電動(dòng)汽車(chē)和自動(dòng)駕駛功能的發(fā)展，迅速推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)追求技術(shù)變革，帶來(lái)了汽車(chē)制造方式的范式轉變。
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Molex莫仕最近通過(guò)第三方研究公司Dimensional Research采訪(fǎng)了230位汽車(chē)制造決策者，調查結果顯示，91%受訪(fǎng)者認為2030年所有新購買(mǎi)的汽車(chē)都將是純電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車(chē)；94%受訪(fǎng)者預計在上述時(shí)間段內的新車(chē)都將具有一定程度的自動(dòng)駕駛功能。
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這意味著(zhù)在十年左右的時(shí)間里，幾乎所有的汽車(chē)和卡車(chē)在技術(shù)上都將與之前截然不同。從設計的角度來(lái)看，兩個(gè)最重大的挑戰是直流電源和高速數據。那么，鑒于設計復雜性，哪些是電動(dòng)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)設計人員必須考慮的關(guān)鍵事項，確保實(shí)現合適的功能、性能和競爭能力?
①設計考慮：高電壓動(dòng)力系統
隨著(zhù)各種形式的電動(dòng)汽車(chē)系統取代機械和液壓系統，對直流電源的需求越來(lái)越大，這是普通12V直流系統無(wú)法提供的。甚至內燃機和“輕度混合動(dòng)力”汽車(chē)也發(fā)生了基礎電氣系統的演變，電壓通常增加了四倍而達到48V DC，而全電動(dòng)汽車(chē)的電源要求則是400V DC以上。而且，更高的電壓意味著(zhù)可以使用更小直徑導線(xiàn)，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(chē)輛動(dòng)力總成系統，需要能夠承受各種高溫、潮濕和振動(dòng)條件的牢固連接。運行可靠性對于防止車(chē)輛故障和相關(guān)維修成本也很重要。
②設計考慮：妥善管理電源
電池管理系統(BMS)可以監控電池的健康狀況和充電狀態(tài)，在確保電動(dòng)汽車(chē)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(zhù)非常重要的作用。
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電源連接解決方案
汽車(chē)制造商正在競相滿(mǎn)足混合動(dòng)力車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)需求，因此一級供應商有機會(huì )向他們提供越來(lái)越多BMS和動(dòng)力系統電機控制模塊，但其中也有挑戰。面對該市場(chǎng)現狀，Molex莫仕充分利用其汽車(chē)行業(yè)專(zhuān)業(yè)知識和消費設備經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)具有最新EV技術(shù)所需的設計功能，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莫仕設計了用于BMS應用的FPC對板連接器，這些連接器具有輕薄和略微凹陷的觸點(diǎn)，因此即便在配對時(shí)外殼被“舀”入其中，也不會(huì )損壞。此外，即使在高強度振動(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(hù)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健的電源。
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對于高電壓動(dòng)力系統，Molex莫仕設計了緊湊的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(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(cháng)度(wipe length)和防塵端子蓋，有助于降低短路風(fēng)險，同時(shí)為汽車(chē)和消費類(lèi)客戶(hù)提供了Molex莫仕聞名業(yè)界的可靠性和安全性。
③設計考慮：滿(mǎn)足數據需求
讓我們將重點(diǎn)轉向高速數據需求，幾十年來(lái)汽車(chē)一直依賴(lài)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)議的數據速率的限制，它們無(wú)法處理由電子控制單元(ECU)、攝像頭、雷達、激光雷達和現今車(chē)輛中其它數據生成設備生成的數據量。因此，業(yè)界廣泛采用基于以太網(wǎng)的連接和區域導向架構(zonal architecture)，以提高整個(gè)車(chē)輛的數據傳輸效率，同時(shí)減少布線(xiàn)重量和成本。在區域導向架構中，使用域控制器單元(domain controller unit, DCU)來(lái)取代ECU，因此預計域控制器單元(DCU)將會(huì )激增。
④設計考慮：高性能攝像頭
隨著(zhù)車(chē)輛朝向更高級別的自動(dòng)駕駛邁進(jìn)，車(chē)內和車(chē)外的ADAS攝像頭數量日益增加，一些車(chē)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據傳輸和低延遲特性，以快速向駕駛員安全系統報告潛在的危險。此外，相比現今普遍的130萬(wàn)像素分辨率攝像頭，這些車(chē)用攝像頭必須提供800萬(wàn)像素分辨率。
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隨著(zhù)相機模塊變得越來(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行。
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高速數據解決方案
為了滿(mǎn)足高數據速率要求，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(gè)觸點(diǎn)并支持高達20 Gbps數據速率，能夠充分滿(mǎn)足車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的帶寬需求，并且綽綽有余。
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在設計的早期階段認識并處理這四個(gè)關(guān)鍵考慮事項，將會(huì )幫助優(yōu)化性能和功能，以發(fā)揮EV和ADAS/AD應用的潛力，實(shí)現人們的期待。
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作者：Molex莫仕先進(jìn)微型互連產(chǎn)品總監Noboru Ando