各種車輛功能推陳出新，傳統的域架構 (Domain Architecture)也面臨挑戰。本文將介紹交通運輸行業如何采用分區架構 (Zonal Architecture)來提升車輛的簡易性、效率、維護和制造。

在飛速發展的汽車制造領域，正在從過去滿載 ECU 的汽車向未來以數據為中心的流線型汽車轉變。分區架構的概念正在重新定義從車輛設計到道路行駛性能、維護和制造流程等各個方面。

汽車行業正處于變革，分區架構的整合有望提升車輛設計的效率和連接性。這項技術的革新簡化了以往過于復雜的系統，為汽車電子產品樹立了標桿。

什么是域架構和分區架構？

域架構和分區架構是汽車電氣架構的兩種設計方法。長期以來，域架構一直是提供汽車功能的傳統方法，但汽車性能和消費者的需求正在迫使業界轉向更靈活的分區架構。然而，上舉需要大規模設計轉變，要求細心籌劃每一個開發步驟以及每一級架構。

什么是域架構？

域架構是一種按照功能構建車輛電氣架構連線的方法，從而為整車提供控制功能。無論是動力系統、安全系統還是信息娛樂系統，每功能項目群組都有自己的域控制器。

但幾十年來，隨著新系統和新功能的增加，汽車內部的線路連接日漸增加。從電源到電子控制單元（ECU）及設備的重復連接，導致布線冗余且擁擠。這種逐漸累積的布線被認為是扁平的架構，使得汽車設計難以擴展。

域架構一直在努力擺脫平面布局，以提高適應性。目前，大多數制造商都采用了以域為中心的設計，但域架構也面臨著新的限制。單個域可以橫跨整個車輛；事實上，大多數車輛都是如此，而且每臺設備都需要與控制器進行獨特的連接。這種復雜的跨車輛(vehicle-spanning)域網絡需要極其大量的布線，既增加了重量，又降低了效率。

采用傳統架構或域架構的車輛需要安裝 100 到 150 個ECU，每個ECU單元都需要自己的專用線路，這就形成了非常復雜和耗費空間的線束系統。值得注意的是，雖然汽車系統的其他部分已轉向自動化或機器人裝配，但這些線束仍然需要針對每種車型進行定制和手工裝配。

盡管域架構相比傳統的平面布線系統有所改進，但它只是向完全模塊化的可適應方法邁出了一步，并未達到成功。

什么是分區架構？

分區架構將電氣控制器分散到多個模塊區或硬件網關，這些模塊區或硬件網關分布在車輛的各個位置。各種功能的設備連接到最近的網關，而不是采用域分組形式。分區架構將每組電氣功能分配給專用的分區控制器，從而重新規劃了汽車電子設備的整體線路方案。這種戰略性的控制器布局大大縮短了布線長度，簡化了電源和信號傳輸，并且釋放更多空間，為將車輛打造成車輪上的數據中心奠定了基礎。

分區架構的優勢

通過將設備和計算機控制建構在孤立的中樞之內，提供了所需的可擴展性以容納高速數據和各種電子系統。此外，分區架構還為汽車制造商帶來了效率、安全、維護和生產方面的多項全新優勢。

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減輕銅纜重量

傳統汽車設計使用大量銅線，顯著增加了車輛的重量，這不利于提高效率和性能。有些線束配置包含長達5 公里的電線。域系統布線在車輛重量中平均占了45 至 55 公斤，最大約為 68 公斤。

采用分區架構進行試驗的汽車生產線，如特斯拉的 Model 3生產線，大大縮短了布線長度(從3千米縮短至 1.5 千米)，線束總重量則顯著減少了 85%。

通過減少沉重的布線，分區設計顯著減輕了車輛重量。這對電動汽車（EV）尤其有利，因為每減輕一公斤重量，就能增加續航里程并提高性能。隨著車輛從 12V 轉向 48V 電氣系統，進一步改善了重量減輕狀況，因為 48V電氣系統能夠以更低的電流提供相同的功率，從而減低電線的直徑和相應的重量。由于導線更細、布線更簡單，設計人員還可以騰出更多空間來容納其他系統。

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提高數據和電源可靠性的耐久性

傳統的車輛系統經常受到運行環境的影響，連接器尤其容易受到車輛日常使用中的頻繁沖擊和振動所影響。域架構的集中布局更容易出現全面的故障，在這種情況下，一個錯誤就可能導致整個電氣網絡癱瘓，從而增加出現安全問題的風險。

更先進、更堅固的連接器增強了分區系統的耐用性，這些連接器件經過精心設計，能夠承受極端溫度、進水和振動等路況，確保不間斷供電和高速數據傳輸。在區域內，故障安全協議可以隔離故障，防止出現大面積電氣故障。這種額外的耐久性對于先進駕駛輔助系統（ADAS）和新興的自動駕駛汽車領域的安全性和功能性至關重要。

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簡化維護和更新

傳統電氣系統的維護十分耗時。機械師必須了解每個復雜系統的細微布線，因此即使是簡單的檢修、修理和更新也是勞動密集型的過程，往往需要專門的技能和設備。這種復雜性還增加了維修某項功能進行時破壞其他功能的風險。

分區架構的通用模塊化方法使得人們很容易改進或維修車輛，從而大大減少停機時間和成本。隔離的分區使得檢查、診斷和故障排除變得十分簡單，普通技術人員都能夠處理。

分區架構還可以通過 Wi-Fi 或 5G 等方式從遠程部署軟件更新，使得車輛保持最新功能、更新和安全補丁，而無需技術人員和人工參與。

4提高制造和裝配效率

集成域架構汽車的生產運作歷來都是勞動密集型的，尤其是在制作單個線束時。每個線束都是為特定產品量身定制。車輛裝配線上的每一個工位都要為每一項功能綁扎和連接電線，這個過程十分繁瑣。

隨著采用分區模式，制造流程正處于一場重大革命的邊緣。分區架構的標準化和模塊化設計有利于簡化裝配生產線，特點是預裝配線束和即插即用互連。這些進步提高了電氣子系統的靈活性、自動化程度，減少了錯誤，并大幅降低了制造成本。

大幅提高效率不僅有利于制造商，也有利于消費者，因為這有可能帶來更經濟實惠的汽車。

與Molex共同探索分區架構時代

在汽車設計中采用分區架構標志著運輸行業的關鍵性轉變，解決了長期困擾汽車制造商的復雜性、重量、耐用性、維護和裝配等主要難題。

隨著運輸行業在 ADAS、電氣化和共享交通模式方面不斷創新，分區架構成為未來運輸行業發展的新基礎。

Molex莫仕處于這項重要變革的前沿，利用豐富的工程專業知識開發連接器和系統，確保未來的汽車不僅更先進，而且可靠、高效、適應性強。例如，我們的擴展閱讀MX-DaSH數據-信號混合連接器在設計時考慮到了分區，在單一緊湊型連接器系統中結合了傳統的電源和信號以及高速數據。

審核編輯：彭菁