改變車(chē)輛體系架構：創(chuàng )新的轉折點(diǎn)

長(cháng)期以來(lái)，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)一直樂(lè )于擁抱新興技術(shù)。制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(chē)都變得更加先進(jìn)。雖然汽車(chē)產(chǎn)業(yè)保持持續不斷的進(jìn)步，但這幾十年來(lái)，汽車(chē)的整體設計幾乎沒(méi)有什么變化，無(wú)論是在制造方式或是車(chē)輛架構方面。


圖一 : 制造技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現下一代汽車(chē)架構必須克服的最大障礙之一。

盡管電子技術(shù)推動(dòng)了許多尖端功能在新型車(chē)輛中實(shí)現，但用于連接電子裝置的制造技術(shù)發(fā)展速度卻落后于硬件和軟件，這種停滯不前會(huì )拖累未來(lái)的汽車(chē)發(fā)展。事實(shí)上，近期Molex莫仕和Mouser贊助的一項調查研究顯示，超過(guò)57%的受訪(fǎng)專(zhuān)業(yè)人士認為，制造技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現下一代汽車(chē)架構必須克服的最大障礙之一。

缺乏變化的原因在于守舊。汽車(chē)制造商在開(kāi)發(fā)每一輛新車(chē)時(shí)，都是在上一代基礎上來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。由于業(yè)界這種對于傳統設計的依賴(lài)，意味著(zhù)無(wú)論汽車(chē)電子控制領(lǐng)域出現了多少創(chuàng )新技術(shù)，制造商都必須將每項新功能融入現有的車(chē)輛架構中。

電子產(chǎn)品的價(jià)值
轉變的轉折點(diǎn)已經(jīng)來(lái)到?，F在電子產(chǎn)品對于汽車(chē)制造至關(guān)重要，以致占據了現今許多車(chē)輛價(jià)值的一半以上。新功能由專(zhuān)用電子控制單元（ECU）控制，現在許多汽車(chē)需要100到150個(gè)ECU才能正常工作，而每個(gè)ECU都必須連接到現時(shí)貫穿車(chē)身的電纜線(xiàn)束上。然而，同時(shí)出現的多項新興技術(shù)，正迅速將這種演變推向一場(chǎng)革命。

新能源汽車(chē)是這些新興技術(shù)的主要載體。全球對環(huán)境影響的深切擔憂(yōu)，使得許多汽車(chē)制造商積極尋求燃油車(chē)的替代品。大多數制造商已經(jīng)在生產(chǎn)混合動(dòng)力或電動(dòng)汽車(chē)，其中一些廠(chǎng)商已經(jīng)承諾完全停止生產(chǎn)燃油車(chē)。隨著(zhù)純電動(dòng)汽車(chē)的面世，使其需承載較高電流，電纜線(xiàn)束迎來(lái)重大改進(jìn)。

汽車(chē)制造商也在采用智能駕駛輔助系統（ADAS），這項革新技術(shù)有望提升安全性和便利性。但部署ADAS需要使用一系列傳感器，讓每輛車(chē)都能檢測周?chē)h(huán)境并提醒駕駛人注意潛在危險。每個(gè)傳感器都需要一個(gè)ECU來(lái)提供控制，并通過(guò)電纜傳送電力和實(shí)現高速數據連接。

ADAS之后的下一個(gè)技術(shù)發(fā)展方向，就是自主（自動(dòng)駕駛）車(chē)輛。事實(shí)上，在Molex莫仕/Mouser調查中，有81%專(zhuān)業(yè)人士認為IV級自動(dòng)駕駛功能將在未來(lái)10年內成為新車(chē)的標準功能。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)可以獲得傳感器數組收集的數據，同時(shí)進(jìn)行處理并作出瞬間決策，以避免危險和實(shí)現安全駕駛。以最小延遲來(lái)處理大量數據，需要龐大的計算能力，遠遠超過(guò)當代任何車(chē)輛的計算能力。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)不僅依賴(lài)更多的傳感器和計算機，還將使用高速無(wú)線(xiàn)連接與其他道路用戶(hù)共享數據。通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2X）通訊技術(shù)，車(chē)輛可以與其他道路使用者、行人甚至交通控制基礎設施進(jìn)行通訊，從而建立更安全、更高效的交通系統。

新技術(shù)需要新方法
電力技術(shù)的進(jìn)步，以及ADAS、自動(dòng)駕駛汽車(chē)和無(wú)線(xiàn)通信功能的日益復雜化，將要求汽車(chē)連接方式的革新。設計人員無(wú)法再簡(jiǎn)單添加更多的ECU及其相關(guān)接線(xiàn)?，F代汽車(chē)中擠滿(mǎn)各項技術(shù)，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布線(xiàn)，也是一個(gè)要考慮的主要因素。汽車(chē)的連接線(xiàn)束是龐大而復雜的系統，每增添一臺新設備都會(huì )帶來(lái)更多的重量和復雜性。此外，線(xiàn)束是汽車(chē)制造領(lǐng)域中為數不多的手工操作零件之一，因而是安裝最耗時(shí)、成本最高的零件之一。

未來(lái)十年將會(huì )變得司空見(jiàn)慣的新興技術(shù)，無(wú)法使用傳統的電纜線(xiàn)束進(jìn)行整合。若市場(chǎng)出現高功率和超過(guò)10 Gbps數據速率的需求，則需要新的硬件和數據管理技術(shù)。

 
圖二 : 每個(gè)區域體系（Zonal）架構的網(wǎng)關(guān)，都會(huì )連接到車(chē)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(chē)輛布線(xiàn)的未來(lái)發(fā)展方向。傳統車(chē)輛使用功能域體系（domain）架構，其中按照相似功能進(jìn)行分組，導致設計高度復雜。Zonal架構則使用簡(jiǎn)化的結構取代復雜的網(wǎng)絡(luò )。車(chē)輛的功能按車(chē)輛內的位置分組，包括燈和傳感器、馬達和控制裝置。每個(gè)位置都被描述為一個(gè)區域，并由靠近的網(wǎng)關(guān)來(lái)控制。利用這種方式，可以縮短將組件連接到控制器的電纜長(cháng)度，從而將復雜性和重量減至最低。

每個(gè)Zonal網(wǎng)關(guān)都連接到車(chē)輛核心的中央計算叢集，因而可以通過(guò)一條小型高速網(wǎng)絡(luò )電纜進(jìn)行跨區域通訊（inter-zonal communication），從而大大減少了車(chē)輛中的電纜線(xiàn)束的數量和體積。
結合車(chē)輛動(dòng)力、通訊和自動(dòng)駕駛技術(shù)的變革，引入區域體系Zonal架構代表著(zhù)歷代車(chē)輛演變中的最大的設計革新。傳統設計方法無(wú)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(chē)產(chǎn)業(yè)所需的解決方案。
（本文作者孔敏為Molex中國區汽車(chē)事業(yè)部資深銷(xiāo)售總監）