關(guān)于汽車電子三大連接技術(shù)挑戰(zhàn)

全球汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一場深刻的變革。根據(jù)國際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，到2030年全球道路上行駛的純電動(dòng)汽車（BEV）將達(dá)到2.5億輛，屆時(shí)新車銷售中電動(dòng)汽車的滲透率將達(dá)到60%！而且，越來越多的人認(rèn)識(shí)到，這場變革并不是簡單的“電池代替油箱”，而是重塑未來交通和出行的新起點(diǎn)。

當(dāng)然，處于這場變革中心的，還是汽車。對于未來汽車的形態(tài)，人們會(huì)有諸多預(yù)測和暢想，不過時(shí)至今日，其三大發(fā)展趨勢——也可以稱為三大轉(zhuǎn)變——已經(jīng)日漸清晰。

動(dòng)力能源的轉(zhuǎn)變

從傳統(tǒng)的化石能源，轉(zhuǎn)向更為綠色環(huán)保的電能，電氣化是未來汽車的一大標(biāo)志。這一“驅(qū)動(dòng)力”的變化，將對原有的汽車產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生顛覆性的影響，并且正在延伸至更廣泛的出行領(lǐng)域，如電動(dòng)垂直起降飛行器（eVTOL）的發(fā)展。

價(jià)值重心的改變

隨著汽車智能化的發(fā)展，汽車電子設(shè)備在整車成本中的比重也在不斷提升，隨之而來的則是——數(shù)據(jù)正在成為汽車的新“燃料”，在提升安全和舒適性、創(chuàng)造全新的用戶體驗(yàn)和商業(yè)價(jià)值方面，發(fā)揮更為重要的作用。

功能定位的改變

從先進(jìn)的導(dǎo)航到信息娛樂系統(tǒng)，再到自動(dòng)駕駛技術(shù)，未來的汽車將不再僅僅是一種交通工具，而成為了名副其實(shí)的車輪上的“數(shù)據(jù)中心”，產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，并與周圍及云端的智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，汽車的功能定位也會(huì)隨之發(fā)生變化。

當(dāng)我們按照這樣的愿景，仔細(xì)描繪未來汽車及交通運(yùn)輸業(yè)的藍(lán)圖時(shí)，不難發(fā)現(xiàn)，“連接”將成為其中越來越重要的一環(huán)。無論是電力傳輸，還是數(shù)據(jù)通信，抑或是無線互聯(lián)，先進(jìn)的連接技術(shù)都將會(huì)重新定義未來汽車，使其不僅是更智能、更安全、更綠色的交通工具，還將成為整個(gè)生態(tài)鏈的信息中樞，無縫連接用戶、車企、交通管理，以及眾多相關(guān)服務(wù)提供商。

有前瞻性的技術(shù)廠商，已經(jīng)在為未來汽車所需的“連接技術(shù)”進(jìn)行布局。比如TE Connectivity（以下簡稱TE)，就利用自身深厚的技術(shù)積累，以及在汽車行業(yè)豐富的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，順應(yīng)汽車行業(yè)發(fā)展的三大趨勢，提供針對性的產(chǎn)品和解決方案。

支持大功率直流充電

在汽車電氣化的進(jìn)程中，充電速度慢一直是個(gè)瓶頸。目前普遍采用的直流快速充電設(shè)備可提供的功率在50kW至200kW，充電一個(gè)小時(shí)可為電動(dòng)汽車增加300公里的行駛里程。這個(gè)表現(xiàn)對于大多數(shù)應(yīng)用場景似乎已經(jīng)足夠了，但對于長途旅行需要快速補(bǔ)能的用戶來說還是不夠快，而且與傳統(tǒng)燃油車的加油體驗(yàn)相比，仍然有不小的差距。

解決這個(gè)痛點(diǎn)，開發(fā)更大功率的直流充電（HPC）技術(shù)是必由之路。為此，包括國際汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）、國際電工委員會(huì)（IEC）、充電接口倡議組織（CharIN）和CHAdeMO協(xié)會(huì)在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)組織，正在推動(dòng)支持HPC的物理接口標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)協(xié)議的制訂，有望在不久的將來將直流充電功率提升至500kW，并向兆瓦級邁進(jìn)。

