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改變車輛體系架構:創新的轉捩點
 

【作者: 孔敏】   2022年07月14日 星期四

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長期以來,汽車產業一直樂於擁抱新興技術。製造商不斷推出提升安全性、效率和乘客舒適度的全新功能,使得每一代汽車都變得更加先進。雖然汽車產業保持持續不斷的進步,但這幾十年來,汽車的整體設計幾乎沒有什麼變化,無論是在製造方式或是車輛架構方面。



圖一 : 製造技術問題是實現下一代汽車架構必須克服的最大障礙之一。
圖一 : 製造技術問題是實現下一代汽車架構必須克服的最大障礙之一。

儘管電子技術推動了許多尖端功能在新型車輛中實現,但用於連接電子裝置的製造技術發展速度卻落後於硬體和軟體,這種停滯不前會拖累未來的汽車發展。事實上,近期Molex莫仕和Mouser贊助的一項調查研究顯示,超過57%的受訪專業人士認為,製造技術問題是實現下一代汽車架構必須克服的最大障礙之一。


缺乏變化的原因在於守舊。汽車製造商在開發每一輛新車時,都是在上一代基礎上來進行開發。由於業界這種對於傳統設計的依賴,意味著無論汽車電子控制領域出現了多少創新技術,製造商都必須將每項新功能融入現有的車輛架構中。


電子產品的價值

轉變的轉捩點已經來到。現在電子產品對於汽車製造至關重要,以致占據了現今許多車輛價值的一半以上。新功能由專用電子控制單元(ECU)控制,現在許多汽車需要100到150個ECU才能正常工作,而每個ECU都必須連接到現時貫穿車身的電纜線束上。然而,同時出現的多項新興技術,正迅速將這種演變推向一場革命。


新能源汽車是這些新興技術的主要載體。全球對環境影響的深切擔憂,使得許多汽車製造商積極尋求燃油車的替代品。大多數製造商已經在生產混合動力或電動汽車,其中一些廠商已經承諾完全停止生產燃油車。隨著純電動汽車的面世,使其需承載較高電流,電纜線束迎來重大改進。


汽車製造商也在採用智慧駕駛輔助系統(ADAS),這項革新技術有望提升安全性和便利性。但部署ADAS需要使用一系列感測器,讓每輛車都能檢測周圍環境並提醒駕駛人注意潛在危險。每個感測器都需要一個ECU來提供控制,並通過電纜傳送電力和實現高速資料連接。


ADAS之後的下一個技術發展方向,就是自主(自動駕駛)車輛。事實上,在Molex莫仕/Mouser調查中,有81%專業人士認為IV級自動駕駛功能將在未來10年內成為新車的標準功能。


自動駕駛汽車可以獲得感測器陣列收集的資料,同時進行處理並作出瞬間決策,以避免危險和實現安全駕駛。以最小延遲來處理大量資料,需要龐大的計算能力,遠遠超過當代任何車輛的計算能力。


自動駕駛汽車不僅依賴更多的感測器和電腦,還將使用高速無線連接與其他道路使用者共用資料。通過車聯網(V2X)通訊技術,車輛可以與其他道路使用者、行人甚至交通控制基礎設施進行通訊,從而建立更安全、更高效的交通系統。


新技術需要新方法

電力技術的進步,以及ADAS、自動駕駛汽車和無線通訊功能的日益複雜化,將要求汽車連接方式的革新。設計人員無法再簡單添加更多的ECU及其相關接線。現代汽車中擠滿各項技術,留給設計人員的空間很少了。


將所有電子系統連接在一起所需的佈線,也是一個要考慮的主要因素。汽車的連接線束是龐大而複雜的系統,每增添一台新設備都會帶來更多的重量和複雜性。此外,線束是汽車製造領域中為數不多的手工操作零件之一,因而是安裝最耗時、成本最高的零件之一。


未來十年將會變得司空見慣的新興技術,無法使用傳統的電纜線束進行整合。若市場出現高功率和超過10 Gbps資料速率的需求,則需要新的硬體和資料管理技術。


圖二 : 每個區域體系(Zonal)架構的閘道,都會連接到車輛核心的中央計算叢集。(source:Molex)
圖二 : 每個區域體系(Zonal)架構的閘道,都會連接到車輛核心的中央計算叢集。(source:Molex)

區域體系架構

區域體系(Zonal)架構是車輛佈線的未來發展方向。傳統車輛使用功能域體系(domain)架構,其中按照相似功能進行分組,導致設計高度複雜。Zonal架構則使用簡化的結構取代複雜的網路。車輛的功能按車輛內的位置分組,包括燈和感測器、馬達和控制裝置。每個位置都被描述為一個區域,並由靠近的閘道來控制。利用這種方式,可以縮短將元件連接到控制器的電纜長度,從而將複雜性和重量減至最低。


每個Zonal閘道都連接到車輛核心的中央計算叢集,因而可以通過一條小型高速網路電纜進行跨區域通訊(inter-zonal communication),從而大大減少了車輛中的電纜線束的數量和體積。


結合車輛動力、通訊和自動駕駛技術的變革,引入區域體系Zonal架構代表著歷代車輛演變中的最大的設計革新。傳統設計方法無法提供現代消費者所需要的高性能和高可靠性,而區域體系Zonal架構能夠提供汽車產業所需的解決方案。


(本文作者孔敏為Molex中國區汽車事業部資深銷售總監)


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