如何采用分区架构提升车辆的简易性

 

各种车辆功能推陈出新，传统的域架构 (Domain Architecture)也面临挑战。本文将介绍交通运输行业如何采用分区架构 (Zonal Architecture)来提升车辆的简易性、效率、维护和制造。

在飞速发展的汽车制造领域，正在从过去满载 ECU 的汽车向未来以数据为中心的流线型汽车转变。分区架构的概念正在重新定义从车辆设计到道路行驶性能、维护和制造流程等各个方面。 

汽车行业正处于变革，分区架构的整合有望提升车辆设计的效率和连接性。这项技术的革新简化了以往过于复杂的系统，为汽车电子产品树立了标杆。

 

什么是域架构和分区架构？

域架构和分区架构是汽车电气架构的两种设计方法。长期以来，域架构一直是提供汽车功能的传统方法，但汽车性能和消费者的需求正在迫使业界转向更灵活的分区架构。然而，上举需要大规模设计转变，要求细心筹划每一个开发步骤以及每一级架构。 

什么是域架构？

域架构是一种按照功能构建车辆电气架构连线的方法，从而为整车提供控制功能。无论是动力系统、安全系统还是信息娱乐系统，每功能项目群组都有自己的域控制器。

但几十年来，随着新系统和新功能的增加，汽车内部的线路连接日渐增加。从电源到电子控制单元（ECU）及设备的重复连接，导致布线冗余且拥挤。这种逐渐累积的布线被认为是扁平的架构，使得汽车设计难以扩展。

域架构一直在努力摆脱平面布局，以提高适应性。目前，大多数制造商都采用了以域为中心的设计，但域架构也面临着新的限制。单个域可以横跨整个车辆；事实上，大多数车辆都是如此，而且每台设备都需要与控制器进行独特的连接。这种复杂的跨车辆(vehicle-spanning)域网络需要极其大量的布线，既增加了重量，又降低了效率。 

采用传统架构或域架构的车辆需要安装 100 到 150 个ECU，每个ECU单元都需要自己的专用线路，这就形成了非常复杂和耗费空间的线束系统。值得注意的是，虽然汽车系统的其他部分已转向自动化或机器人装配，但这些线束仍然需要针对每种车型进行定制和手工装配。

尽管域架构相比传统的平面布线系统有所改进，但它只是向完全模块化的可适应方法迈出了一步，并未达到成功。 

什么是分区架构？

分区架构将电气控制器分散到多个模块区或硬件网关，这些模块区或硬件网关分布在车辆的各个位置。各种功能的设备连接到最近的网关，而不是采用域分组形式。分区架构将每组电气功能分配给专用的分区控制器，从而重新规划了汽车电子设备的整体线路方案。这种战略性的控制器布局大大缩短了布线长度，简化了电源和信号传输，并且释放更多空间，为将车辆打造成车轮上的数据中心奠定了基础。

 

 

分区架构的优势

通过将设备和计算机控制建构在孤立的中枢之内，提供了所需的可扩展性以容纳高速数据和各种电子系统。此外，分区架构还为汽车制造商带来了效率、安全、维护和生产方面的多项全新优势。 

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减轻铜缆重量

传统汽车设计使用大量铜线，显着增加了车辆的重量，这不利于提高效率和性能。有些线束配置包含长达5 公里的电线。域系统布线在车辆重量中平均占了 45 至 55 公斤，最大约为 68 公斤。

采用分区架构进行试验的汽车生产线，如特斯拉的 Model 3生产线，大大缩短了布线长度(从3千米缩短至 1.5 千米)，线束总重量则显着减少了 85%。

通过减少沉重的布线，分区设计显着减轻了车辆重量。这对电动汽车（EV）尤其有利，因为每减轻一公斤重量，就能增加续航里程并提高性能。随着车辆从 12V 转向 48V 电气系统，进一步改善了重量减轻状况，因为 48V电气系统能够以更低的电流提供相同的功率，从而减低电线的直径和相应的重量。由于导线更细、布线更简单，设计人员还可以腾出更多空间来容纳其他系统。

 

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提高数据和电源可靠性的耐久性 

传统的车辆系统经常受到运行环境的影响，连接器尤其容易受到车辆日常使用中的频繁冲击和振动所影响。域架构的集中布局更容易出现全面的故障，在这种情况下，一个错误就可能导致整个电气网络瘫痪，从而增加出现安全问题的风险。 

更先进、更坚固的连接器增强了分区系统的耐用性，这些连接器件经过精心设计，能够承受极端温度、进水和振动等路况，确保不间断供电和高速数据传输。在区域内，故障安全协议可以隔离故障，防止出现大面积电气故障。这种额外的耐久性对于先进驾驶辅助系统（ADAS）和新兴的自动驾驶汽车领域的安全性和功能性至关重要。 

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简化维护和更新

传统电气系统的维护十分耗时。机械师必须了解每个复杂系统的细微布线，因此即使是简单的检修、修理和更新也是劳动密集型的过程，往往需要专门的技能和设备。这种复杂性还增加了维修某项功能进行时破坏其他功能的风险。

分区架构的通用模块化方法使得人们很容易改进或维修车辆，从而大大减少停机时间和成本。隔离的分区使得检查、诊断和故障排除变得十分简单，普通技术人员都能够处理。 

分区架构还可以通过 Wi-Fi 或 5G 等方式从远程部署软件更新，使得车辆保持最新功能、更新和安全补丁，而无需技术人员和人工参与。

 

4 提高制造和装配效率 

集成域架构汽车的生产运作历来都是劳动密集型的，尤其是在制作单个线束时。每个线束都是为特定产品量身定制。车辆装配线上的每一个工位都要为每一项功能绑扎和连接电线，这个过程十分繁琐。

随着采用分区模式，制造流程正处于一场重大革命的边缘。分区架构的标准化和模块化设计有利于简化装配生产线，特点是预装配线束和即插即用互连。这些进步提高了电气子系统的灵活性、自动化程度，减少了错误，并大幅降低了制造成本。 

大幅提高效率不仅有利于制造商，也有利于消费者，因为这有可能带来更经济实惠的汽车。

 

与Molex共同探索分区架构时代

在汽车设计中采用分区架构标志着运输行业的关键性转变，解决了长期困扰汽车制造商的复杂性、重量、耐用性、维护和装配等主要难题。

随着运输行业在 ADAS、电气化和共享交通模式方面不断创新，分区架构成为未来运输行业发展的新基础。 

Molex莫仕处于这项重要变革的前沿，利用丰富的工程专业知识开发连接器和系统，确保未来的汽车不仅更先进，而且可靠、高效、适应性强。例如，我们的扩展阅读MX-DaSH数据-信号混合连接器在设计时考虑到了分区，在单一紧凑型连接器系统中结合了传统的电源和信号以及高速数据。 

 

        审核编辑：彭菁