不過，更高的直流充電功率對于相關(guān)連接器的挑戰(zhàn)也是顯而易見的，歸納起來，這些挑戰(zhàn)將包括但不限于：

需要優(yōu)化觸點(diǎn)系統(tǒng)，如開發(fā)新的觸點(diǎn)鍍層，以降低接觸電阻，減少由于大功率而產(chǎn)生的熱量，同時(shí)減輕由大量連接插拔而產(chǎn)生的磨損，獲得更長的使用壽命。

大功率會(huì)給整個(gè)連接路徑帶來更為嚴(yán)峻的熱管理挑戰(zhàn)，這就需要更先進(jìn)的仿真和更精確的傳感技術(shù)提供參考信息，以實(shí)現(xiàn)更智能的電源管理。

安全性是另一個(gè)不容忽視的問題，較高電壓可能導(dǎo)致觸電以及電弧放電等風(fēng)險(xiǎn)，電阻產(chǎn)生的熱量也會(huì)導(dǎo)致灼傷，這些都需要在設(shè)計(jì)連接器時(shí)予以考慮。

此外，在承載高電壓、大電流的同時(shí)，如何控制好連接器的尺寸，令其具有盡可能輕巧的外形以及更好的成本效益，也是打造一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品必須考量的問題。

面對上述這些大功率連接挑戰(zhàn)，TE開發(fā)出了一系列解決方案。其中，PowerTube連接器就?常適合于電動(dòng)?業(yè)和商??輛中的?功率應(yīng)?，可以支持高達(dá)580A連續(xù)電流（取決于電線尺寸和溫度）以及1,000V電壓。

PowerTube連接器具有IP6K9K防塵防水等級，連接器位置保證（CPA）、堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)以及高壓聯(lián)鎖回路（HVIL）等安全特性，可承受發(fā)動(dòng)機(jī)級振動(dòng)及車用環(huán)境的考驗(yàn)，提供可靠、安全的連接。其還提供圓形360°屏蔽，有利于實(shí)現(xiàn)EMI保護(hù)。

該系列連接器的接頭采用可擴(kuò)展和模塊化設(shè)計(jì)，有180°或90°方向可供選擇，每個(gè)連接器至多可提供3位，支持35mm2至150mm2之間的多種線徑。其改進(jìn)的圓形設(shè)計(jì)簡化了電纜布線和連接器組裝，進(jìn)一步提升了現(xiàn)場操作的便利性。

總之，在實(shí)現(xiàn)汽車電氣化，向更大功率系統(tǒng)邁進(jìn)的旅程上，PowerTube連接器絕對是一位值得信賴的“旅伴”。

圖2：PowerTube連接器特性

賦能汽車以太網(wǎng)

上文提到，汽車的智能化讓“數(shù)據(jù)”的價(jià)值日益凸顯。有分析顯示，無人駕駛汽車每天可以產(chǎn)生超過4TB的數(shù)據(jù)，如此巨大的數(shù)據(jù)量不僅會(huì)對車載高性能計(jì)算和處理提出更高的要求，對于車載網(wǎng)絡(luò)（IVN）也是巨大的挑戰(zhàn)。

面對汽車中越來越多的ECU、傳感器，以及越來越大的數(shù)據(jù)帶寬需求，傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如CAN、FlexRay、MOST和LIN協(xié)議等）愈發(fā)顯得捉襟見肘，因此進(jìn)入21世紀(jì)之后，開發(fā)者開始探索將可信的以太網(wǎng)協(xié)議引入汽車應(yīng)用的可行性。2016年，IEEE 802.3bw中發(fā)布了第一個(gè)汽車以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)100BASE-T1，意味著支持更大數(shù)據(jù)吞吐量、能夠有效簡化車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)和布線復(fù)雜性、且滿足安全可靠性要求的汽車以太網(wǎng)的發(fā)展，已經(jīng)是大勢所趨。

圖3：汽車以太網(wǎng)與其他車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較

（圖源：TE Connectivity）

今天，汽車以太網(wǎng)技術(shù)仍處于快速演進(jìn)之中，單對以太網(wǎng)（SPE）技術(shù)的出現(xiàn)，以及伴隨著汽車電子電氣架構(gòu)區(qū)域化控制而發(fā)展出的10BASE-T1S標(biāo)準(zhǔn)，都在為汽車以太網(wǎng)技術(shù)的最終規(guī)?；逃娩伷降缆贰?/p>

