如何采用分區(qū)架構(gòu)提升車輛的簡(jiǎn)易性

各種車輛功能推陳出新，傳統(tǒng)的域架構(gòu) (Domain Architecture)也面臨挑戰(zhàn)。本文將介紹交通運(yùn)輸行業(yè)如何采用分區(qū)架構(gòu) (Zonal Architecture)來(lái)提升車輛的簡(jiǎn)易性、效率、維護(hù)和制造。

在飛速發(fā)展的汽車制造領(lǐng)域，正在從過(guò)去滿載 ECU 的汽車向未來(lái)以數(shù)據(jù)為中心的流線型汽車轉(zhuǎn)變。分區(qū)架構(gòu)的概念正在重新定義從車輛設(shè)計(jì)到道路行駛性能、維護(hù)和制造流程等各個(gè)方面。

汽車行業(yè)正處于變革，分區(qū)架構(gòu)的整合有望提升車輛設(shè)計(jì)的效率和連接性。這項(xiàng)技術(shù)的革新簡(jiǎn)化了以往過(guò)于復(fù)雜的系統(tǒng)，為汽車電子產(chǎn)品樹立了標(biāo)桿。

什么是域架構(gòu)和分區(qū)架構(gòu)？

域架構(gòu)和分區(qū)架構(gòu)是汽車電氣架構(gòu)的兩種設(shè)計(jì)方法。長(zhǎng)期以來(lái)，域架構(gòu)一直是提供汽車功能的傳統(tǒng)方法，但汽車性能和消費(fèi)者的需求正在迫使業(yè)界轉(zhuǎn)向更靈活的分區(qū)架構(gòu)。然而，上舉需要大規(guī)模設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，要求細(xì)心籌劃每一個(gè)開發(fā)步驟以及每一級(jí)架構(gòu)。

什么是域架構(gòu)？

域架構(gòu)是一種按照功能構(gòu)建車輛電氣架構(gòu)連線的方法，從而為整車提供控制功能。無(wú)論是動(dòng)力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)還是信息娛樂系統(tǒng)，每功能項(xiàng)目群組都有自己的域控制器。

但幾十年來(lái)，隨著新系統(tǒng)和新功能的增加，汽車內(nèi)部的線路連接日漸增加。從電源到電子控制單元（ECU）及設(shè)備的重復(fù)連接，導(dǎo)致布線冗余且擁擠。這種逐漸累積的布線被認(rèn)為是扁平的架構(gòu)，使得汽車設(shè)計(jì)難以擴(kuò)展。

域架構(gòu)一直在努力擺脫平面布局，以提高適應(yīng)性。目前，大多數(shù)制造商都采用了以域?yàn)橹行牡脑O(shè)計(jì)，但域架構(gòu)也面臨著新的限制。單個(gè)域可以橫跨整個(gè)車輛；事實(shí)上，大多數(shù)車輛都是如此，而且每臺(tái)設(shè)備都需要與控制器進(jìn)行獨(dú)特的連接。這種復(fù)雜的跨車輛(vehicle-spanning)域網(wǎng)絡(luò)需要極其大量的布線，既增加了重量，又降低了效率。

采用傳統(tǒng)架構(gòu)或域架構(gòu)的車輛需要安裝 100 到 150 個(gè)ECU，每個(gè)ECU單元都需要自己的專用線路，這就形成了非常復(fù)雜和耗費(fèi)空間的線束系統(tǒng)。值得注意的是，雖然汽車系統(tǒng)的其他部分已轉(zhuǎn)向自動(dòng)化或機(jī)器人裝配，但這些線束仍然需要針對(duì)每種車型進(jìn)行定制和手工裝配。

盡管域架構(gòu)相比傳統(tǒng)的平面布線系統(tǒng)有所改進(jìn)，但它只是向完全模塊化的可適應(yīng)方法邁出了一步，并未達(dá)到成功。

什么是分區(qū)架構(gòu)？

分區(qū)架構(gòu)將電氣控制器分散到多個(gè)模塊區(qū)或硬件網(wǎng)關(guān)，這些模塊區(qū)或硬件網(wǎng)關(guān)分布在車輛的各個(gè)位置。各種功能的設(shè)備連接到最近的網(wǎng)關(guān)，而不是采用域分組形式。分區(qū)架構(gòu)將每組電氣功能分配給專用的分區(qū)控制器，從而重新規(guī)劃了汽車電子設(shè)備的整體線路方案。這種戰(zhàn)略性的控制器布局大大縮短了布線長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化了電源和信號(hào)傳輸，并且釋放更多空間，為將車輛打造成車輪上的數(shù)據(jù)中心奠定了基礎(chǔ)。

分區(qū)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

通過(guò)將設(shè)備和計(jì)算機(jī)控制建構(gòu)在孤立的中樞之內(nèi)，提供了所需的可擴(kuò)展性以容納高速數(shù)據(jù)和各種電子系統(tǒng)。此外，分區(qū)架構(gòu)還為汽車制造商帶來(lái)了效率、安全、維護(hù)和生產(chǎn)方面的多項(xiàng)全新優(yōu)勢(shì)。

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減輕銅纜重量

傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)使用大量銅線，顯著增加了車輛的重量，這不利于提高效率和性能。有些線束配置包含長(zhǎng)達(dá)5 公里的電線。域系統(tǒng)布線在車輛重量中平均占了45 至 55 公斤，最大約為 68 公斤。

