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)。本文將介紹交通運輸行業(yè)如何采用分區(qū)架構(gòu) (Zonal Architecture)來提升車輛的簡易性、效率、維護(hù)和制造。

在飛速發(fā)展的汽車制造領(lǐng)域，正在從過去滿載 ECU 的汽車向未來以數(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)計到道路行駛性能、維護(hù)和制造流程等各個方面。

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)計的效率和連接性。這項技術(shù)的革新簡化了以往過于復(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)計方法。長期以來，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)計轉(zhuǎn)變，要求細(xì)心籌劃每一個開發(fā)步驟以及每一級架構(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。無論是動力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)還是信息娛樂系統(tǒng)，每功能項目群組都有自己的域控制器。

但幾十年來，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為中心的設(shè)計，但域架構(gòu)也面臨著新的限制。單個域可以橫跨整個車輛；事實上，大多數(shù)車輛都是如此，而且每臺設(shè)備都需要與控制器進(jìn)行獨特的連接。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ECU，每個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)向自動化或機(jī)器人裝配，但這些線束仍然需要針對每種車型進(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度，簡化了電源和信號傳輸，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

通過將設(shè)備和計算機(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了效率、安全、維護(hù)和生產(chǎn)方面的多項全新優(yōu)勢。

1

減輕銅纜重量

傳統(tǒng)汽車設(shè)計使用大量銅線，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%。

通過減少沉重的布線，分區(qū)設(shè)計顯著減輕了車輛重量。這對電動汽車（EV）尤其有利，因為每減輕一公斤重量，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，因為 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)、布線更簡單，設(shè)計人員還可以騰出更多空間來容納其他系統(tǒng)。

2

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，一個錯誤就可能導(dǎo)致整個電氣網(wǎng)絡(luò)癱瘓，從而增加出現(xiàn)安全問題的風(fēng)險。

更先進(jìn)、更堅固的連接器增強(qiáng)了分區(qū)系統(tǒng)的耐用性，這些連接器件經(jīng)過精心設(shè)計，能夠承受極端溫度、進(jìn)水和振動等路況，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于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和新興的自動駕駛汽車領(lǐng)域的安全性和功能性至關(guān)重要。

3

簡化維護(hù)和更新

傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)的維護(hù)十分耗時。機(jī)械師必須了解每個復(fù)雜系統(tǒng)的細(xì)微布線，因此即使是簡單的檢修、修理和更新也是勞動密集型的過程，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功能進(jìn)行時破壞其他功能的風(fēng)險。

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單，普通技術(shù)人員都能夠處理。

分區(qū)架構(gòu)還可以通過 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)運作歷來都是勞動密集型的，尤其是在制作單個線束時。每個線束都是為特定產(chǎn)品量身定制。車輛裝配線上的每一個工位都要為每一項功能綁扎和連接電線，這個過程十分繁瑣。

隨著采用分區(qū)模式，制造流程正處于一場重大革命的邊緣。分區(qū)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計有利于簡化裝配生產(chǎn)線，特點是預(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、自動化程度，減少了錯誤，并大幅降低了制造成本。

大幅提高效率不僅有利于制造商，也有利于消費者，因為這有可能帶來更經(jīng)濟(jì)實惠的汽車。

與Molex共同探索分區(qū)架構(gòu)時代

在汽車設(shè)計中采用分區(qū)架構(gòu)標(biāo)志著運輸行業(yè)的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)變，解決了長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)成為未來運輸行業(yè)發(fā)展的新基礎(chǔ)。

Molex莫仕處于這項重要變革的前沿，利用豐富的工程專業(yè)知識開發(fā)連接器和系統(tǒng)，確保未來的汽車不僅更先進(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)-信號混合連接器在設(shè)計時考慮到了分區(qū)，在單一緊湊型連接器系統(tǒng)中結(jié)合了傳統(tǒng)的電源和信號以及高速數(shù)據(jù)。

審核編輯：彭菁