的一部分，逐渐变得高度互联，从而将车辆转变为我们在家和在工作中的互联生活之间的无缝接口。将屏幕和显示器集成到几乎任何可以想象到的内表面，表明车辆作为娱乐、通信和生产力的枢纽，正在扮演着越来越重要的角色。

所有这些技术都必须连接到一起，导致线束的重量、直径和成本不断增加（图 2）。一些现代车辆包含近 40 种不同的线束，由大约 700 个连接器和 3000 多根导线构成。如果拆开并拼接为一条连续的直线，这些电线的长度将会超过 2.5 英里（4 公里），重量约为 132 磅 （60 公斤）。此外，还可能有 70 多种专用电缆，如同轴电缆、高速数据电缆和 USB 电缆等。在老式汽车里，这一数字约为 10 种。

图2:随着新功能的集成,现代汽车线束的尺寸和复杂度与日俱增。

那么，今天的汽车制造商应如何化解内容困境呢？通过引入各种方法，帮助开发团队减少增加的内容和技术给线束所需的重量、成本和封装空间造成的影响。

一种解决方案是开发可减轻线束重量的技术。超小直径布线 (0.13mm²) 就是一个很好的例子。不幸的是，行业至今仍难以为所有现有的端子开发出足够数量的能够压接到如此小的布线直径的端子替代物。当前市场上的可用产品无法支持大规模迁移到超小直径布线。

铝布线也面临同样的境况。对于小直径布线而言，纯铝太脆，因此并非可行的选择。端子供应商已纷纷着手开发适合其端子规格的最佳铝合金。这导致市场上出现了各种合金，而且多数情况下，它们与其他供应商的端子互不兼容。反过来，这意味着车辆只有采用一家供应商的连接器，才能做到在整车上使用铝，而这无异于痴人说梦。

另外，改用铝布线需要压缩铝芯，以减小线束尺寸和重量。由于材料特性，铝线直径必须增加至不小于某个尺寸，才能保持与铜布线相同的导电性。在整车甚至在车辆的某个部分改用直径更大的铝线，将会导致线束尺寸大幅增加，并且需要更多的封装空间。

找到特种电缆的替代品将会进一步降低线束重量和成本，并缩小线束直径。未来的摄像头和显示器数量有增无减，因此开发通过标准化布线传输视频和摄像头信号的方法至关重要。或者，寻找方法将这些信号多路复用到一根共用的特种电缆上，并将多个设备接入这些电缆，也能产生同样的效果，即降低线束重量和成本，并缩小线束直径。

另一种方法是，使用 Capital 等先进的软件解决方案，它们可支持权衡研究，优化模块位置和识别任何可组合的模块，以节省重量、成本，并缩小线束尺寸（图 3）。这种方法能够比较和分析布局对线束重量、成本和直径的影响，因而可支持工程师选择最优的系统架构。

图3Capital 可利用成本、重量和线束尺寸指标进行权衡研究,从而优化线束设计.

汽车初创公司的涌现

在过去 10 到 15 年间，汽车行业在第二种趋势的推动下悄然发生了一场革命，即汽车初创公司的激增。如今参与市场角逐的不仅仅是福特、大众或丰田等老牌传统 OEM 了。自 2003 年特斯拉成立以来，越来越多的电动车初创公司不断涌入市场。随之而来的还有它们独有的一系列挑战。

电动车领域的初创公司面临独特的挑战,例如：

缩短产品上市时间会导致所谓的时间困境。老牌 OEM 开发新车型的周期约为 4 到 5 年。相比之下，大多数电动车初创公司往往将目标设定为在短得多的时间内发布车辆，有时甚至不到老牌 OEM 时间预算的一半。令这一困境雪上加霜的是，电动车初创制造商需要从头开发，没

有任何先前的车辆计划可以继承。上市时间短促导致迭代周期或开发阶段也很紧张。

缩短迭代周期和开发阶段本身并无大碍，但加上线束开发所需的较长交货期，便会出现问题。从设计发布到产品交付，线束交货期通常约为 23-26 周。交货期的差异取决于项目在开发周期中执行的变更数量和进度。为了满足下一个开发阶段的截止期限，必须将线束冻结（此时数据/设计已经发布，必须通过正式的变更管理流程才能更新），导致两个开发阶段间只有极少甚至没有任何时间来检查或实施学到的经验教训。当下一次冻结来临时，车辆测试往往甚至还没开始。一旦下一个构建阶段开始，这可能导致大量的返工工作，或在短时间内提出大量变更请求，以便在下一次冻结之前，尽快将变更实施到线束设计中。两种替代方案都有可能导致线束质量下降，并在功能验证期间导致不必要的延迟。

Capital 数字化流程

图4：自动数据传输通过简化领域之间的交互来减少线束设计中的错误。

缩短工程和制造阶段的交货期可令所有工程团队获益。更长的交货期让团队有更多的时间来查找问题，确定适当的布线变更，并在设计中实施这些变更，以用于下一个验证阶段。那么如何才能缩短此交货期？通过消除手动步骤，并自动将信息从一个步骤逐级传递到另一个步骤(图4)。这将大幅减少错误，并降低核实工作结果的必要性。目标是在车辆制造商和供应商的工具链之间建立无缝的集成。