伴隨著汽車以太網(wǎng)的發(fā)展，相關(guān)連接技術(shù)也是亦步亦趨，為其提供有力的支撐。TE的MATEnet汽車以太網(wǎng)連接器，符合IEEE 100BASE-T1和1000BASE-T1標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1Gbps，采用優(yōu)化的替代技術(shù)更是可以實(shí)現(xiàn)6Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。與此同時(shí)，為了適應(yīng)惡劣的汽車環(huán)境，MATEnet連接器采用NanoMQS端子系統(tǒng)，提供了出色的汽車級穩(wěn)健性。

（圖源：TE Connectivity）

在靈活性方面，MATEnet汽車以太網(wǎng)連接器具有多達(dá)10個(gè)腳位以及垂直和直角安裝，兼容非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP），并且提供適合汽車連接性構(gòu)建模塊的模塊化可擴(kuò)展解決方案，可以為各類汽車以太網(wǎng)應(yīng)用提供高性價(jià)比的解決方案，適用于車載網(wǎng)絡(luò)、ADAS和360°環(huán)視攝像頭等各類車載應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)車用5G互聯(lián)

未來汽車功能定位的改變，決定了其不再是一種單純的交通工具，而是未來龐大的智能交通體系中的一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。車聯(lián)網(wǎng)（V2X）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它使得汽車能夠與其他汽車、路邊的智能交通設(shè)施、攜帶智能手機(jī)的行人等進(jìn)行溝通，確保更高級別自動(dòng)化駕駛的安全性，也可以提供更豐富的信息和娛樂服務(wù)，或者擴(kuò)展出車隊(duì)管理、遠(yuǎn)程物流監(jiān)控等新的商業(yè)模式。

圖5：V2X車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景

（圖源：TE Connectivity）

想要實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)，讓汽車內(nèi)部與外部的數(shù)據(jù)通信和交互，自然需要無線連接技術(shù)的加持。而5G的持續(xù)進(jìn)步，正好可以為未來的車載無線互聯(lián)鋪平道路。相較于基于IEEE 802.11p的競爭性DSRC技術(shù)，基于5G的C-V2X技術(shù)獲得了越來越多國家和地區(qū)的青睞，有望成為未來構(gòu)建車聯(lián)網(wǎng)的首選技術(shù)。

天線是實(shí)現(xiàn)5G通信中不可或缺的一環(huán)，而應(yīng)用在汽車中的5G天線，又要受到耐用性、安全性和靈活性等諸多條件的約束。

TE / Laird的外置5G Phantom天線就是汽車5G互聯(lián)的理想選擇。該系列天線覆蓋617MHz至7125MHz或698MHz至7125MHz頻段，可在無需固定接地平面的情況下提供全球蜂窩覆蓋，即使對于需要600MHz較低頻段的區(qū)域也可適用，平均效率超過95%。

由于采用直接安裝的螺紋螺柱設(shè)計(jì)并集成N母頭連接器，因此5G Phantom天線可實(shí)現(xiàn)防篡改安裝，確保安全性。直接同軸連接使得該天線即使在較高頻率下也能提供一致的性能，避免了其他安裝方法容易造成的性能損失。

5G Phantom天線外形緊湊，具有IP67的防護(hù)等級，可提供高達(dá)8.0 dBi的增益，且各個(gè)輻射方向上的性能十分均勻一致，可有效減少信號丟失的幾率。應(yīng)該說，其為了支持汽車5G應(yīng)用，在各方面的考慮都非常周全。

圖7：5G Phantom天線電氣特性

（圖源：TE Connectivity）

本文小結(jié)

未來汽車什么樣？隨著汽車科技的進(jìn)步，這個(gè)問題的答案已經(jīng)越來越清晰。電氣化、智能化、互聯(lián)化的汽車進(jìn)化大趨勢，也對相關(guān)的大功率傳輸、數(shù)據(jù)通信和5G互聯(lián)等連接技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。

好消息是，應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，TE等實(shí)力技術(shù)廠商已經(jīng)給出了前瞻性的解決方案。它們不僅可以為創(chuàng)新的汽車應(yīng)用提供可靠而高性能的電氣連接，也為我們提供了一條“連接”未來的技術(shù)捷徑，讓更多今天的創(chuàng)想得以在明天實(shí)現(xiàn)。

審核編輯：黃飛

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