電動汽車和自動駕駛功能的發(fā)展，迅速推動汽車行業(yè)追求技術(shù)變革，帶來了汽車制造方式的范式轉(zhuǎn)變。
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Molex莫仕最近通過第三方研究公司Dimensional Research采訪了230位汽車制造決策者，調(diào)查結(jié)果顯示，91%受訪者認為2030年所有新購買的汽車都將是純電動或混合動力汽車；94%受訪者預計在上述時間段內(nèi)的新車都將具有一定程度的自動駕駛功能。
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這意味著在十年左右的時間里，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)計的角度來看，兩個最重大的挑戰(zhàn)是直流電源和高速數(shù)據(jù)。那么，鑒于設(shè)計復雜性，哪些是電動和自動駕駛汽車設(shè)計人員必須考慮的關(guān)鍵事項，確保實現(xiàn)合適的功能、性能和競爭能力?
①設(shè)計考慮：高電壓動力系統(tǒng)
隨著各種形式的電動汽車系統(tǒng)取代機械和液壓系統(tǒng)，對直流電源的需求越來越大，這是普通12V直流系統(tǒng)無法提供的。甚至內(nèi)燃機和“輕度混合動力”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到48V DC，而全電動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線，降低成本和重量，縮短充電時間，從而提高效率。
為了確保電力系統(tǒng)在高壓環(huán)境中的適當安全，互連組件需要更高程度的隔離。此外，處于惡劣的運行環(huán)境下的車輛動力總成系統(tǒng)，需要能夠承受各種高溫、潮濕和振動條件的牢固連接。運行可靠性對于防止車輛故障和相關(guān)維修成本也很重要。
②設(shè)計考慮：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依靠分布在整個電池的各種傳感器來監(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
汽車制造商正在競相滿足混合動力車和電動汽車的市場需求，因此一級供應(yīng)商有機會向他們提供越來越多BMS和動力系統(tǒng)電機控制模塊，但其中也有挑戰(zhàn)。面對該市場現(xiàn)狀，Molex莫仕充分利用其汽車行業(yè)專業(yè)知識和消費設(shè)備經(jīng)驗，開發(fā)具有最新EV技術(shù)所需的設(shè)計功能，以及在惡劣條件下可靠運行的足夠堅固的微互連解決方案。
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例如，Molex莫仕設(shè)計了用于BMS應(yīng)用的FPC對板連接器，這些連接器具有輕薄和略微凹陷的觸點，因此即便在配對時外殼被“舀”入其中，也不會損壞。此外，即使在高強度振動和熱沖擊下，雙梁觸點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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對于高電壓動力系統(tǒng)，Molex莫仕設(shè)計了緊湊的1.00mm間距大功率板對板連接器，介電耐受值<100ma（施加低于500v電壓時），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的深度擦拭長度(wipe length)和防塵端子蓋，有助于降低短路風險，同時為汽車和消費類客戶提供了Molex莫仕聞名業(yè)界的可靠性和安全性。
③設(shè)計考慮：滿足數(shù)據(jù)需求
讓我們將重點轉(zhuǎn)向高速數(shù)據(jù)需求，幾十年來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，它們無法處理由電子控制單元(ECU)、攝像頭、雷達、激光雷達和現(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)，以提高整個車輛的數(shù)據(jù)傳輸效率，同時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)來取代ECU，因此預計域控制器單元(DCU)將會激增。
④設(shè)計考慮：高性能攝像頭
隨著車輛朝向更高級別的自動駕駛邁進，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)報告潛在的危險。此外，相比現(xiàn)今普遍的130萬像素分辨率攝像頭，這些車用攝像頭必須提供800萬像素分辨率。
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隨著相機模塊變得越來越小，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，攝像機和電纜都必須在高度沖擊、振動力和極端溫度狀況等惡劣條件下可靠運行。
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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影響信號完整性。在電路板級，用于PCIe Gen 4的Molex連接器具有多達200個觸點并支持高達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)計的早期階段認識并處理這四個關(guān)鍵考慮事項，將會幫助優(yōu)化性能和功能，以發(fā)揮EV和ADAS/AD應(yīng)用的潛力，實現(xiàn)人們的期待。
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作者：Molex莫仕先進微型互連產(chǎn)品總監(jiān)Noboru Ando