改变车辆体系架构：创新的转折点

长期以来，汽车产业一直乐于拥抱新兴技术。制造商不断推出提升安全性、效率和乘客舒适度的全新功能，使得每一代汽车都变得更加先进。虽然汽车产业保持持续不断的进步，但这几十年来，汽车的整体设计几乎没有什么变化，无论是在制造方式或是车辆架构方面。


图一 : 制造技术问题是实现下一代汽车架构必须克服的最大障碍之一。

尽管电子技术推动了许多尖端功能在新型车辆中实现，但用于连接电子装置的制造技术发展速度却落后于硬件和软件，这种停滞不前会拖累未来的汽车发展。事实上，近期Molex莫仕和Mouser赞助的一项调查研究显示，超过57%的受访专业人士认为，制造技术问题是实现下一代汽车架构必须克服的最大障碍之一。

缺乏变化的原因在于守旧。汽车制造商在开发每一辆新车时，都是在上一代基础上来进行开发。由于业界这种对于传统设计的依赖，意味着无论汽车电子控制领域出现了多少创新技术，制造商都必须将每项新功能融入现有的车辆架构中。

电子产品的价值
转变的转折点已经来到。现在电子产品对于汽车制造至关重要，以致占据了现今许多车辆价值的一半以上。新功能由专用电子控制单元（ECU）控制，现在许多汽车需要100到150个ECU才能正常工作，而每个ECU都必须连接到现时贯穿车身的电缆线束上。然而，同时出现的多项新兴技术，正迅速将这种演变推向一场革命。

新能源汽车是这些新兴技术的主要载体。全球对环境影响的深切担忧，使得许多汽车制造商积极寻求燃油车的替代品。大多数制造商已经在生产混合动力或电动汽车，其中一些厂商已经承诺完全停止生产燃油车。随着纯电动汽车的面世，使其需承载较高电流，电缆线束迎来重大改进。

汽车制造商也在采用智能驾驶辅助系统（ADAS），这项革新技术有望提升安全性和便利性。但部署ADAS需要使用一系列传感器，让每辆车都能检测周围环境并提醒驾驶人注意潜在危险。每个传感器都需要一个ECU来提供控制，并通过电缆传送电力和实现高速数据连接。

ADAS之后的下一个技术发展方向，就是自主（自动驾驶）车辆。事实上，在Molex莫仕/Mouser调查中，有81%专业人士认为IV级自动驾驶功能将在未来10年内成为新车的标准功能。

自动驾驶汽车可以获得传感器数组收集的数据，同时进行处理并作出瞬间决策，以避免危险和实现安全驾驶。以最小延迟来处理大量数据，需要庞大的计算能力，远远超过当代任何车辆的计算能力。

自动驾驶汽车不仅依赖更多的传感器和计算机，还将使用高速无线连接与其他道路用户共享数据。通过车联网（V2X）通讯技术，车辆可以与其他道路使用者、行人甚至交通控制基础设施进行通讯，从而建立更安全、更高效的交通系统。

新技术需要新方法
电力技术的进步，以及ADAS、自动驾驶汽车和无线通信功能的日益复杂化，将要求汽车连接方式的革新。设计人员无法再简单添加更多的ECU及其相关接线。现代汽车中挤满各项技术，留给设计人员的空间很少了。

将所有电子系统连接在一起所需的布线，也是一个要考虑的主要因素。汽车的连接线束是庞大而复杂的系统，每增添一台新设备都会带来更多的重量和复杂性。此外，线束是汽车制造领域中为数不多的手工操作零件之一，因而是安装最耗时、成本最高的零件之一。

未来十年将会变得司空见惯的新兴技术，无法使用传统的电缆线束进行整合。若市场出现高功率和超过10 Gbps数据速率的需求，则需要新的硬件和数据管理技术。


图二 : 每个区域体系（Zonal）架构的网关，都会连接到车辆核心的中央计算丛集。（source：Molex）

区域体系架构
区域体系（Zonal）架构是车辆布线的未来发展方向。传统车辆使用功能域体系（domain）架构，其中按照相似功能进行分组，导致设计高度复杂。Zonal架构则使用简化的结构取代复杂的网络。车辆的功能按车辆内的位置分组，包括灯和传感器、马达和控制装置。每个位置都被描述为一个区域，并由靠近的网关来控制。利用这种方式，可以缩短将组件连接到控制器的电缆长度，从而将复杂性和重量减至最低。

每个Zonal网关都连接到车辆核心的中央计算丛集，因而可以通过一条小型高速网络电缆进行跨区域通讯（inter-zonal communication），从而大大减少了车辆中的电缆线束的数量和体积。
结合车辆动力、通讯和自动驾驶技术的变革，引入区域体系Zonal架构代表着历代车辆演变中的最大的设计革新。传统设计方法无法提供现代消费者所需要的高性能和高可靠性，而区域体系Zonal架构能够提供汽车产业所需的解决方案。
（本文作者孔敏为Molex中国区汽车事业部资深销售总监）