未来汽车：三大连接技术挑战，如何应对？

全球汽车行业正在经历一场深刻的变革。根据国际能源署（IEA）的数据，到2030年全球道路上行驶的纯电动汽车（BEV）将达到2.5亿辆，届时新车销售中电动汽车的渗透率将达到60%！而且，越来越多的人认识到，这场变革并不是简单的“电池代替油箱”，而是重塑未来交通和出行的新起点。

当然，处于这场变革中心的，还是汽车。对于未来汽车的形态，人们会有诸多预测和畅想，不过时至今日，其三大发展趋势——也可以称为三大转变——已经日渐清晰。

动力能源的转变

从传统的化石能源，转向更为绿色环保的电能，电气化是未来汽车的一大标志。这一“驱动力”的变化，将对原有的汽车产业格局产生颠覆性的影响，并且正在延伸至更广泛的出行领域，如电动垂直起降飞行器（eVTOL）的发展。

价值重心的改变

随着汽车智能化的发展，汽车电子设备在整车成本中的比重也在不断提升，随之而来的则是——数据正在成为汽车的新“燃料”，在提升安全和舒适性、创造全新的用户体验和商业价值方面，发挥更为重要的作用。

功能定位的改变

从先进的导航到信息娱乐系统，再到自动驾驶技术，未来的汽车将不再仅仅是一种交通工具，而成为了名副其实的车轮上的“数据中心”，产生海量的数据，并与周围及云端的智能设备进行数据交互，汽车的功能定位也会随之发生变化。

当我们按照这样的愿景，仔细描绘未来汽车及交通运输业的蓝图时，不难发现，“连接”将成为其中越来越重要的一环。无论是电力传输，还是数据通信，抑或是无线互联，先进的连接技术都将会重新定义未来汽车，使其不仅是更智能、更安全、更绿色的交通工具，还将成为整个生态链的信息中枢，无缝连接用户、车企、交通管理，以及众多相关服务提供商。

有前瞻性的技术厂商，已经在为未来汽车所需的“连接技术”进行布局。比如TE Connectivity（以下简称TE)，就利用自身深厚的技术积累，以及在汽车行业丰富的专业经验，顺应汽车行业发展的三大趋势，提供针对性的产品和解决方案。

支持大功率直流充电

在汽车电气化的进程中，充电速度慢一直是个瓶颈。目前普遍采用的直流快速充电设备可提供的功率在50kW至200kW，充电一个小时可为电动汽车增加300公里的行驶里程。这个表现对于大多数应用场景似乎已经足够了，但对于长途旅行需要快速补能的用户来说还是不够快，而且与传统燃油车的加油体验相比，仍然有不小的差距。

解决这个痛点，开发更大功率的直流充电（HPC）技术是必由之路。为此，包括国际汽车工程师学会（SAE）、国际电工委员会（IEC）、充电接口倡议组织（CharIN）和CHAdeMO协会在内的多个行业组织，正在推动支持HPC的物理接口标准以及相关协议的制订，有望在不久的将来将直流充电功率提升至500kW，并向兆瓦级迈进。

不过，更高的直流充电功率对于相关连接器的挑战也是显而易见的，归纳起来，这些挑战将包括但不限于：

需要优化触点系统，如开发新的触点镀层，以降低接触电阻，减少由于大功率而产生的热量，同时减轻由大量连接插拔而产生的磨损，获得更长的使用寿命。

大功率会给整个连接路径带来更为严峻的热管理挑战，这就需要更先进的仿真和更精确的传感技术提供参考信息，以实现更智能的电源管理。

安全性是另一个不容忽视的问题，较高电压可能导致触电以及电弧放电等风险，电阻产生的热量也会导致灼伤，这些都需要在设计连接器时予以考虑。

此外，在承载高电压、大电流的同时，如何控制好连接器的尺寸，令其具有尽可能轻巧的外形以及更好的成本效益，也是打造一个商业产品必须考量的问题。

面对上述这些大功率连接挑战，TE开发出了一系列解决方案。其中，PowerTube连接器就⾮常适合于电动⼯业和商⽤⻋辆中的⼤功率应⽤，可以支持高达580A连续电流（取决于电线尺寸和温度）以及1,000V电压。

图1：PowerTube连接器
（图源：TE Connectivity）

PowerTube连接器具有IP6K9K防尘防水等级，连接器位置保证（CPA）、坚固耐用的设计以及高压联锁回路（HVIL）等安全特性，可承受发动机级振动及车用环境的考验，提供可靠、安全的连接。其还提供圆形360°屏蔽，有利于实现EMI保护。

该系列连接器的接头采用可扩展和模块化设计，有180°或90°方向可供选择，每个连接器至多可提供3位，支持35mm2至150mm2之间的多种线径。其改进的圆形设计简化了电缆布线和连接器组装，进一步提升了现场操作的便利性。

