How it Works - Car to Cloud
了解 TE Connectivity 如何轉變技術以實現聯網汽車
啟用聯網汽車的進步令人驚訝。從第一輛 Model T 出廠時起，汽車的功能就基本上沒有變化。當確實發生了進步時，它們大多是機械的：更大的發動機，更高效的變速箱，更安全的製動器等等。
今天，我們目睹了對汽車的徹底改造。連接性的進步，為汽車行業創造了機會。儀表板導航、資訊娛樂系統和支持藍牙的儀表板，是不遠的將來的一瞥。
麥肯錫估計，2015 年聯網汽車的數量，將以每年 30％ 的速度成長。到 2018 年，具有聯網功能的汽車幾乎占美國市場的 39％。 Gartner 估計，到 2020 年，將有 2.5 億輛聯網汽車在道路上行駛，「使它們成為物聯網的主要組成部分」。到 2022 年，市場滲透率有望達到 80％ 以上。這種成長的大部分將始於高檔汽車，然後技術將滲入價值細分的市場。
雲端的連接，能夠與車輛內外的許多節點，共享數據的天線，可創建更安全、更明智的駕駛體驗的感測器，以及堅固、高速的車載數據網路，對於實現無縫、互聯、功能豐富的汽車，未來的消費者要求很高。TE Connectivity（TE）對嚴格的汽車標準的深刻理解，以及他們在感測器、數據網路、互連和天線技術方面的無與倫比的專業知識，可以幫助汽車製造商，在這個迅速發展的市場中取得成功。
要記住的一件事是，儘管所有汽車都共享許多相同的技術，但聯網汽車和自動駕駛汽車，卻是不同的主題。連通性正在將汽車變成智慧設備，並有可能成為啟用物聯網（IoT）的關鍵要素。自主性意味著汽車具有收集資訊，以進行獨立決策的能力，從而使其能夠自力更生。
感測器：聯網汽車的神經系統
自 1970 年代後期以來，由於美國環境保護署（EPA）的排放法規，要求使用催化轉化器、電子控制感測器，已成為汽車工程不可或缺的部分。該法規推動了對感測器的需求，並幫助創造了性能、安全性和舒適性優勢。車主現在期望擁有先進的駕駛員輔助系統（ADAS）、自適應巡航控制（ACC）、車道偏離警告（LDW）、交通號誌辨識（TSR）、盲點監控（BSM），和具有燈光範圍的智慧遠光燈助手（ ILB）。越來越多的車主需要遠端資訊處理模組和其他單元，例如用於收費和即時交通報告的模和，或收集天氣資訊的雨量感測器。
到 2020 年，新型汽車將具有 200 多個感測器，用於測量汽車內部及其周圍環境的數據。據估計，這些汽車每天每輛汽車將產生 4 TB 的數據。
感知的世界
為了使互聯汽車充分發揮其潛力，關鍵要求是能夠捕獲有關周圍環境的正確和完整的數據。這始於確定車輛當前環境的複雜感測器技術。在收集這些數據方面，將被證明相當重要的技術，包括高解析度的單聲道和立體聲攝影機、雷達，以及能夠精確定位 120 米以內（在一釐米以內）物體的感測器。
當透過高級專用短距離通信（DSRC）天線進行傳輸時，感測器生成的數據，可實現車對所有（V2X）通信，其中包括車對車（V2V）和車對基礎設施（V2I）通信。
當車輛系統中繼感測器生成的數據時，駕駛員可以在遇到這些問題之前，提前收到有關道路狀況和駕駛的危險警報，例如擁擠的道路、公路碎屑或坑窪。當車輛系統連接到道路基礎設施時，感測器生成的數據，可以提供準確的即時交通數據，從而允許製圖程序繪製最有效的路線，從而節省了駕駛員的時間，並最大程度地減少了溫室氣體排放。
「很多感測器業務，都是由電子行業推動的。因此，你會看到很多小型化、低功耗的特點。當你談論汽車時，你在談論的是機艙內部的情況，發動機內部的情況，甚至是車外發生的事情。」
