自动驾驶汽车对线缆及连接方式的挑战

作者:Mark Pepe(编译自德文Automobil Industrie杂志) 发布时间:2020-03-24
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网络世界,数据为先。当今,可以说没有数据,就没有汽车,更不用说自动驾驶了。既然数据对于汽车如此重要,这就对数据传输的连接、速度和可靠性提出了更高的要求。在此基础上,这也对连接点提出了全新的挑战。

未来的汽车应能利用算法进行控制,因此不断提高的数据量是确定所有驾驶决策的重要基础。环境探测传感器采集到的综合数据来自许多设备,例如摄像头、雷达传感器、激光雷达传感器和车载天线模块。这些信息应随时都能可靠地被传输到汽车的控制器中。只有有了准确的数据,计算系统才能正确地做出判断,以保证车辆的安全。

如此巨量信息对数据传输的准确性与速度提出了非常高的要求。此时,汽车中的通信数据线就是一个不可小觑的自动化元件了。所用的原材料必须符合为自动化数据通信专门制定的技术规范的要求。

自动驾驶车辆可能的车用网络概况:不多的几个大型控制器集中完成所有的计算任务。它们由一个中央网关和实时通信网络与传感器和执行器连接起来

数据吞吐量优先

自动驾驶首先要考虑的就是数据的吞吐量问题。因为自动驾驶车辆使用的电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)个头不大,但数据处理能力很强。它通过一个中央网关和实时网络与汽车的各个执行器和传感器连接起来,以构成感知、判断和执行的整个回路。今天汽车的电气系统经分布式网络与嵌入式异构人工智能系统连接起来。而在自动驾驶的车辆中则相反:数据传输需要的是基于冗余实时架构的网络结构,类似于一个技术中心的架构。除此以外,还要再加上不断增加的高速通行节点和不断增加的网络数据净荷。

这就要求有一种非常灵活的网络架构,并且能够在点对点的数据通道和分布式网络架构中支持更大的带宽。电子技术供应商TE Connectivity公司(以下简称TE公司)估计:到2020年,汽车内部网络系统的数据传输率将会超过12 Gbit/s。这样的数据传输率给数据线的性能和可靠性提出了全新要求,也在通信软件技术协议和插接件兼容性方面都带来了新的挑战。TE Connectivity公司是一家技术领先的现代化汽车连接件供应商。这家公司研发生产适合于运输企业、工业企业、制药企业、能源工业、数据通信企业和家庭使用的电缆连接件和传感器解决方案。

在自动驾驶的应用场景中,虽然系统处于恶劣的环境中,但是必须保证数据传输万无一失。这就要求有一套可靠的,并且是满足自动驾驶要求的电气连接件系统。系统可以保证在上千工作小时之后仍能可靠运行。其中的连接点必须具有很好的抗振性能,并易于连接。不仅如此,这些连接点还要有一定的连接牢固度,并且符合人机工程学要求,并且在很高的元器件排列密度时或是非常狭小的空间中都易于插拔。


光纤与以太网

数据的可靠性非常重要。在数据传输过程中,还要保证数据不被电磁干扰。这就为光纤在汽车行业的应用带来了机会。同时,在以太网成为全球汽车工业标准配置时也提高了汽车网络对光纤的需求量。在自动驾驶的汽车上,光纤和插接连接件构成的网络也拥有许多优点:通信用的数据线可以和大功率的线缆平行敷设,且不会因电磁干扰而受到相邻线束的影响。汽车以太网也允许数据线和动力线共用一套屏蔽层或者根本不用屏蔽,即可平行敷设。据TE Connectivity公司介绍,除了EMI特性,该公司提供的技术还满足了在恶劣环境中抵抗污垢和潮湿影响的所有要求。


汽车应用实例和所需要的带宽


特殊的微型化

随着自动驾驶汽车功能越来越强大,在车上可供安装传感器和执行器的空间也显得越来越紧张。与此同时,控制汽车的计算机和大功率控制器的连接件的数量也在不断增加。这也要求传感器和执行器的结构能适应技术的进一步发展,变得越来越紧凑。一言以蔽之,科技的发展造就了高度集成化的系统和小尺寸的连接器触点。对汽车电器设备供应商来讲,这也就意味着对他们的能力提出了挑战:大批量生产的能力(金属材料、塑料、电镀技术)以及生产装备的开发和生产制造的能力。

在汽车外部,也同样有许多信息输入与输出的途径,如汽车天线模块收到的车辆之间通信所产生的数据。对此,一般是采用实时通信的方式加以应对。因此,研发人员都集中精力从事能够传递巨大数据量的5G移动通信标准的开发。随着5G逐步进入实用阶段,今后数据传输对物理硬件的要求将进一步提高。 


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