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车载资讯娱乐系统和驾驶辅助应用的连接器发展趋势
新挑战与影响源源不绝
[作者 Mike Gardner]   2015年11月23日 星期一 浏览人次: [19916]


电子设备能够实现几乎每一种车辆功能。日趋流行的车载资讯娱乐系统、整合式智慧手机连接、路线规划导航,以及驾驶辅助应用,将大幅提升车内频宽与连接性的需求。



图1 : 车载资讯娱乐系统市场逐年攀升。
图1 : 车载资讯娱乐系统市场逐年攀升。

在十年前,汽车电子设备的成本平均只占总制造成本的1/5;到了今天,这一数字已跃升至30%~35%,甚至更高。车主都期望高阶的车载资讯娱乐系统、安全功能以及其他功能可逐渐成为新车型的标准配备,使得汽车制造商意识到使用电子设备来实现车款差异化可带来极高价值。 《消费者报告》最近进行了一项研究,发现驾驶者对品牌的忠诚度越来越低,但却开始被配有标准“豪华”嵌入式电子设备的车型所吸引。然而,设备的可靠性与设计的复杂性是十分重要的因素。根据2014年对车主意见的调查,过于复杂的车载资讯娱乐设备是最易出现问题的功能。



图2 : 连接器在汽车世界中的发展趋势,清晰划分为五个不同的层次。
图2 : 连接器在汽车世界中的发展趋势,清晰划分为五个不同的层次。

利用端子、电线、线夹、压刺(crimp-and-poke)、密封件和线束装配板的传统布线方法往往不够灵活,会使车辆变得更重,而且提高了成本与复杂程度,但却未能带来相应的价值提升。汽车连接器和线缆方面的长足进步将有助于简化数位汽车时代的设计过程。汽车连接器技术可以节省内部空间,同时降低车辆内精密电子系统的总成本。


连接器在汽车世界中的发展趋势,清晰划分为五个不同的层次。对于过去几代较为传统的汽车连接器系统来说,每一层次都带来了不同的挑战与影响。


传统的“压刺”方法代表了第一层。密封和非密封连接器解决方案支援讯号或电源,端子的接线头尺寸包括2.8毫米、1.5毫米、1.2毫米、0.64毫米和0.50毫米,目的在满足OEM的偏好和应用需求。塑性功能则可实现键控、端子位置保证(terminal position assurance, TPA)和具有创新二级锁定的连接器位置保证(CPA)以实现稳固的连接效果。


为满足对频宽的需求,CAN、FlexRay、MOST 汇流排和其他相关技术被引入到车辆应用中。然而,双绞线提高了连接器和线束的投资及基础设施的复杂性。从早期简单编织的后端接电线(post-terminated wire),跨进到采用高度自动化的设备,以至在沿着缆线走向精密编织与定位的拼接连接(splice connection),汽车产业也实现了流程上的改进。虽然大幅改进了双绞线技术,但布线方式仅将连线性能提升了一个层次,双绞线技术实际上只是融合了第一层使用的相同线缆与连接器系统。


遮罩线缆(shielded cable)的应用满足了存在于第四层的部分挑战。最初为AM/FM 天线应用而导入的同轴线缆,是第四层中最具有特色的技术进展。最近,随着USB 的引入,遮罩差分双绞线的挑战将更加重大,因为除了设备充电之外, USB已成为电子设备与车辆互动的重要介面。 USB是驾驶者和乘客获得数位音乐、有声读物和其他形式的行动娱乐的资料通路。到目前为止,车辆中速度最快的资料汇流排是USB,它可以提供传统第一层连接器所无法实现的每秒480Mb资料速率以及所需的遮罩功能。


在USB 成为车载娱乐资讯系统领域的焦点时,串化器/解串化器(serializer/deserializer)也进入了汽车产业。一般常见部署在个人电脑和消费性产品应用当中的RGB(红绿蓝)合并布线,则可为内置的GPS 地图提供增强的控制台显示功能,并可最佳化后座乘客的视频娱乐效果。


遮罩双绞线连接系统可以实现解析度更高的堆叠显示(stack display)、备用相机、数位仪表板、抬头显示及扩展的客户便捷埠(customer convenience port, CCP)功能来接收数位媒体中心的内容,以提供顶尖的影音感受。遮罩双绞线的通道数可以针对电路数更高的汽车连接器而增加。例如Molex 结构坚固的五针遮罩式HSAutoLink元件具有更佳的遮罩功能和额外的针数,因此可以满足汽车领域严格的力学要求。此一符合USCAR-30标准的系统可支援USB 2.0的需求,以满足OEM的系统认证。


在传统的线束装配中,我们注意到铜缆和遮罩的高成本已成为了障碍。过渡到第五层光缆布线系统的过程,可说是步步为营。部分业者倾向于使用塑胶光纤(POF),这种做法虽然让成本与复杂性飙升,但却可以让传统铜缆产品和光纤之间的技术鸿沟衔接起来。未来的技术可能会充分利用POF和其他的进步成果,为光纤和收发器提供新的技术路径。



图3 : 汽车的数位内容方兴未艾,为连接器带来了不同的挑战与影响。
图3 : 汽车的数位内容方兴未艾,为连接器带来了不同的挑战与影响。

汽车的数位内容方兴未艾。未经定义的第三层显示产业正处在技术变革之中。高度管理下的双绞线说明之前的方法不足以满​​足性能越来越高的链路分段(link segment)的要求。后端接双绞线可能会产生不一致的线对,这在第二层系统中是无法接受的。线缆遮罩对预编织双绞线(pretwisted wire)的固有改进,可能会增加汽车连接系统的成本与复杂性。包含矽片、线缆和连接器在内的端对端解决方案是可行的,无需使用价格高昂的遮罩层,但是需要一定的平衡来满足物理要求和电气要求。 IEEE以及产业内其他的组织都在积极推动乙太网标准的发展,这些标准或许可以指引未来发展的路径。 (本文作者任职于MOLEX公司)


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