TE 感測器解決方案 CTO 副總裁 Byron Hill
感應性能
同樣重要的是內部感測技術。 TE 為汽車應用提供了廣泛的感測器，包括從位置、速度和濕度（機艙內、發動機進氣口）到壓力（制動 HPS、尿素）和溫度的各種感測器。例如，濕度感測器旨在提高性能，減少能耗並在溫度影響性能的環境中提高安全性。我們的流體特性感測器，為發動機、燃料系統、選擇性催化還原（SCR）系統、壓縮機、變速器、變速箱和許多其他應用，帶來即時流體監控。發動機、變速箱和製動系統內的感測器，將打開預測性維護時代的大門，在此時代，車輛可以在處理出現問題之前拜訪機械師。
感知健康
生物感測器技術，將是另一個越來越重要的創新領域。不久之後，臉部、眼睛、聲音或 ECG 技術，將使汽車能夠辨識駕駛員。駕駛員無需抓住鑰匙，或按下無鑰匙啟動按鈕，只需抓住方向盤，嵌入式生物辨識感測器即可啟動汽車。內置在汽車座椅中的電壓感測，將監視心率；而儀表板攝影機，將跟踪頭部的運動，以查看駕駛員是否困倦。醫療設備技術和消費者健康應用（包括健康和健身監測器）方面的專業知識，使 TE 在開發和加固微型感測器方面具有優勢，微型感測器將使駕駛員（和乘客）健康監測，成為互聯駕駛體驗的重要組成部分。
天線：連接的心
在所有有關汽車連接性的討論中，天線可能是人們最想當然的組件。但這是聯網汽車的關鍵組成部分，以及感測器和車載數據網路。
通常，在 1980 年代，汽車只有一個天線：AM / FM 鞭狀天線。隨著 GPS 和蜂窩服務的引入，汽車中的天線數量增加了。到 1980 年代後期，美國的某些汽車，也為 800MHz 蜂窩頻段安裝了另一根天線。隨著 1990 年代 CDMA、PCS 和 GSM 的出現，汽車設計師面臨著挑戰，即尋找一種方法，來安裝支援所有蜂窩服務，所需的多個頻段所需的所有天線。如今，典型的汽車中，有超過 20 根天線。有用於 3G、4G 和 4G LTE 蜂窩服務的天線。有藍牙天線，用於 GPS 的衛星天線，輪胎中用於監視輪胎壓力的天線，以及用於車載資訊娛樂系統的天線。尋找將這些天線安裝到車輛中的空間，是一項持續的設計挑戰。
DSRC 天線
很快，汽車將配備更多天線。它們可能有六個僅用於蜂窩服務的天線。為了創建可靠的 V2V 和 V2I 通信，汽車可能需要多達六個 DSRC 天線，以提供足夠的冗餘並增加覆蓋範圍。隨著汽車越來越依賴於雲端，冗餘遠端天線將變得更加重要，以幫助確保持續的連接性，和故障 - 安全可靠性。
5G 的出現
來自感測器的數據呈指數級成長，以及對近乎即時的洞察力的需求，使延遲成為了中心問題。當前 4G 技術的局限性之一，就是無線電波從汽車傳播到蜂窩塔，再到其下方地面上的基地台，從而降低了傳輸速度。 5G 解決了這一問題，它提供的數據速率，是 4G 的 30 到 50 倍，而延遲卻低得多。
5G 網路不是將單獨的無線電發射器，和天線安裝在塔上，而是將兩者都整合在一個稱為有源天線系統（AAS）的單元中。每個 AAS 將包括多達 128 個獨立的天線，並在它們與無線電之間，建立高速同軸連接器。
當與大規模多輸入多輸出（MIMO）協議結合使用時，這些單元將使車輛能夠在同一無線電信道上，同時共享和接收多個無線電信號。這意味著將要求 AAS 處理內容爆炸。
如果可用，5G 網路的運行速度，將比 4G 快 100 倍。5G 處理的機器對機器連接數，將比 4G 多 100 到 1000 倍。小於 1 毫秒的延遲明顯優於 4G。借助流資訊娛樂系統，車載 VR 系統，以及包括車載軟體更新在內的許多其他應用，這將使即時數據流（無論是往返雲端，還是即時雲端）成為可能。
