Компоненты питания и межсоединений играют фундаментальную роль в развитии автомобилей и многих других видов транспорта. Три эксперта по автомобильным компонентам из двух ведущих электронных компаний — Шон Люк, директор по техническому маркетингу DigiKey, и Мэтт МакУинни и Кирк Улери, директора по развитию бизнеса Molex — недавно обсудили факторы, определяющие современный дизайн автомобилей.
По мере того, как автопроизводители стремятся создавать более «умные» и «подключенные» автомобили, количество электронных компонентов, необходимых для их питания, будет продолжать расти. Фактически, по данным Statista, ожидается, что к 2030 году на электронику будет приходиться 50% стоимости нового автомобиля.
«Бурный рост числа электронных устройств в автомобилях открывает широкие возможности», — говорит Улери. «В любом случае, независимо от того, к чему мы придем с электромобилями и другими системами привода, электроника, безусловно, останется одним из важнейших компонентов транспортных средств в будущем».
Электрификация способствует инновациям.
Электрификация автомобилей открыла двери для новых и инновационных конструкций транспортных средств. Благодаря отсутствию необходимости в традиционном двигателе внутреннего сгорания, автопроизводители получили большую гибкость в распределении батарей и зарядных портов, увеличении пространства для пассажиров или багажа и так далее.
Это привело к появлению на рынке большего числа новых производителей электромобилей, предлагающих широкий выбор марок и моделей. На данный момент многие из них остаются дорогими и не имеют стандартизации в этом сегменте. Однако это большее разнообразие предлагает потребителям больше возможностей для стилизации и индивидуализации, и стоимость автомобилей, вероятно, снизится по мере развития технологий и наращивания производства.
«Пока еще пройдет некоторое время, прежде чем появится единый дизайн для электромобилей, потому что это гонка за новыми технологиями и инновациями», — предсказал МакУинни. «Конструкции автомобильной промышленности, как правило, очень надежны, долговечны и хорошо протестированы, но в этот период быстрых изменений многие платформы все еще находятся в зачаточном состоянии — по сути, это очень дорогие прототипы».
Независимо от производителя, марки или модели, всем электромобилям необходима надежная передача энергии и высокоскоростная передача данных для принятия решений в режиме реального времени с помощью программного обеспечения.
Достижения в области микропроцессоров также привели к изменению парадигмы в автомобильном дизайне с появлением программно-определяемой платформы для транспортных средств (SVP), которая управляет функциональностью и поведением систем автомобиля. За счет меньшей зависимости от аппаратного обеспечения повышается модульность, гибкость и возможности подключения: для управления чрезвычайно сложной системой требуется меньше деталей и проводов.
«Мы находимся на переломном этапе, когда мы больше не можем добавлять больше проводов в автомобили», — объясняет Улери. «Автомобильный сектор начал перенимать опыт ИТ-сектора, поскольку теперь у нас есть двухпроводной стандарт Ethernet, способный работать в гигагерцовом диапазоне, что позволяет сократить количество проводов в автомобиле.
48-вольтовая электрическая система — еще один пример: теперь ее можно перевести на кабели меньшего сечения, а благодаря программно-определяемым зональным архитектурам в автомобиле можно разместить один контроллер и все эти устройства на одной шине, соединив их одним кабелем. Мы увидим меньше медных разъемов, но автомобили будут лучше спроектированы и смогут лучше соответствовать требованиям высокоскоростной связи будущих транспортных средств».
Это электромобили.
В Европе рынок электромобилей быстро растет, поскольку автопроизводители и потребители стремятся соответствовать строгим стандартам выбросов углекислого газа, чтобы избежать штрафов и соблюдать такие правила, как зоны с низким уровнем выбросов. В 2023 году журнал Transport & Environment сообщил , что продажи электромобилей в Европе выросли на 28%.
«Электрификация изменит правила игры», — говорит Люк. «Люди видят преимущества».
В отличие от Соединенных Штатов, многие европейские страны вложили значительные средства в зарядную инфраструктуру по всему региону, предлагая как частные, так и общественные зарядные станции, что делает электромобили более привлекательным вариантом для большинства потребителей. Одним из главных препятствий для электромобилей в европейских странах является то, что стандарт переменного тока в регионе основан на 240 вольтах.
«Я знаю по личному опыту, — сказал Улери, — что 120-вольтовое переменное напряжение (зарядка уровня 1) в Северной Америке обеспечивает примерно 8 км запаса хода в час зарядки. Зарядное устройство уровня 2 на 240 вольт обеспечивает более 40 км запаса хода в час зарядки».
«Мы очень заботимся об экономном использовании энергии, и межсистемные соединения могут сыграть важную роль в обеспечении устойчивого развития», — заявил Люк. «Последнее, чего мы хотим, — это заряжать батарею и при этом терять энергию по пути из-за бортового зарядного устройства или рассеивать лишнюю энергию».
Технические характеристики автомобильных компонентов:
Современные легковые автомобили содержат в среднем 80 датчиков, 100 электронных блоков и множество проводов. Каждый из этих компонентов должен соответствовать строгим стандартам, чтобы хорошо работать в сложных условиях, в которых находится автомобиль: климат и влажность, изменяющиеся дорожные условия, высокие температуры, вибрации и многое другое.
