车辆电气系统：分散，域和区域架构
传统的去中心化车辆架构由多达100个控制单元组成，每个单元分配了一个定义的功能，例如控制发动机控制单元（ECU），安全气囊，ABS/ESP，座椅调整系统或气候控制。 每个控制器可以自主工作，并通过网关与其他控制单元进行通信。 随着添加或改进车辆功能，为每个新功能添加了一个控制单元。 近年来，从货车车辆到公共汽车再到汽车，所有车辆类型都发生了巨大变化，并且功能数量的增加大大增加了每辆车的接线和互连内容。
域结构中的控制单元被组织到功能区域，每个功能区域负责车辆的特定区域，例如动力总成，信息娱乐系统或安全功能。 单独的高性能计算机（HPC）执行域的主要控制，并协调其域内的控制单元。 例如，安全域监督驾驶员辅助系统，ABS/ESP和转向系统的控制单元。 与传统的分散体系结构相比，域架构减少了控制单元的数量，并减少了所需的接线和安装工作数量，从而有效地减少了体重和成本。 其他功能可以轻松地集成到升级或新设计中。
在区域架构中，构建不是基于域，而是基于本地区域。 例如，将多个功能捆绑到车辆内的一个区域。 可以在单个区域控制器中组合和处理诸如传动系统和信息娱乐系统之类的功能。 中央HPC执行了各种区域控制器的主要控制，将控制单元的数量减少了50％。
图1：高性能车辆电气系统体系结构的示意图。 插图：EPT GmbH
高可靠性和性能要求
HPC及其相应的互连模块必须针对最高性能要求设计。 例如，自动驾驶安全系统中成像和传感器数据的处理需要安全的，高速的数据传输速率和较短的延迟时间。 同时，在任何情况下都不得失败。 高性能，最重要的，最重要的是，可靠的数据传输速率（有时在恶劣的环境条件下）是这些系统中连接器的要求。
信号的“可读性”可以通过眼图说明，该图显示了接收器中发出的信号是否可以唯一地分配到数字状态1或0。为此，通过定义的透射路径记录，叠加并用示波器显示信号。 这样，可以映射和重叠信号路由。 根据理论，逻辑状态的过渡是无限陡的，信号线是完全叠加的。 信号对的外部干扰因素和内部损害使信号上升时，幅度水平变化。
图2：使用眼图来评估数字数据传输速率下的信号质量。 插图：EPT GmbH（Colibri）
所谓的“眼贴”可以在图中心看到。 不可能在此区域清楚地分配信号。
这两个眼图都说明了使用16+ GB/s和10 GB/s EPT Colibri插头连接器的电缆长度和阻抗的效果。 这个示例说明了通过进一步开发接触设计可以实现信号完整性的显着改善。 通过使用较短的电缆长度和100Ω的阻抗，可以比以前的10 GB/s Colibri变体更清楚地形成16+ GB/S Colibri变体的眼图 - 可以清楚地解释信号对。
图3：Colibri优化的接触设计可实现低损失的高速数据速率。 插图：EPT GmbH（Colibri）
高速信号需要特殊的信号保护，因为它们特别容易受到电磁影响。 在这种情况下，连接器可以充当干扰的来源和接收器。 屏蔽板将保护敏感信号免受外部影响。
图4和5：使用屏蔽（顶部）和未屏蔽（底部）连接器时信号干扰
可以通过考虑电气条件作为源和水槽的函数来描述连接器，耦合电感LK用作EMC参数。 亨利（H）用于表达此值。 这适用于免疫力和干扰发射。 如果已知诱导电压（UIND），发电机电压（UGEN）和发电机常数（KGEN），则可以使用以下公式来确定应用程序的特定最大最大允许耦合电感（L）：
耦合电感还可以帮助用户为其EMC要求定义适当的连接器，并有助于避免昂贵且对时间敏感的试用和错误测试。 一个示例如下：在4.4 kV时，确定HDMI信号为47 picohyen（pH）的特异性最大耦合电感。 如果此值更高，则不会在没有干扰的情况下发送信号。
图6：连接器的屏蔽（左）和屏蔽（右）版本。
电磁影响会危害高速信号的传播。 连接器，尤其是在高性能车辆应用中，暴露于极端环境条件，例如振动和冲击。 连接器必须特别健壮，以确保即使在恶劣的环境中也不间断的信号传输。 在这种情况下，主要的决定性因素是接触设计，联系系统和终止技术。
在恶劣环境中可靠性的战略联系设计
传统的两件式连接器具有一个男性和一个女性接触。 但是，如果发生强震动，雄性连接器可能会使女性连接器脱离。 为了防止这种接触断裂，可以使用双面女性连接器来提供冗余并提高接触可靠性，因为第二个女性接触可确保信号始终通过至少一个接触传输（图5）。
否（左）和（右）双面女性接触暴露于冲击。
带有“性别中性”终端系统的连接器更强大。 这里的特殊功能是连接器对 - 插头和套接字 - 具有相同的触点几何形状。 因此，均具有男性和男性接触。 结果，通过两个女性触点接触每个销钉，插头和插座互锁，无法彼此抬起。 双面雌性连接器始终在承受机械载荷时至少确保一种接触，而中性接触系统中的互锁几何形状可确保信号始终通过两种触点传输。 因此，这种高度的冗余可实现最大的接触可靠性（图5）。
图7：零8连接器的横截面显示性别中性末端系统。
为了实现PCB和连接器之间的持久连接，我们建议将表面安装技术（SMT）用作终止技术。 焊料糊用于将连接器焊接到PCB的指定连接表面：焊料垫。 焊料首先融化，然后用所谓的回流烤箱硬化。 SMT允许在连接器和PCB之间建立稳定的连接。 但是，为了实现这一目标，必须满足许多标准。 首先，必须维护针，垫和糊的正确比率，以创建符合IPC A-610的焊接接头。 这是根据IPC 3类实现高质量连接的唯一方法，这意味着它适用于高性能汽车电子产品。 该类规定不得发生信号传输故障。 最佳的焊料连接可以通过弯曲的月球面的均匀形成来识别。 必须用月曲线焊料关闭接触的整个周长，以实现PCB上最佳的保留力。 （图7）。
图8：焊接脚周围弯曲的月球面的均匀形成
接触脚必须是共同连接的共同连接。 通过完全自动化的过程检查了这种共同性。
乍一看，由于控制单元的数量减少，连接器在高性能车辆系统中的作用似乎逐渐消失。 但是，仔细观察表明，正是由于这种通过HPC向集中数据处理的转变，其作用变得越来越重要。 信号传输的可靠性从未如此重要。