由於低延遲的低地球軌道衛星的初期備份系統，5G將鼓勵圍繞衛星天線的創新。
「我們今天使用的某些技術，僅在 20 年前才用於真正的高端軍事應用。有了 5G，原來是笨拙的無源天線，變成了內部具有高速連接的非常複雜的有源天線。」
布魯斯·畢曉普（Bruce Bishop），數據和設備技術研究員
天線面臨的挑戰
隨著天線變得越來越複雜，它們還必須在某些最惡劣的條件下，提供長期可靠性。這意味著使天線能夠承受，高達 185度華氏（85o C）的溫度，但在零度以下天氣下不會變脆。總體而言，道路振動、發動機噪音和速度不會影響性能。
此外，隨著天線數量的增加，汽車製造商尋求減少佈線量，並減少安裝的複雜性，汽車製造商正面臨著重大的設計挑戰：每個天線的尺寸、位置和屏蔽。將天線帶入車內，已經要求天線的小型化。它還要求減少電磁和射頻干擾，這為創新的設計元素創造了機會。為了屏蔽敏感組件，免受多天線無線能量增加，引起的噪聲的影響，TE 開發了具有板級屏蔽（BLS）的產品。
TE 的天線功能
幾十年來，TE 為消費類產品設計和製造了一些，最具創新性的天線解決方案。我們的經驗使我們能夠開發和製造，適合當今高度互聯汽車需求的天線。我們已經開發和製造了車載診斷（OBD）必不可少的天線。我們的資訊娛樂天線和調諧器系統，可以實現廣播服務，以及行動無線電和數據服務的近乎完美的接收。我們最近對 Hirschmann Car Communications 的收購，使我們能夠為你的設計開發，增值解決方案。
Hirschmann Car 通信公司，加深了我們在車輛對車輛，和車輛對基礎設施通信方面的專業知識。 Hirschmann Car 通信公司在高頻（HF）技術，以及發射器和接收器系統的開發和製造，信號檢測和信號處理方面提供了長期的專業知識。
無論他們選擇現成的解決方案，還是客戶特定的應用，我們的客戶都將從我們的跨學科專業知識中受益。憑藉我們對研發的不斷承諾，最先進的測試和測量設備，以及高度的生產靈活性，我們將隨著汽車製造商的需求不斷發展而不斷發展。
汽車乙太網：連通性的骨幹
隨著汽車內感測器產生的數據量增加，以及 V2V、V2I 以及現在的車對雲（V2C）通信的出現，汽車已成為物聯網的重要組成部分。他們正在變成最終的行動設備。汽車乙太網將在其成功中發揮非常重要的作用。
例如，與其他車輛和基礎設施的即時通信，將為汽車提供最佳的預測計劃數據庫。未來的車輛將「更多」地了解其當前環境和未來路線。ADAS 將根據駕駛員日益成長的這種詳細的環境模型，在駕駛員的支持下，進行操作或立即採取行動。
麥肯錫的一項針對聯網汽車的研究，總結了網路的規模：「當今的汽車具有 20 台現代 PC 的運算能力，具有約 1 億行代碼，每小時可處理多達 25 GB 的數據。隨著汽車運算能力的進一步發展，不僅編程變得越來越複雜，處理速度越來越快，而且技術的整體性質也在發生變化。雖然汽車數位技術曾經專注於優化汽車的內部功能，但如今，電腦技術的發展，正在發展汽車與外界進行數位連接，並增強汽車體驗的能力。」
TE’s MATEnet modular and scalable connectors for automotive Ethernet
「我們提供了所有功能，來實現連接流。因此，無論你選擇哪種感測器，選擇哪種架構，想要將其保留在車上，還是將其帶到雲端，我們都有可幫助你管理系統，體系結構和數據流的連接組件。」
矽谷技術辦公室經理 Dominique Freckmann
