汽车数据连接趋势与挑战

电子发烧友网报道（文/李宁远）汽车智能化、网联化趋势下，整车性能不断提升。这些改进后的智能水平，其核心是车辆能对内部外部产生和收集到的数据做出各种简单或复杂的决策。可以说新时代的驱动汽车的新燃料就是电力和数据。
 
移动出行趋势中的共同点
 
现在的三大汽车发展趋势，电动化、网联化以及智能化大家肯定听到过太多次，还有一个趋势是共享化。共享交通是进一步升级现在的打车租车服务，随时可用的移动性应用以及来自云端的数据都使共享交通成为可能。
 
智能化不必多说，每过一段时间我们就能看到自动驾驶或辅助驾驶上的新进展。自动驾驶或辅助驾驶趋势涉及驾驶员与其汽车在决策和控制权方面的分配，这依赖于车辆数据可用性和处理能力的不断提高。
 
网联化则是万物互联，驾驶者、车辆和其他人/物之间随时随地能够进行通讯这也依赖于数据的流通。电气化趋势下汽车的主要驱动来源从内燃机转向驱动电机。传感器套件和复杂的控制算法用于优化电动机性能、降低维护成本、安全地为电池充电并最大限度地延长每次充电后行驶的距离，这些环节也非常依赖电力和数据。
 
这些移动出行趋势有一个共同点，那就是都非常依赖数据作为成功执行的关键因素。为了使这些趋势实现并充分发挥作用，汽车必须在几秒钟内对内部外部产生的大量信息进行决策处理和执行。有时候这些决策很简单，比如简单的语音播报，有时候这些决策很复杂，比如复杂路况时做出自动规避。这些或简单或复杂的决策都离不开车辆与内部外部彼此之间的通信，而数据体量相比过去呈指数级增长，并且汽车需要数据从任何源位置快速、无缝地传输到其他目的地。而且随着这些趋势不断发展，对于数据传输的要求只会越来越高。
 
汽车中的数据连接
 
汽车中的数据连接分为很多类，车辆与外部的连接、车辆内部连接、车辆与驾驶人的连接。车辆与外部的连接最早是无线广播的单向输入的无线通信，现在已经发展成安全、可靠的双向通信，更加便捷，更加高效。比如LTE/5G、GPS/GNSS以及V2X。V2X以前我们也提到过，是正在蓬勃发展的车联网技术。智能车联系统利用C-V2X或者DSRC进行无线通信，车辆具有足够的无线电覆盖范围是前提，然后车辆从各个方向接收信息并向各个方向发送信息。基于LTE上行链路的C-V2X能让不同网络参与者之间实现可靠、实时、低延迟通信。而且这还不是极限，随着5G蜂窝网络的应用覆盖面扩大，数据传输的速度和质量会进一步提高。
 
车辆内部连接也就是常说的车载网络，一直是整车架构中的核心部分。车辆中常见的有线网络包括我们熟知的CAN、LIN、MOST、摄像机视频、汽车以太网等等。随着先进的驾驶员辅助安全系统的发展以及车辆内更多的自动驾驶功能，车辆中的高速数据传输通道特性在车辆安全中的比重越来越大。车辆内部连接必须在定义体系结构和选择通信协议时考虑物理信道特性的限制。
 
车辆与驾驶人员的连接表现为越来越丰富的人机交互。无论是向驾驶员提供信息，还是向乘客提供娱乐，还是与个人设备无缝集成，驾驶人员和车辆之间的连接。这里用到的是随处可见的WLAN、蓝牙、USB、WiFi。
 
汽车数据连接器挑战
 
不断升级的趋势也给汽车数据连接带来了诸多挑战，首先不仅在车辆制造商之间，而且在单辆车内，都有各种各样的数据消息传递策略（功能层）和传输协议（物理层）。各式各样的无线连接取决于接口的频率和协议，有线连接同样多种多样，差分双绞线/同轴、屏蔽/非屏蔽等，甚至可以是光纤连接。
 
快速通信则是必需的，车载通信架构正朝着每秒12 GB的速度发展。需求不断增长的关键决策计算速度对高带宽、高容量和低延迟的通信通道提出了更高的要求。同时这些数据连接必须足够稳定可能，即便在全电大功率环境中，数据链路必须满足严格的电磁兼容性要求，确保链路不会产生无用辐射，也不会受到电磁影响。
 
还有一点挑战来自连接器与通信体系结构的适配，这一适配过程大部分是向小型化和轻量化发展。随着汽车电子器件尺寸不断缩小，连接器不能也不应该限制电子产品的封装尺寸。无论是分布式还是集中式架构，连接器方案需要因地制宜来适配小型化轻量化的趋势。比如用于汽车以太网系统的连接器MATEnet就会采用模块化和可拓展设计集成进现有的汽车连接接口；用于人机交互高速数据传输的HSD、HSL连接器也会提供拓展到PCB板端的组合。
 
小结
 
根据链路要求计算通道性能，并根据连接类型进行连接器的小型化、模块化设计，是将数据连接集成到下一代汽车架构中的最佳办法。