采用分區(qū)架構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)的汽車生產(chǎn)線，如特斯拉的 Model 3生產(chǎn)線，大大縮短了布線長(zhǎng)度(從3千米縮短至 1.5 千米)，線束總重量則顯著減少了 85%。

通過(guò)減少沉重的布線，分區(qū)設(shè)計(jì)顯著減輕了車輛重量。這對(duì)電動(dòng)汽車（EV）尤其有利，因?yàn)槊繙p輕一公斤重量，就能增加續(xù)航里程并提高性能。隨著車輛從 12V 轉(zhuǎn)向 48V 電氣系統(tǒng)，進(jìn)一步改善了重量減輕狀況，因?yàn)?48V電氣系統(tǒng)能夠以更低的電流提供相同的功率，從而減低電線的直徑和相應(yīng)的重量。由于導(dǎo)線更細(xì)、布線更簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)人員還可以騰出更多空間來(lái)容納其他系統(tǒng)。

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提高數(shù)據(jù)和電源可靠性的耐久性

傳統(tǒng)的車輛系統(tǒng)經(jīng)常受到運(yùn)行環(huán)境的影響，連接器尤其容易受到車輛日常使用中的頻繁沖擊和振動(dòng)所影響。域架構(gòu)的集中布局更容易出現(xiàn)全面的故障，在這種情況下，一個(gè)錯(cuò)誤就可能導(dǎo)致整個(gè)電氣網(wǎng)絡(luò)癱瘓，從而增加出現(xiàn)安全問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

更先進(jìn)、更堅(jiān)固的連接器增強(qiáng)了分區(qū)系統(tǒng)的耐用性，這些連接器件經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，能夠承受極端溫度、進(jìn)水和振動(dòng)等路況，確保不間斷供電和高速數(shù)據(jù)傳輸。在區(qū)域內(nèi)，故障安全協(xié)議可以隔離故障，防止出現(xiàn)大面積電氣故障。這種額外的耐久性對(duì)于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和新興的自動(dòng)駕駛汽車領(lǐng)域的安全性和功能性至關(guān)重要。

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簡(jiǎn)化維護(hù)和更新

傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)的維護(hù)十分耗時(shí)。機(jī)械師必須了解每個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的細(xì)微布線，因此即使是簡(jiǎn)單的檢修、修理和更新也是勞動(dòng)密集型的過(guò)程，往往需要專門的技能和設(shè)備。這種復(fù)雜性還增加了維修某項(xiàng)功能進(jìn)行時(shí)破壞其他功能的風(fēng)險(xiǎn)。

分區(qū)架構(gòu)的通用模塊化方法使得人們很容易改進(jìn)或維修車輛，從而大大減少停機(jī)時(shí)間和成本。隔離的分區(qū)使得檢查、診斷和故障排除變得十分簡(jiǎn)單，普通技術(shù)人員都能夠處理。

分區(qū)架構(gòu)還可以通過(guò) Wi-Fi 或 5G 等方式從遠(yuǎn)程部署軟件更新，使得車輛保持最新功能、更新和安全補(bǔ)丁，而無(wú)需技術(shù)人員和人工參與。

4提高制造和裝配效率

集成域架構(gòu)汽車的生產(chǎn)運(yùn)作歷來(lái)都是勞動(dòng)密集型的，尤其是在制作單個(gè)線束時(shí)。每個(gè)線束都是為特定產(chǎn)品量身定制。車輛裝配線上的每一個(gè)工位都要為每一項(xiàng)功能綁扎和連接電線，這個(gè)過(guò)程十分繁瑣。

隨著采用分區(qū)模式，制造流程正處于一場(chǎng)重大革命的邊緣。分區(qū)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)有利于簡(jiǎn)化裝配生產(chǎn)線，特點(diǎn)是預(yù)裝配線束和即插即用互連。這些進(jìn)步提高了電氣子系統(tǒng)的靈活性、自動(dòng)化程度，減少了錯(cuò)誤，并大幅降低了制造成本。

大幅提高效率不僅有利于制造商，也有利于消費(fèi)者，因?yàn)檫@有可能帶來(lái)更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的汽車。

與Molex共同探索分區(qū)架構(gòu)時(shí)代

在汽車設(shè)計(jì)中采用分區(qū)架構(gòu)標(biāo)志著運(yùn)輸行業(yè)的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)變，解決了長(zhǎng)期困擾汽車制造商的復(fù)雜性、重量、耐用性、維護(hù)和裝配等主要難題。

隨著運(yùn)輸行業(yè)在 ADAS、電氣化和共享交通模式方面不斷創(chuàng)新，分區(qū)架構(gòu)成為未來(lái)運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的新基礎(chǔ)。

Molex莫仕處于這項(xiàng)重要變革的前沿，利用豐富的工程專業(yè)知識(shí)開發(fā)連接器和系統(tǒng)，確保未來(lái)的汽車不僅更先進(jìn)，而且可靠、高效、適應(yīng)性強(qiáng)。例如，我們的擴(kuò)展閱讀MX-DaSH數(shù)據(jù)-信號(hào)混合連接器在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了分區(qū)，在單一緊湊型連接器系統(tǒng)中結(jié)合了傳統(tǒng)的電源和信號(hào)以及高速數(shù)據(jù)。

審核編輯：彭菁