一旦汽車成為物聯網的組成部分，汽車中的軟體數量將繼續增加，其範圍也會擴大。預計會影響成長的主要趨勢是網路安全。聯網汽車需要採取保護措施，防止駭客入侵和數據盜竊。為了保護和預防這些事故，車輛軟體將需要透過空中軟體（SOTA）分發，進行定期更新，以安裝可消除薄弱環節的補丁。這些更新將增加到汽車，和汽車內部的數據流量。
利用來自所有這些來源的大量數據，需要高速的車載網路。挑戰不僅是為更大的數據包，提供更大的頻寬，而且要滿足 OEM 廠商，針對車輛電子/電氣架構的不同方法。電磁相容性（EMC）規範，也可能需要不同類型的互連技術。因此，汽車乙太網需要一種智慧互連解決方案，該解決方案必須針對不同的 EMC 要求水準，提供靈活性、經濟性和性能。
MATEnet 互連繫統
TE 的 MATEnet 互連，是對當今和未來車輛連接性要求的積極回應。 MATEnet 模組化和可擴展連接器，是專為 IEEE 汽車乙太網網路開發的。其小型、堅固、汽車級技術；已成功通過嚴格的測試和驗證。
TE 的 MATEnet 依靠 NanoMQS 端子，該端子是微型汽車級觸點，具有極高的抗振性。標準的未密封 NanoMQS 連接器滿足 2 級嚴重振動要求（大約 3g 隨機有效載荷和 30g 衝擊）。密封連接器版本，還可以滿足振動等級 3（「接近動力總成」）和振動等級 4（「發動機安裝」）的要求。
MATEnet Cable Assembly (UTP/STP): Available cable types: UTP 100 Mbps / UTP 1 Gbps and STP 1 Gbps Possible Configurations: 1 port Frame – 1 port Frame 1 port Frame – 1 port Inline Coupler Female insert – Female insert Female insert – Male insert
但是，高頻、高頻寬數據傳輸，對信號完整性提出了嚴格的要求。滿足單個汽車乙太網應用需求，所需的工作量和成本，通常是晶片中整合的措施，以及進入通道（電纜和連接器）的工作量的產物。
TE 的 MATEnet 目的在，在兩條成本曲線之間，提供最佳的平衡。它具有出色的性價比，因為它既不會給晶片功能（尺寸、功耗）帶來沉重負擔，也不需要高端佈線（材料、工藝、複雜性）。
MATE-AS 射頻互連
ADAS 單元可能有多達 24 個同軸電纜輸入，這些同軸電纜輸入，來自檢測車輛周圍物體，和自由空間所需的許多感測器。同軸電纜為 RF 信號傳輸，提供了經濟且易於處理的物理層。但是，同軸電纜、汽車級互連解決方案（例如FAKRA）可能無法為 ADAS 提供足夠的 RF 性能。
TE 面臨的挑戰是，與 FAKRA 連接器相比，可終結的同軸電纜數量增加了四倍，與高速數據（HSD）差分信號連接器相比，使電纜數量增加了一倍。
MATE-AX 是結果。MATE-AX 為現有和未來的同軸電纜線，提供了一種抗 EMI 的小型互連射頻解決方案。MATE-AX 具有出色的信號完整性，和高達 20 GHz 的長期潛力，可將汽車同軸技術提升到新的性能水準，並促進信號源與 ECU 「伺服器」之間的大型未壓縮數據傳輸。透過提供更高的包裝密度（在 1 個 FAKRA 連接器的空間中，使用 4 條同軸電纜；在 1 個 HSD 連接的空間中，使用 2 條同軸電纜），MATE-AX 端子，可顯著減小尺寸和減輕重量，並為行業帶來堅實的未來 - 證明數位信令路線圖。
