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改变车辆体系架构:创新的转捩点
 

【作者: 孔敏】2022年07月14日 星期四

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长期以来,汽车产业一直乐於拥抱新兴技术。制造商不断推出提升安全性、效率和乘客舒适度的全新功能,使得每一代汽车都变得更加先进。虽然汽车产业保持持续不断的进步,但这几十年来,汽车的整体设计几??没有什麽变化,无论是在制造方式或是车辆架构方面。



图一 : 制造技术问题是实现下一代汽车架构必须克服的最大障碍之一。
图一 : 制造技术问题是实现下一代汽车架构必须克服的最大障碍之一。

尽管电子技术推动了许多尖端功能在新型车辆中实现,但用於连接电子装置的制造技术发展速度却落後於硬体和软体,这种停滞不前会拖累未来的汽车发展。事实上,近期Molex莫仕和Mouser赞助的一项调查研究显示,超过57%的受访专业人士认为,制造技术问题是实现下一代汽车架构必须克服的最大障碍之一。


缺乏变化的原因在於守旧。汽车制造商在开发每一辆新车时,都是在上一代基础上来进行开发。由於业界这种对於传统设计的依赖,意味着无论汽车电子控制领域出现了多少创新技术,制造商都必须将每项新功能融入现有的车辆架构中。


电子产品的价值

转变的转捩点已经来到。现在电子产品对於汽车制造至关重要,以致占据了现今许多车辆价值的一半以上。新功能由专用电子控制单元(ECU)控制,现在许多汽车需要100到150个ECU才能正常工作,而每个ECU都必须连接到现时贯穿车身的电缆线束上。然而,同时出现的多项新兴技术,正迅速将这种演变推向一场革命。


新能源汽车是这些新兴技术的主要载体。全球对环境影响的深切担??,使得许多汽车制造商积极寻求燃油车的替代品。大多数制造商已经在生产混合动力或电动汽车,其中一些厂商已经承诺完全停止生产燃油车。随着纯电动汽车的面世,使其需承载较高电流,电缆线束迎来重大改进。


汽车制造商也在采用智慧驾驶辅助系统(ADAS),这项革新技术有??提升安全性和便利性。但部署ADAS需要使用一系列感测器,让每辆车都能检测周围环境并提醒驾驶人注意潜在危险。每个感测器都需要一个ECU来提供控制,并通过电缆传送电力和实现高速资料连接。


ADAS之後的下一个技术发展方向,就是自主(自动驾驶)车辆。事实上,在Molex莫仕/Mouser调查中,有81%专业人士认为IV级自动驾驶功能将在未来10年内成为新车的标准功能。


自动驾驶汽车可以获得感测器阵列收集的资料,同时进行处理并作出瞬间决策,以避免危险和实现安全驾驶。以最小延迟来处理大量资料,需要庞大的计算能力,远远超过当代任何车辆的计算能力。


自动驾驶汽车不仅依赖更多的感测器和电脑,还将使用高速无线连接与其他道路使用者共用资料。通过车联网(V2X)通讯技术,车辆可以与其他道路使用者、行人甚至交通控制基础设施进行通讯,从而建立更安全、更高效的交通系统。


新技术需要新方法

电力技术的进步,以及ADAS、自动驾驶汽车和无线通讯功能的日益复杂化,将要求汽车连接方式的革新。设计人员无法再简单添加更多的ECU及其相关接线。现代汽车中挤满各项技术,留给设计人员的空间很少了。


将所有电子系统连接在一起所需的布线,也是一个要考虑的主要因素。汽车的连接线束是庞大而复杂的系统,每增添一台新设备都会带来更多的重量和复杂性。此外,线束是汽车制造领域中为数不多的手工操作零件之一,因而是安装最耗时、成本最高的零件之一。


未来十年将会变得司空见惯的新兴技术,无法使用传统的电缆线束进行整合。若市场出现高功率和超过10 Gbps资料速率的需求,则需要新的硬体和资料管理技术。


图二 : 每个区域体系(Zonal)架构的闸道,都会连接到车辆核心的中央计算丛集。(source:Molex)
图二 : 每个区域体系(Zonal)架构的闸道,都会连接到车辆核心的中央计算丛集。(source:Molex)

区域体系架构

区域体系(Zonal)架构是车辆布线的未来发展方向。传统车辆使用功能域体系(domain)架构,其中按照相似功能进行分组,导致设计高度复杂。Zonal架构则使用简化的结构取代复杂的网路。车辆的功能按车辆内的位置分组,包括灯和感测器、马达和控制装置。每个位置都被描述为一个区域,并由靠近的闸道来控制。利用这种方式,可以缩短将元件连接到控制器的电缆长度,从而将复杂性和重量减至最低。


每个Zonal闸道都连接到车辆核心的中央计算丛集,因而可以通过一条小型高速网路电缆进行跨区域通讯(inter-zonal communication),从而大大减少了车辆中的电缆线束的数量和体积。


结合车辆动力、通讯和自动驾驶技术的变革,引入区域体系Zonal架构代表着历代车辆演变中的最大的设计革新。传统设计方法无法提供现代消费者所需要的高性能和高可靠性,而区域体系Zonal架构能够提供汽车产业所需的解决方案。


(本文作者孔敏为Molex中国区汽车事业部资深销售总监)


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