总之，在实现汽车电气化，向更大功率系统迈进的旅程上，PowerTube连接器绝对是一位值得信赖的“旅伴”。

图2：PowerTube连接器特性
（图源：TE Connectivity）

赋能汽车以太网

上文提到，汽车的智能化让“数据”的价值日益凸显。有分析显示，无人驾驶汽车每天可以产生超过4TB的数据，如此巨大的数据量不仅会对车载高性能计算和处理提出更高的要求，对于车载网络（IVN）也是巨大的挑战。

面对汽车中越来越多的ECU、传感器，以及越来越大的数据带宽需求，传统的车载网络协议（如CAN、FlexRay、MOST和LIN协议等）愈发显得捉襟见肘，因此进入21世纪之后，开发者开始探索将可信的以太网协议引入汽车应用的可行性。2016年，IEEE 802.3bw中发布了第一个汽车以太网标准100BASE-T1，意味着支持更大数据吞吐量、能够有效简化车载网络系统架构和布线复杂性、且满足安全可靠性要求的汽车以太网的发展，已经是大势所趋。

图3：汽车以太网与其他车载网络协议比较
（图源：TE Connectivity）

今天，汽车以太网技术仍处于快速演进之中，单对以太网（SPE）技术的出现，以及伴随着汽车电子电气架构区域化控制而发展出的10BASE-T1S标准，都在为汽车以太网技术的最终规模化商用铺平道路。

伴随着汽车以太网的发展，相关连接技术也是亦步亦趋，为其提供有力的支撑。TE的MATEnet汽车以太网连接器，符合IEEE 100BASE-T1和1000BASE-T1标准，数据传输速率高达1Gbps，采用优化的替代技术更是可以实现6Gbps的数据传输速率。与此同时，为了适应恶劣的汽车环境，MATEnet连接器采用NanoMQS端子系统，提供了出色的汽车级稳健性。

图4：MATEnet汽车以太网连接器
（图源：TE Connectivity）

在灵活性方面，MATEnet汽车以太网连接器具有多达10个脚位以及垂直和直角安装，兼容非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP），并且提供适合汽车连接性构建模块的模块化可扩展解决方案，可以为各类汽车以太网应用提供高性价比的解决方案，适用于车载网络、ADAS和360°环视摄像头等各类车载应用。

实现车用5G互联

未来汽车功能定位的改变，决定了其不再是一种单纯的交通工具，而是未来庞大的智能交通体系中的一个数据节点。车联网（V2X）技术应运而生，它使得汽车能够与其他汽车、路边的智能交通设施、携带智能手机的行人等进行沟通，确保更高级别自动化驾驶的安全性，也可以提供更丰富的信息和娱乐服务，或者扩展出车队管理、远程物流监控等新的商业模式。

图5：V2X车联网的应用场景
（图源：TE Connectivity）

想要实现车联网，让汽车内部与外部的数据通信和交互，自然需要无线连接技术的加持。而5G的持续进步，正好可以为未来的车载无线互联铺平道路。相较于基于IEEE 802.11p的竞争性DSRC技术，基于5G的C-V2X技术获得了越来越多国家和地区的青睐，有望成为未来构建车联网的首选技术。

天线是实现5G通信中不可或缺的一环，而应用在汽车中的5G天线，又要受到耐用性、安全性和灵活性等诸多条件的约束。

TE / Laird的外置5G Phantom天线就是汽车5G互联的理想选择。该系列天线覆盖617MHz至7125MHz或698MHz至7125MHz频段，可在无需固定接地平面的情况下提供全球蜂窝覆盖，即使对于需要600MHz较低频段的区域也可适用，平均效率超过95%。

图6：TE / Laird外置5G Phantom天线
（图源：TE Connectivity）

由于采用直接安装的螺纹螺柱设计并集成N母头连接器，因此5G Phantom天线可实现防篡改安装，确保安全性。直接同轴连接使得该天线即使在较高频率下也能提供一致的性能，避免了其他安装方法容易造成的性能损失。

5G Phantom天线外形紧凑，具有IP67的防护等级，可提供高达8.0 dBi的增益，且各个辐射方向上的性能十分均匀一致，可有效减少信号丢失的几率。应该说，其为了支持汽车5G应用，在各方面的考虑都非常周全。

图7：5G Phantom天线电气特性
（图源：TE Connectivity）

本文小结

未来汽车什么样？随着汽车科技的进步，这个问题的答案已经越来越清晰。电气化、智能化、互联化的汽车进化大趋势，也对相关的大功率传输、数据通信和5G互联等连接技术提出新的挑战。

好消息是，应对这些挑战，TE等实力技术厂商已经给出了前瞻性的解决方案。它们不仅可以为创新的汽车应用提供可靠而高性能的电气连接，也为我们提供了一条“连接”未来的技术捷径，让更多今天的创想得以在明天实现。