未來的MATEnet
—數據線供電（PoDL）—
當前，汽車中的電子設備，透過單獨的電纜供電。然而，額外的電纜使線束較重、更複雜，並且更難通過車輛內的狹窄通道，饋入線束的各個部分。因此，如果不需要單獨的電源線，將有助於線束的小型化和輕量化。數據線供電（PoDL）的新概念，在車輛應用中支持此策略。它使用 100Base-T1 和 1000Base-T1 接口，在單個非屏蔽雙絞線上，提供與信號平行的電源。
TE 正在與 MATEnet 一起測試 PoDL，並將在 MATEnet 互連繫統中驗證此選項。到目前為止，測試非常積極，顯示在高達 48 VDC 的情況下，是有益的使用。
—A2B 汽車音頻總線®—
我們的 MATEnet 是由 Analog Devices 開發的汽車音頻總線®（A2B）的潛在互連技術。該數位音訊總線的頻寬高達 50 Mbit（5000 萬比特/秒），目的在減輕汽車高保真佈線的重量，同時顯著減輕現有線束的重量。一種潛在的用途，是在車輛中使用多個麥克風陣列，以實現不同的應用，例如語音辨識、主動降噪和車內通信。
— HDBaseT —
HDBaseT 是一項新興技術，可通過 15m 的鏈路段，提供高達 6Gbps（60 億吉比特/秒）的全雙工數據傳輸，並具有多達 4 個串聯連接器，延遲幾乎為零。它包括各種協議，例如音訊和視訊、乙太網、電源，以及包括 USB 和 HDMI 在內的消費類應用。TE 在 HDBaseT 聯盟中發揮了積極作用，在那裡，汽車利益相關者在各種技術委員會中進行協作，以定義適當的汽車要求和規格。本機網路功能演示了非屏蔽雙絞線電纜的可用性，可以將其與 100 和 1000 個 BASET1 應用進行比較。
為解決多種挑戰，HDBaseT 具有前所未有的頻寬，和對現有的 UTP 佈線系統（如 TE 的 MATEnet）的適用性，是未來車載連接的關鍵推動力。
數據和去中心化的雲
充分利用支持 5G 的雲端的功能，將需要更快、更強大的車載數據網路，以及新一代的 5G 本機天線、接收器和連接器。但是，在未來數十億行動設備，和數萬億物聯網（IOT）行動海量數據的未來中，這也意味著將雲的架構，從集中式模式演變為運算應用、數據和服務的集中式模式。被推到網路的外圍（「邊緣」）。
使用 Edge Computing，速度是關鍵參數。例如，使用行動邊緣運算（MEC），當前的目標是：數據速率高達 6 Gbps，延遲小於 1 毫秒，移動速度為 500 km / hour，終端定位在 1 米以內。實際上，這意味著具有更高可靠性的更高服務連續性。在需要即時運算和響應（就是即時流量報告）的情況下，這些分散的節點將處理數據負載。
諸如自動駕駛之類的運算，也將在此級別上進行。集中式雲端核心仍將處理應用。需要強大的運算能力、數據聚合和數據儲存的應用。
「 TE的數據與設備（D＆D）業務處於速度和性能的領先地位。 對於我們來說，100、400 gig 連接，是下一代高速。 我們發現，在聯網汽車中，D＆D 核心產品的使用正在增加，例如背板連接器、內部電纜系統或高速 IO。 這將在 TE Connectivity 的數據和設備部門，與汽車部門之間，創造協同效應。」
TE Communications Solutions 策略與業務開發副總裁Amitabh Passi TE，與領先的企業，和超大規模客戶合作的悠久歷史 - 結合我們在數據和設備方面的經驗 - 為 OEM 提供實用的情報，可幫助他們發展車輛技術，從而為網路情報，創造新的機會。
