改變車輛體系架構(gòu)：創(chuàng)新的轉(zhuǎn)折點

長期以來，汽車產(chǎn)業(yè)一直樂于擁抱新興技術(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，使得每一代汽車都變得更加先進(jìn)。雖然汽車產(chǎn)業(yè)保持持續(xù)不斷的進(jìn)步，但這幾十年來，汽車的整體設(shè)計幾乎沒有什么變化，無論是在制造方式或是車輛架構(gòu)方面。


圖一 : 制造技術(shù)問題是實現(xiàn)下一代汽車架構(gòu)必須克服的最大障礙之一。

盡管電子技術(shù)推動了許多尖端功能在新型車輛中實現(xiàn)，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，這種停滯不前會拖累未來的汽車發(fā)展。事實上，近期Molex莫仕和Mouser贊助的一項調(diào)查研究顯示，超過57%的受訪專業(yè)人士認(rèn)為，制造技術(shù)問題是實現(xiàn)下一代汽車架構(gòu)必須克服的最大障礙之一。

缺乏變化的原因在于守舊。汽車制造商在開發(fā)每一輛新車時，都是在上一代基礎(chǔ)上來進(jìn)行開發(fā)。由于業(yè)界這種對于傳統(tǒng)設(shè)計的依賴，意味著無論汽車電子控制領(lǐng)域出現(xiàn)了多少創(chuàng)新技術(shù)，制造商都必須將每項新功能融入現(xiàn)有的車輛架構(gòu)中。

電子產(chǎn)品的價值
轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點已經(jīng)來到?，F(xiàn)在電子產(chǎn)品對于汽車制造至關(guān)重要，以致占據(jù)了現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)時貫穿車身的電纜線束上。然而，同時出現(xiàn)的多項新興技術(shù)，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(shù)的主要載體。全球?qū)Νh(huán)境影響的深切擔(dān)憂，使得許多汽車制造商積極尋求燃油車的替代品。大多數(shù)制造商已經(jīng)在生產(chǎn)混合動力或電動汽車，其中一些廠商已經(jīng)承諾完全停止生產(chǎn)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(jìn)。

汽車制造商也在采用智能駕駛輔助系統(tǒng)（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，讓每輛車都能檢測周圍環(huán)境并提醒駕駛?cè)俗⒁鉂撛谖ｋU。每個傳感器都需要一個ECU來提供控制，并通過電纜傳送電力和實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)連接。

ADAS之后的下一個技術(shù)發(fā)展方向，就是自主（自動駕駛）車輛。事實上，在Molex莫仕/Mouser調(diào)查中，有81%專業(yè)人士認(rèn)為IV級自動駕駛功能將在未來10年內(nèi)成為新車的標(biāo)準(zhǔn)功能。

自動駕駛汽車可以獲得傳感器數(shù)組收集的數(shù)據(jù)，同時進(jìn)行處理并作出瞬間決策，以避免危險和實現(xiàn)安全駕駛。以最小延遲來處理大量數(shù)據(jù)，需要龐大的計算能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)代任何車輛的計算能力。

自動駕駛汽車不僅依賴更多的傳感器和計算機(jī)，還將使用高速無線連接與其他道路用戶共享數(shù)據(jù)。通過車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通訊技術(shù)，車輛可以與其他道路使用者、行人甚至交通控制基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通訊，從而建立更安全、更高效的交通系統(tǒng)。

新技術(shù)需要新方法
電力技術(shù)的進(jìn)步，以及ADAS、自動駕駛汽車和無線通信功能的日益復(fù)雜化，將要求汽車連接方式的革新。設(shè)計人員無法再簡單添加更多的ECU及其相關(guān)接線?，F(xiàn)代汽車中擠滿各項技術(shù)，留給設(shè)計人員的空間很少了。

將所有電子系統(tǒng)連接在一起所需的布線，也是一個要考慮的主要因素。汽車的連接線束是龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，每增添一臺新設(shè)備都會帶來更多的重量和復(fù)雜性。此外，線束是汽車制造領(lǐng)域中為數(shù)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(shù)，無法使用傳統(tǒng)的電纜線束進(jìn)行整合。若市場出現(xiàn)高功率和超過10 Gbps數(shù)據(jù)速率的需求，則需要新的硬件和數(shù)據(jù)管理技術(shù)。

 
圖二 : 每個區(qū)域體系（Zonal）架構(gòu)的網(wǎng)關(guān)，都會連接到車輛核心的中央計算叢集。（source：Molex）

區(qū)域體系架構(gòu)
區(qū)域體系（Zonal）架構(gòu)是車輛布線的未來發(fā)展方向。傳統(tǒng)車輛使用功能域體系（domain）架構(gòu)，其中按照相似功能進(jìn)行分組，導(dǎo)致設(shè)計高度復(fù)雜。Zonal架構(gòu)則使用簡化的結(jié)構(gòu)取代復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。車輛的功能按車輛內(nèi)的位置分組，包括燈和傳感器、馬達(dá)和控制裝置。每個位置都被描述為一個區(qū)域，并由靠近的網(wǎng)關(guān)來控制。利用這種方式，可以縮短將組件連接到控制器的電纜長度，從而將復(fù)雜性和重量減至最低。

每個Zonal網(wǎng)關(guān)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(wǎng)絡(luò)電纜進(jìn)行跨區(qū)域通訊（inter-zonal communication），從而大大減少了車輛中的電纜線束的數(shù)量和體積。
結(jié)合車輛動力、通訊和自動駕駛技術(shù)的變革，引入?yún)^(qū)域體系Zonal架構(gòu)代表著歷代車輛演變中的最大的設(shè)計革新。傳統(tǒng)設(shè)計方法無法提供現(xiàn)代消費者所需要的高性能和高可靠性，而區(qū)域體系Zonal架構(gòu)能夠提供汽車產(chǎn)業(yè)所需的解決方案。
（本文作者孔敏為Molex中國區(qū)汽車事業(yè)部資深銷售總監(jiān)）