電動汽車和自動駕駛功能的發(fā)展，迅速推動汽車行業(yè)追求技術變革，帶來了汽車制造方式的范式轉變。
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Molex莫仕最近通過第三方研究公司Dimensional Research采訪了230位汽車制造決策者，調查結果顯示，91%受訪者認為2030年所有新購買的汽車都將是純電動或混合動力汽車；94%受訪者預計在上述時間段內的新車都將具有一定程度的自動駕駛功能。
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這意味著在十年左右的時間里，幾乎所有的汽車和卡車在技術上都將與之前截然不同。從設計的角度來看，兩個最重大的挑戰(zhàn)是直流電源和高速數據。那么，鑒于設計復雜性，哪些是電動和自動駕駛汽車設計人員必須考慮的關鍵事項，確保實現(xiàn)合適的功能、性能和競爭能力?
①設計考慮：高電壓動力系統(tǒng)
隨著各種形式的電動汽車系統(tǒng)取代機械和液壓系統(tǒng)，對直流電源的需求越來越大，這是普通12V直流系統(tǒng)無法提供的。甚至內燃機和“輕度混合動力”汽車也發(fā)生了基礎電氣系統(tǒng)的演變，電壓通常增加了四倍而達到48V DC，而全電動汽車的電源要求則是400V DC以上。而且，更高的電壓意味著可以使用更小直徑導線，降低成本和重量，縮短充電時間，從而提高效率。
為了確保電力系統(tǒng)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)境下的車輛動力總成系統(tǒng)，需要能夠承受各種高溫、潮濕和振動條件的牢固連接。運行可靠性對于防止車輛故障和相關維修成本也很重要。
②設計考慮：妥善管理電源
電池管理系統(tǒng)(BMS)可以監(jiān)控電池的健康狀況和充電狀態(tài)，在確保電動汽車電池的安全性和可靠性方面發(fā)揮關鍵性作用。BMS依靠分布在整個電池的各種傳感器來監(jiān)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)揮著非常重要的作用。
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電源連接解決方案
汽車制造商正在競相滿足混合動力車和電動汽車的市場需求，因此一級供應商有機會向他們提供越來越多BMS和動力系統(tǒng)電機控制模塊，但其中也有挑戰(zhàn)。面對該市場現(xiàn)狀，Molex莫仕充分利用其汽車行業(yè)專業(yè)知識和消費設備經驗，開發(fā)具有最新EV技術所需的設計功能，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，因此即便在配對時外殼被“舀”入其中，也不會損壞。此外，即使在高強度振動和熱沖擊下，雙梁觸點也能夠提供連接的完整性。因此客戶可以安心，這些高品質微型互連產品可為電池管理提供可靠而穩(wěn)健的電源。
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對于高電壓動力系統(tǒng)，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），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的深度擦拭長度(wipe length)和防塵端子蓋，有助于降低短路風險，同時為汽車和消費類客戶提供了Molex莫仕聞名業(yè)界的可靠性和安全性。
③設計考慮：滿足數據需求
讓我們將重點轉向高速數據需求，幾十年來汽車一直依賴控制器局域網(CAN)和本地互連網絡(LIN)技術。然而，由于這些協(xié)議的數據速率的限制，它們無法處理由電子控制單元(ECU)、攝像頭、雷達、激光雷達和現(xiàn)今車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的連接和區(qū)域導向架構(zonal architecture)，以提高整個車輛的數據傳輸效率，同時減少布線重量和成本。在區(qū)域導向架構中，使用域控制器單元(domain controller unit, DCU)來取代ECU，因此預計域控制器單元(DCU)將會激增。
④設計考慮：高性能攝像頭
隨著車輛朝向更高級別的自動駕駛邁進，車內和車外的ADAS攝像頭數量日益增加，一些車型已經擁有10到12個攝像頭。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(tǒng)報告潛在的危險。此外，相比現(xiàn)今普遍的130萬像素分辨率攝像頭，這些車用攝像頭必須提供800萬像素分辨率。
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隨著相機模塊變得越來越小，它們需要單一PCB布局，而更密集的組件布局產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(wěn)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個觸點并支持高達20 Gbps數據速率，能夠充分滿足車載網絡的帶寬需求，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關鍵考慮事項，將會幫助優(yōu)化性能和功能，以發(fā)揮EV和ADAS/AD應用的潛力，實現(xiàn)人們的期待。
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作者：Molex莫仕先進微型互連產品總監(jiān)Noboru Ando