電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛功能的發(fā)展，迅速推動(dòng)汽車行業(yè)追求技術(shù)變革，帶來(lái)了汽車制造方式的范式轉(zhuǎn)變。
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Molex莫仕最近通過(guò)第三方研究公司Dimensional Research采訪了230位汽車制造決策者，調(diào)查結(jié)果顯示，91%受訪者認(rèn)為2030年所有新購(gòu)買(mǎi)的汽車都將是純電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車；94%受訪者預(yù)計(jì)在上述時(shí)間段內(nèi)的新車都將具有一定程度的自動(dòng)駕駛功能。
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這意味著在十年左右的時(shí)間里，幾乎所有的汽車和卡車在技術(shù)上都將與之前截然不同。從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，兩個(gè)最重大的挑戰(zhàn)是直流電源和高速數(shù)據(jù)。那么，鑒于設(shè)計(jì)復(fù)雜性，哪些是電動(dòng)和自動(dòng)駕駛汽車設(shè)計(jì)人員必須考慮的關(guān)鍵事項(xiàng)，確保實(shí)現(xiàn)合適的功能、性能和競(jìng)爭(zhēng)能力?
①設(shè)計(jì)考慮：高電壓動(dòng)力系統(tǒng)
隨著各種形式的電動(dòng)汽車系統(tǒng)取代機(jī)械和液壓系統(tǒng)，對(duì)直流電源的需求越來(lái)越大，這是普通12V直流系統(tǒng)無(wú)法提供的。甚至內(nèi)燃機(jī)和“輕度混合動(dòng)力”汽車也發(fā)生了基礎(chǔ)電氣系統(tǒng)的演變，電壓通常增加了四倍而達(dá)到48V DC，而全電動(dòng)汽車的電源要求則是400V DC以上。而且，更高的電壓意味著可以使用更小直徑導(dǎo)線，降低成本和重量，縮短充電時(shí)間，從而提高效率。
為了確保電力系統(tǒng)在高壓環(huán)境中的適當(dāng)安全，互連組件需要更高程度的隔離。此外，處于惡劣的運(yùn)行環(huán)境下的車輛動(dòng)力總成系統(tǒng)，需要能夠承受各種高溫、潮濕和振動(dòng)條件的牢固連接。運(yùn)行可靠性對(duì)于防止車輛故障和相關(guān)維修成本也很重要。
②設(shè)計(jì)考慮：妥善管理電源
電池管理系統(tǒng)(BMS)可以監(jiān)控電池的健康狀況和充電狀態(tài)，在確保電動(dòng)汽車電池的安全性和可靠性方面發(fā)揮關(guān)鍵性作用。BMS依靠分布在整個(gè)電池的各種傳感器來(lái)監(jiān)控電流輸出、溫度和其他因素。因此，互連組件在保障BMS的連接中發(fā)揮著非常重要的作用。
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電源連接解決方案
汽車制造商正在競(jìng)相滿足混合動(dòng)力車和電動(dòng)汽車的市場(chǎng)需求，因此一級(jí)供應(yīng)商有機(jī)會(huì)向他們提供越來(lái)越多BMS和動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)控制模塊，但其中也有挑戰(zhàn)。面對(duì)該市場(chǎng)現(xiàn)狀，Molex莫仕充分利用其汽車行業(yè)專業(yè)知識(shí)和消費(fèi)設(shè)備經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)具有最新EV技術(shù)所需的設(shè)計(jì)功能，以及在惡劣條件下可靠運(yùn)行的足夠堅(jiān)固的微互連解決方案。
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例如，Molex莫仕設(shè)計(jì)了用于BMS應(yīng)用的FPC對(duì)板連接器，這些連接器具有輕薄和略微凹陷的觸點(diǎn)，因此即便在配對(duì)時(shí)外殼被“舀”入其中，也不會(huì)損壞。此外，即使在高強(qiáng)度振動(dòng)和熱沖擊下，雙梁觸點(diǎn)也能夠提供連接的完整性。因此客戶可以安心，這些高品質(zhì)微型互連產(chǎn)品可為電池管理提供可靠而穩(wěn)健的電源。
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對(duì)于高電壓動(dòng)力系統(tǒng)，Molex莫仕設(shè)計(jì)了緊湊的1.00mm間距大功率板對(duì)板連接器，介電耐受值<100ma（施加低于500v電壓時(shí)），加上>100 Megohm的絕緣電阻(低于1,000V AC/1,600V DC)。而且，這些連接器具有±1.75mm的深度擦拭長(zhǎng)度(wipe length)和防塵端子蓋，有助于降低短路風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)為汽車和消費(fèi)類客戶提供了Molex莫仕聞名業(yè)界的可靠性和安全性。
③設(shè)計(jì)考慮：滿足數(shù)據(jù)需求
讓我們將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向高速數(shù)據(jù)需求，幾十年來(lái)汽車一直依賴控制器局域網(wǎng)(CAN)和本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)技術(shù)。然而，由于這些協(xié)議的數(shù)據(jù)速率的限制，它們無(wú)法處理由電子控制單元(ECU)、攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)和現(xiàn)今車輛中其它數(shù)據(jù)生成設(shè)備生成的數(shù)據(jù)量。因此，業(yè)界廣泛采用基于以太網(wǎng)的連接和區(qū)域?qū)蚣軜?gòu)(zonal architecture)，以提高整個(gè)車輛的數(shù)據(jù)傳輸效率，同時(shí)減少布線重量和成本。在區(qū)域?qū)蚣軜?gòu)中，使用域控制器單元(domain controller unit, DCU)來(lái)取代ECU，因此預(yù)計(jì)域控制器單元(DCU)將會(huì)激增。
④設(shè)計(jì)考慮：高性能攝像頭
隨著車輛朝向更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛邁進(jìn)，車內(nèi)和車外的ADAS攝像頭數(shù)量日益增加，一些車型已經(jīng)擁有10到12個(gè)攝像頭。這些攝像頭需要具備高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲特性，以快速向駕駛員安全系統(tǒng)報(bào)告潛在的危險(xiǎn)。此外，相比現(xiàn)今普遍的130萬(wàn)像素分辨率攝像頭，這些車用攝像頭必須提供800萬(wàn)像素分辨率。
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隨著相機(jī)模塊變得越來(lái)越小，它們需要單一PCB布局，而更密集的組件布局產(chǎn)生了更大的電磁干擾(EMI)。最終，攝像機(jī)和電纜都必須在高度沖擊、振動(dòng)力和極端溫度狀況等惡劣條件下可靠運(yùn)行。
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高速數(shù)據(jù)解決方案
為了滿足高數(shù)據(jù)速率要求，Molex攝像頭電纜組件具有3至6GHz帶寬，并且具備提供穩(wěn)健連接的特性，例如可承受110 N的強(qiáng)大保持力。集成塑料后殼不僅取代較重的鋁后殼，還可以防止EMI影響信號(hào)完整性。在電路板級(jí)，用于PCIe Gen 4的Molex連接器具有多達(dá)200個(gè)觸點(diǎn)并支持高達(dá)20 Gbps數(shù)據(jù)速率，能夠充分滿足車載網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求，并且綽綽有余。
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在設(shè)計(jì)的早期階段認(rèn)識(shí)并處理這四個(gè)關(guān)鍵考慮事項(xiàng)，將會(huì)幫助優(yōu)化性能和功能，以發(fā)揮EV和ADAS/AD應(yīng)用的潛力，實(shí)現(xiàn)人們的期待。
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作者：Molex莫仕先進(jìn)微型互連產(chǎn)品總監(jiān)Noboru Ando