TE 優勢：跨學科智慧
無論 OEM 選擇哪種技術途徑，為互聯汽車進行創新，TE 都會在設計過程的早期，與這些客戶合作，以加快創新速度。透過運用我們在汽車標準，和數十年與客戶合作中累積的知識，我們可以快速滿足汽車行業設計中，不斷發展的挑戰和要求。
如今，有兩項發展推動著汽車工業朝著緊湊，強大的高速通信解決方案發展：不斷提高的數據速率，和對小型化的需求。這些發展面臨的重大挑戰，是設計一種能夠保持信號完整性的技術。
儘管汽車製造商現在開始談論 10 Gbps 數據速率，但自 1990 年代以來，我們已經製造了10 Gbps 產品。我們已經將近 15 年的時間，大量交付了這些高速組件。結合我們對汽車需求的理解，我們正在迅速調整解決方案，以滿足汽車製造商的需求。
小型化的高速網路，也對熱管理和 EMI 構成了根本性挑戰。 我們在 BLS 和散熱器整合方面的創新，提高了效率和性能。 這些最初是為企業和超大規模數據中心開發的，與汽車製造商比以往任何時候都更加重要。 在汽車中，TE 產品幾乎連接了所有電氣功能 - 從替代電源系統到資訊娛樂和感測器技術。
Board level shielding EMI shields from TE Connectivity
此外，TE 解決方案有助於滿足汽車行業不斷發展的挑戰和要求：
．數據連接：基於同軸電纜、屏蔽、光學，和無線媒介的技術。
．功率和數據分配：透過連接、切換、保護和感應功能，來實現高可靠性傳輸。
．感測：數據驅動技術，可測量位置、壓力、速度、溫度、濕度和流體品質。
．透過小型化減輕重量：TE Nanos 和 MCON 0.50 互連繫統，可實現電子部件尺寸的減小，導線的尺寸減小，以及連接器總包裝量的減少。
．透過從銅到鋁的轉移來減輕重量：應用於典型的家庭大小的汽車時，向鋁導線和 TE 的 LITEALUM 壓接轉移，可以節省多達兩到三公斤的重量。這種效率減輕了汽車的重量，並以較低的材料成本實現了這一目標。
．可靠性和經驗：幾十年來，TE 一直為全球 OEM 滿足其電氣架構需求，提供了使汽車更安全，更智慧的解決方案，同時又能適應不斷成長的技術要求。
TE 還通過致力於核心連接基礎的研究和開發（R＆D），投資於互聯汽車技術的未來，例如：
．更大的功率：具有防電弧和緊急切斷功能的高壓連接
．繼電器和電路保護
．新架構可處理額外的功能、配件和電源需求
．更大、更快的數據管道，可完美地處理車輛內外的指數級成長數據
．光學數據管道（光纖）
．導電數據管道（乙太網）
．無線數據管道（用於 Wi-Fi、藍牙、4G / LTE 的天線，專用的短距離通信）
．從感測器獲取更多資訊，以滿足對閉環控制不斷成長的需求
我們還是材料科學領域的領導者。自 1957 年以來，當我們為 Raychem 產品線開發熱縮管時，TE 便在材料科學研究和創新方面進行了投資。今天，我們將收入的 5％ 重新投資於研發。透過與領先的研究機構，和我們的客戶合作，我們的工程師一直在尋找方法，以使解決方案更輕、更環保、更堅固或更導電。
先進材料的案例，包括在航空航太應用中，減輕重量的高性能碳奈米管，使製造工藝更清潔的導電油墨，以及使新一代可穿戴技術，成為可能的微型組件。透過我們的高級開發實驗室，我們正在探索幾代人的技術，同時我們致力於為日益緊密聯繫的世界開發關鍵技術。
這種機構智慧，為我們針對汽車標準解決方案的所有產品開發提供了資訊。
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