Molex - 分区架构对比域架构:模块化汽车架构的较量

时间:2024-07-19
  各种车辆功能推陈出新,传统的域架构 (Domain Architecture)也面临挑战。本文将介绍交通运输行业如何采用分区架构 (Zonal Architecture)来提升车辆的简易性、效率、维护和制造。
  在飞速发展的汽车制造领域,正在从过去满载 ECU 的汽车向未来以数据为中心的流线型汽车转变。分区架构的概念正在重新定义从车辆设计到道路行驶性能、维护和制造流程等各个方面。
  汽车行业正处于变革,分区架构的整合有望提升车辆设计的效率和连接性。这项技术的革新简化了以往过于复杂的系统,为汽车电子产品树立了标杆。
  什么是域架构和分区架构?
  域架构和分区架构是汽车电气架构的两种设计方法。长期以来,域架构一直是提供汽车功能的传统方法,但汽车性能和消费者的需求正在迫使业界转向更灵活的分区架构。然而,上举需要大规模设计转变,要求细心筹划每一个开发步骤以及每一级架构。
  什么是域架构?
  域架构是一种按照功能构建车辆电气架构连线的方法,从而为整车提供控制功能。无论是动力系统、安全系统还是信息娱乐系统,每功能项目群组都有自己的域控制器。
  但几十年来,随着新系统和新功能的增加,汽车内部的线路连接日渐增加。从电源到电子控制单元(ECU)及设备的重复连接,导致布线冗余且拥挤。这种逐渐累积的布线被认为是扁平的架构,使得汽车设计难以扩展。
  域架构一直在努力摆脱平面布局,以提高适应性。目前,大多数制造商都采用了以域为中心的设计,但域架构也面临着新的限制。单个域可以横跨整个车辆;事实上,大多数车辆都是如此,而且每台设备都需要与控制器进行独特的连接。这种复杂的跨车辆(vehicle-spanning)域网络需要极其大量的布线,既增加了重量,又降低了效率。
  采用传统架构或域架构的车辆需要安装 100 到 150 个ECU,每个ECU单元都需要自己的专用线路,这就形成了非常复杂和耗费空间的线束系统。值得注意的是,虽然汽车系统的其他部分已转向自动化或机器人装配,但这些线束仍然需要针对每种车型进行定制和手工装配。
  尽管域架构相比传统的平面布线系统有所改进,但它只是向完全模块化的可适应方法迈出了一步,并未达到成功。
  什么是分区架构?

  分区架构将电气控制器分散到多个模块区或硬件网关,这些模块区或硬件网关分布在车辆的各个位置。各种功能的设备连接到最近的网关,而不是采用域分组形式。分区架构将每组电气功能分配给专用的分区控制器,从而重新规划了汽车电子设备的整体线路方案。这种战略性的控制器布局大大缩短了布线长度,简化了电源和信号传输,并且释放更多空间,为将车辆打造成车轮上的数据中心奠定了基础。

 
  分区架构的优势
  通过将设备和计算机控制建构在孤立的中枢之内,提供了所需的可扩展性以容纳高速数据和各种电子系统。此外,分区架构还为汽车制造商带来了效率、安全、维护和生产方面的多项全新优势。
  1
  减轻铜缆重量
  传统汽车设计使用大量铜线,显着增加了车辆的重量,这不利于提高效率和性能。有些线束配置包含长达5 公里的电线。域系统布线在车辆重量中平均占了 45 至 55 公斤,最大约为 68 公斤。
  采用分区架构进行试验的汽车生产线,如特斯拉的 Model 3生产线,大大缩短了布线长度(从3千米缩短至 1.5 千米),线束总重量则显着减少了 85%。
  通过减少沉重的布线,分区设计显着减轻了车辆重量。这对电动汽车(EV)尤其有利,因为每减轻一公斤重量,就能增加续航里程并提高性能。随着车辆从 12V 转向 48V 电气系统,进一步改善了重量减轻状况,因为 48V电气系统能够以更低的电流提供相同的功率,从而减低电线的直径和相应的重量。由于导线更细、布线更简单,设计人员还可以腾出更多空间来容纳其他系统。

  2
  提高数据和电源可靠性的耐久性
  传统的车辆系统经常受到运行环境的影响,连接器尤其容易受到车辆日常使用中的频繁冲击和振动所影响。域架构的集中布局更容易出现全面的故障,在这种情况下,一个错误就可能导致整个电气网络瘫痪,从而增加出现安全问题的风险。
  更先进、更坚固的连接器增强了分区系统的耐用性,这些连接器件经过精心设计,能够承受极端温度、进水和振动等路况,确保不间断供电和高速数据传输。在区域内,故障安全协议可以隔离故障,防止出现大面积电气故障。这种额外的耐久性对于先进驾驶辅助系统(ADAS)和新兴的自动驾驶汽车领域的安全性和功能性至关重要。
  3
  简化维护和更新
  传统电气系统的维护十分耗时。机械师必须了解每个复杂系统的细微布线,因此即使是简单的检修、修理和更新也是劳动密集型的过程,往往需要专门的技能和设备。这种复杂性还增加了维修某项功能进行时破坏其他功能的风险。
  分区架构的通用模块化方法使得人们很容易改进或维修车辆,从而大大减少停机时间和成本。隔离的分区使得检查、诊断和故障排除变得十分简单,普通技术人员都能够处理。

  分区架构还可以通过 Wi-Fi 或 5G 等方式从远程部署软件更新,使得车辆保持最新功能、更新和安全补丁,而无需技术人员和人工参与。

  4 提高制造和装配效率
  集成域架构汽车的生产运作历来都是劳动密集型的,尤其是在制作单个线束时。每个线束都是为特定产品量身定制。车辆装配线上的每一个工位都要为每一项功能绑扎和连接电线,这个过程十分繁琐。
  随着采用分区模式,制造流程正处于一场重大革命的边缘。分区架构的标准化和模块化设计有利于简化装配生产线,特点是预装配线束和即插即用互连。这些进步提高了电气子系统的灵活性、自动化程度,减少了错误,并大幅降低了制造成本。
  大幅提高效率不仅有利于制造商,也有利于消费者,因为这有可能带来更经济实惠的汽车。
  与Molex共同探索分区架构时代
  在汽车设计中采用分区架构标志着运输行业的关键性转变,解决了长期困扰汽车制造商的复杂性、重量、耐用性、维护和装配等主要难题。
  随着运输行业在 ADAS、电气化和共享交通模式方面不断创新,分区架构成为未来运输行业发展的新基础。
  Molex莫仕处于这项重要变革的前沿,利用丰富的工程专业知识开发连接器和系统,确保未来的汽车不仅更先进,而且可靠、高效、适应性强。例如,我们的扩展阅读??MX-DaSH数据-信号混合连接器在设计时考虑到了分区,在单一紧凑型连接器系统中结合了传统的电源和信号以及高速数据。
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