«Прочность и надежность имеют решающее значение для транспорта, — говорит Люк. — Некоторые компоненты транспортных средств должны служить десятилетиями. При таких длительных сроках поставки может потребоваться много времени, чтобы подготовить автопарк к изменениям в компонентах, таким как стандарт USB-C для зарядных кабелей, которые потребители ожидают увидеть при поездках на автомобиле или самолете»
Несколько органов по сертификации устанавливают стандарты для деталей, используемых автопроизводителями, например, Совет по автомобильной электронике (AEC) и Совет по автомобильным исследованиям США (USCAR). Эти организации определяют требования к производительности и тщательно проверяют и сертифицируют компоненты, одобренные для использования в автомобилях.
Компоненты, сертифицированные AEC (AECQ), признаны во всем мире и, как правило, представляют собой высококачественные, долговечные и надежные детали, способные выдерживать суровые дорожные условия без ущерба для производительности. Дополнительные факторы, которые следует учитывать при выборе компонентов для автомобильных конструкций, включают:
• Модульность: Легко ли владельцу или ремонтной мастерской заменить деталь при необходимости?
• Геометрия контактов: Сколько раз компонент можно подключать и отключать? Короче говоря, выполняет ли разъем свою функцию?
• Эффективность: Разумно ли деталь использует энергию или рассеивает избыточную мощность?
• Сценарий использования: Изготовлена ли деталь в соответствии со спецификациями, отвечающими сценарию использования? Некачественные детали могут просто прослужить, а не функционировать, а высококачественные детали могут ограничивать гибкость конструкции.
• Простота сборки: Может ли сборочная линия многократно устанавливать деталь в масштабе, соответствующем ее расположению в транспортном средстве?
• Безопасность: Если деталь выйдет из строя во время движения транспортного средства, есть ли какие-либо устройства безопасности для предотвращения несчастных случаев?
«Оценка рисков и спецификация автомобильных компонентов — две стороны одной медали», — говорит МакУинни. «С появлением не только живучести, но и функциональности, спецификации иногда необходимо пересматривать или обновлять. С другой стороны, спецификации могут быть избыточными, что приводит к высоким затратам или ограничивает гибкость проектирования. Спецификации становятся все более важными по мере развития архитектур».
«Преимущество межсоединений заключается в том, что можно создавать модульные, взаимозаменяемые детали», — добавляет Люк. «Кажется, что ставки высоки, но важность межсоединений в автомобильном проектировании часто недооценивается».
Прежде всего, эксперты сошлись во мнении, что безопасность должна быть на первом месте в автомобильном проектировании.
«Мы никогда не сможем переоценить важность безопасности», — говорит Улери. «Когда компьютер выходит из строя, вы просто перезапускаете его. Это невозможно, когда в вашем автомобиле установлена компьютерная шина, и вы едете на высокой скорости. Это совершенно дополнительный уровень, который мы должны учитывать во всем, что делаем.
Мы всегда ищем самые новые и лучшие компоненты: как добавить новейшие функции для достижения наилучшей производительности, и мы хотим делать это быстро, но мы имеем дело с жизнями людей, поэтому мы должны обеспечить безупречную надежность».
В
перспективе потребители, вероятно, продолжат требовать все более совершенных функций безопасности и комфорта, а также электромобилей и других видов транспорта, снижающих зависимость от ископаемого топлива.
«Электрификация просто не останавливается», — сказал МакУинни. «Наоборот, она, скорее всего, ускоряется».
Тем не менее, тенденция к миниатюризации автомобильной электроники будет продолжаться, считает МакУинни.
«Достижения в микроэлектронике привели к тому, что в автомобили, движущиеся к программно-определяемой платформе, устанавливается все больше микропроцессоров», — говорит он. «Это не означает, что каждый элемент автомобиля будет динамически управляться непосредственно программным обеспечением, но реструктуризация систем управления в этом направлении имеет огромные последствия».
Увеличение количества микропроцессоров в транспортных средствах может стимулировать множество инноваций, в значительной степени зависящих от невероятно быстрой обработки данных на периферии, включая автономное управление. Хотя до этого еще несколько лет, автономные транспортные средства могут стать обычным явлением к 2030 году. Большинство людей уже знакомы и комфортно используют полуавтономные функции, такие как круиз-контроль в автомобилях или автопилот в самолетах. В последующие годы, вероятно, все еще потребуется участие оператора или пилота в этом процессе.
Транспортная и автомобильная отрасли будут продолжать стимулировать инновации в течение многих лет, а такие поставщики, как Molex и DigiKey, будут продолжать предоставлять компоненты и услуги, необходимые для ускорения этого прогресса.
Авторы: Мэтт МакУинни, директор по развитию бизнеса группы компаний Molex, и Кирк Улери, директор по развитию дистрибьюторского бизнеса компании Molex; Шон Люк, инженер по маркетингу и техническим вопросам компании DigiKey.
Мэтт МакУинни и Кирк Улери — директора по развитию бизнеса в компании Molex. Будучи ведущим мировым поставщиком решений в области разъемов, Molex сочетает в себе инженерное превосходство, доверительные отношения и непревзойденную приверженность качеству и надежности, помогая клиентам во всех отраслях улучшать свою жизнь. Molex, пользующийся доверием более 80 лет, предлагает первоклассный дизайн и производство, а также портфель из более чем 100 000 инновационных продуктов.
Шон Люк — технический инженер по маркетингу в компании DigiKey. DigiKey является лидером и постоянным новатором в сфере дистрибуции высококачественных электронных компонентов и продуктов автоматизации по всему миру, поставляя более 15,3 миллионов компонентов от более чем 2900 производителей качественных брендов.
