未来的车辆需要多少插拔连接器？- 新车载电气系统和节省空间的连接解决方案

H2:汽车行业正处于其历史上最大的变革之一。这不仅涉及电动交通，也涉及电气/电子架构（E/E）。如果考虑到SDV（“Software Defined Vehicle”，就是软件定义车辆，这是一种主要依靠软件实现其功能和特性的车辆，可以说是一种基于软件的轮式电子设备）的趋势，就会发现它与当今拥有多达100个控制单元的车辆有着巨大的区别，例如在当今车辆中，通过“空中下载技术”（OTA，over the air）进行软件更新几乎是不可能的。在这种情况下，很难想象出一种能够连接所有传感器和执行器的集中式计算机结构。

为了实现车辆的自主驾驶，必须在整辆车中铺设大量电缆以及相当长的电缆。因此软件定义车辆将经历多个中间步骤，它们将通过域控制器与区域控制器结合进入车辆中。这得益于以太网技术的不断推广，其开发方向被IEEE802.3ch、IEEE802.3cy和IEEE802.3cz委员会明确规定为多千兆位。通过这项技术，未来的架构将能够将自主驾驶车辆的插拔连接数量减少到必要的最低限度。尽管有这些步骤，但是将传感器和执行器连接到功能强大的区域控制器仍将是一个挑战。这是因为车辆中的控制单元需要100多个快速插拔连接。此外，对于主机厂装配线的工人来说，总是将控制单元上的正确插槽连接到指定的电缆是一个极其复杂的过程。另一个问题是为控制单元上的大量插槽找到所需的空间。因为电缆连接的安装空间有限。因此需要新的解决方案，它既能减少插拔连接的数量，又能实现最大灵活性，这样才能在主机厂车辆总装的节拍时间内实现经济合理。因此应开发灵活且集成的插拔连接，以最佳方式利用现有空间，并明显减少插拔操作的次数。

复杂的车载电气系统：控制单元太多，连接太多

如果观察当今的车辆，则会看到其控制单元上安装了10到25个高速插拔连接器。它们分布在整个车辆中，并通过集束组装的电缆连接到传感器和执行器。此外，还有无数到低数据速率传感器和执行器的连接，它们为控制单元提供必要的信号。由于信息娱乐、ADAS和自主驾驶功能等需要高速连接的功能越来越多，车辆中的控制单元数量正在急剧增加。这导致对数据电缆的需求明显增加，并使软件接口更难兼容。此外，由于近年来器件市场的发展，用于高数据传输速率数据连接的不同插接系统互不兼容。这导致了技术解决方案更加多样化。

车辆中车载电气系统架构的开发

要理解如此大量的应用是如何产生的，必须首先了解当今使用的或未来车辆中用于连接和控制众多传感器和执行器的架构。

1) 分布式架构

这种架构随着时间的推移而不断发展，通常为每个传感器和执行器补充了一个独立的小型控制单元。随着传感器和执行器数量超过100个，连接到控制单元和车载主机的插拔连接数量和电缆数量也有所增加。考虑到控制单元上插拔连接和电缆数量的增加，可用空间有限，因此人们开始转向更加灵活和可扩展的架构。

2) 域架构

这种架构可以组合一个应用组的所有传感器和执行器。最初的许多单独控制单元的功能通过域控制器中的软件来实现。不同的应用组分别对应一个域控制器。控制单元上有用于不同应用（传感器和执行器）的插槽，并且分别与主控制单元连接。

ADAS等应用可以作为独立的功能单元集成到该系统中。这导致了连接器的微型化，以便为众多应用腾出足够的空间。此外，控制单元之间需要的数据速率也在增加。

3) 区域架构

在这种架构中，车辆内有1～2台HPC（High Performance PCs，高性能计算机），作为中枢大脑来控制越来越自主的功能。为了实现这个目标，使用了所谓的“区域控制器”，它执行数据处理（汇总）并将其发送到负责控制执行器的HPC上。随着驾驶功能自动化或自主化程度的提高，这台HPC会配备必要的冗余，以确保必要的决策安全性。为了满足主机厂的不同架构，需要一种尽可能模块化和灵活的插拔连接器方法。

汽车以太网 – 降低复杂性

各种芯片和控制单元制造商的研究表明，传感器的数量将在未来几年急剧增加。各种分析和研究表明，每辆车的控制单元需要25至80个高速插拔连接器。具体数量取决于车辆的架构和传感器的数量。如果仅考虑传感器，则自主驾驶车辆可能会安装多达30个摄像头、20个雷达和10个激光雷达传感器。此外，还配备了各种信息娱乐接口和Car-to-X功能，未来它们将在与其他车辆和基础设施联网时发挥重要作用。所面临的挑战在于实时分析收集到的数据，并将其发送到功能强大的HPC，以便在那里能够根据驾驶情况做出决策。然后将这些决策传达给控制车辆的执行器，以确保安全的自主驾驶。为了实现这一目标，我们需要提供广泛的高性能插拔连接器和电缆技术，并确保它们能够集成到控制单元中。由于不同的主机厂已经建立了各种不同的接口，因此需要最大程度的灵活性来满足客户的不同要求。与此相反的是，汽车制造商的目标是实现车辆线束安装的自动化，并减少电缆的数量。这给电缆组装商带来了巨大的挑战，因为他们必须将高速电缆自动引入线束中。这种集成不可能一步到位，因此我们尝试通过屏蔽双绞线系统来将配有汽车以太网的基本架构标准化。通过以太网，可以利用具有特定“智能”的所谓“区域控制器”，以简化和缩短线束的电缆长度。同时需要对控制器上的插拔连接进行模块化设计，使控制器能够灵活地适应客户需求。

灵活适应车载电气系统架构的总插头

为了解决这一困境，目前正在研究将高速插拔连接器集成到“多针插针连接器”中。这是将带特殊“插针过程”的单个触点压入其中的总插头。所寻求的解决方案旨在使用类似的方法将高速插接连接器插入这些插针连接器（板连接器）并将其固定。根据客户的要求，有两种方法可供选择。

第一种方案允许将现有的连接器接口（例如H-MTD、MATE-AX、HFM等）集成到控制单元插针连接器中，只需一步即可将其定位并应用于控制单元。这为一级供应商提供了简化生产流程的优势。

第二种方案是一种全新的方法。它由一个模块化系统组成，可以根据客户的要求配置不同的接口。基本前提是一种用于所谓模块的标准化网格尺寸，这些模块既可以配备电源和信号触点，也可以配备高速插接连接器。该系统的运行不依赖模块的原始接口。这就为一级制造商和主机厂提供了高度的灵活性，使其控制单元能够适应架构的要求。

总的来说，汽车车载电气系统面临着许多挑战，需要在控制单元连接、插拔连接器和集束组装解决方案方面进行新的创新。MD ELEKTRONIK公司是一家在早期阶段向创新的解决方案投资，将其开发至量产阶段，从而可靠地满足市场新需求的公司。

联系方式

Helmut Pritz

Helmut Pritz是MD Elektronik公司光学数据传输部门的产品经理。凭借其20多年的行业经验，他具备推动这项开创性技术的大量专业知识。他的使命是与客户、初创企业、控制单元制造商和供应商合作，为汽车行业开发创新的解决方案。 在担任项目经理（负责插接部件及其自动化设备的开发）之后，他成立了一个开发部门，担任射频技术开发经理，主要负责高频技术。 与迈恩德的客户、供应商和全球团队的广泛联系是他在这个职位上特别重视的一项工作。