趋势
以太网在 ICT 车辆发展趋势中的重要作用
了解设计工程师为什么必须考虑将以太网系统纳入其工商业车辆和机械设计中，以满足未来客户的需求。
作者
作者：TE Connectivity 研发/产品开发工程经理 Joachim Barth，数据连接产品经理 Christian Manko
农用车辆、工程机械和其他重载车辆的设计通常是为了满足数年或更长时间的使用需求，车辆的具体寿命视车辆类型而定。 因此，制造商必须能够根据未来的趋势进行设计，为客户提供长远的价值。技术变革的步伐让这项任务愈发艰巨，但工业和商业运输行业的一个优势在于，它可以利用已在汽车行业应用的知识和技术。
随着工业和商业运输领域对自动化功能和数据连接的需求不断增加，CAN 总线协议将很快达到其性能上限。为了满足绿色、安全、互联以及高效的需求，设计人员现在必须考虑将以太网系统纳入其设计中，以便能够在不久的将来或更遥远的未来满足客户的需求。
趋势影响设计
工业和商用车辆设计人员正在努力使新一代的卡车、大巴和非公路车辆更安全、更环保、更互联、更有效率。 为了实现这一目标，他们正在引入以前只为客运车辆开发的先进的自动化功能，以帮助提高车辆效率、降低总拥有成本。
驾驶员辅助和自动化功能、信息娱乐选项、360° 摄像系统、高速车辆对车辆 (V2V) 和车辆对基础设施 (V2I) 通讯以及丰富的基本安全功能日趋成为新型重型车辆的标准要求。目前，该行业正处于第 2 个阶段 - 部分自动化。预计在四到五年内，市场将发展到第 4 阶段，大多数新型车辆的自动化功能将达到较高水平。这意味着功能安全不仅必须集成到设计中，还必须纳入开发和质量管理过程，才能满足 ISO 26262 以及未来的标准。
未来的商用级车辆将对其周围环境和前方路线有更多的掌控，会向控制中心发送反馈，对反馈信息进行分析并采取相应措施，来提高性能和效率。这些技术和下面提到的技术能够提高驾驶员满意度，帮助车主提高生产率并降低总拥有成本 (TCO)，同时为制造商更好地提供性能反馈。
趋势
以下仅是我们在整个市场中看到的一些新兴趋势：
卡车和大巴
安全、高效和可持续运营是卡车和大巴的三大趋势，新型车辆的设计必须实现这三个要求。对于这些车辆的驾驶员来说，他们的盲点可能会导致与其他车辆、骑行者和行人发生事故。例如，在德国和世界上的其他国家/地区，重型车辆的驾驶员在右转时，由于盲点，可能会撞上行人或骑行者。德国和其他国家/地区可能即将出台强制性法规，要求重型车辆装上传感器和摄像头，实现更复杂的盲点检测和报警功能，从而帮助避免此类事故的发生。 遥测技术有利于在线货运配置和路线规划，同时优化驾驶行为，可帮助提高安全性和生产率。预测性巡航控制功能根据路况确定车辆的最佳速度。这样可节省燃料，提高驾驶员在途中的工作效率，并且不会发生作业中断的情况。车辆与车辆间的通讯能使驾驶员有秩序地行驶，从而提高安全性、降低油耗。车辆对基础设施的通讯对于驾驶员驾驶辅助系统 (ADAS) 以及最终完成自动驾驶至关重要。这些功能都依赖于传感器网络和高速低延迟的数据连接。
非道路工程机械和采矿车辆
非道路车辆由于其尺寸和结构，在倒车或穿越沟壑、隧道或不平坦的地形时，往往容易发生事故或翻车。如今的 360° 摄像系统对于帮助司机安全穿行各种地形和创造更安全的工作场所至关重要。从工作效率的角度来看，制造商希望为客户提供更多技术，使机器能够高效可靠地运行。难题是增加连接性，使人们能够从环境中获取关键信息，实现实时响应，同时还能抵御污垢、化学品、水、高振动和温度冲击的影响。随着技术进步，工程机械和采矿设备将利用这些数据连接变得更智能、更自动化，最终确保操作人员能够在高度安全的情况下远程工作。 预防性诊断是另一个重要工具，有助于提高可靠性、生产率以及降低成本。高级预测功能，在车辆或机器发生故障前，可预测零件何时可能发生故障或需要更换。这对非公路建筑车辆和农业机械都特别重要，因为在这些地方，突然停工和长时间停工可能会付出高昂成本。
农用车辆和机器
生产力和可持续性是农业中两个非常重要的趋势，尤其是考虑到农民面临着尽量减少对本地资源（如供水和空气质量）影响的压力。农业机械连接和自动化方面的进展可以实现和改进精细化农作和智能农作，以应对上述关键挑战。例如，可以使杂草处理和农药应用更加精准，农民能够生产尽可能多的作物，而不影响邻近的土地、农场或供水。 着眼于未来，农业机械可以使用传感器、数据连接来了解天气模式，为农田中每一颗作物的播种、灌溉、施肥和收获实施相应调整和计算。农业设备制造商必须生产能够检测、识别农田中每种作物并做出相关管理决策的车辆，最终助力降低成本并提高可持续性。
更复杂的网络
所有这些趋势和技术都需要一个复杂的网络基础架构，能够处理不断增加的数据需求，使车内、车与车、车与仓库或控制中心甚至与制造商等其他地点之间的通讯成为可能。 在严苛条件下运行时，该网络需要低延迟、高速地传输数据。到目前为止，CAN 总线架构一直有能力支撑车辆网络。由于设计人员希望采用更多自动化功能来提高安全性和生产力，实现先进的车辆功能所需的数据带宽较大，单凭 CAN 是无法提供相应服务的。向以太网过渡的进程已经开始了，该进程始发于需要更高带宽和更高性能的领域，随着自动化日益普及，将需要在整个系统中集成更多的能量和带宽，CAN 最终将被以太网所取代。
目前，ADAS 车辆中的大多数传感器和连接系统都是专用系统。如自适应巡航控制这一功能或应用就具有雷达/激光雷达传感器和连接器，将数据输送到电控单元 (ECU)。随着这些车辆中自动化功能的增加，传感器融合（可以将来自多个传感器的数据进行组合和分析）在收集更准确的定位和环境信息方面变得越来越重要。例如，在乘用车中需要传感器来检测道路上的障碍物，在工程机械、采矿机械和农业机械中，也需要传感器来检测材料特性。如果一个农场联合收割机正在穿越田地收割作物并且在其路径中检测到一根棍状障碍物，它需要判断该物体是可由机器简单处理的轻质棍子，还是可能会损坏联合收割机并使其停止运行的杂散钢管，然后采取相应措施。准确、快速地实现这一目标需要额外的计算能力。
在这种融合模型中，传感器在车辆的多个或所有应用中相互连接，从而形成一个中央控制单元。处理的数据量越多，需要的带宽就越大，而较大的带宽需要能够处理更高速度的连接器和电缆，以及能够处理每秒高达 1 Gbit 数据的以太网，来可靠地传输信息。
向这些技术和自动化功能进行过渡为工程师带来了全新的挑战：设计出来的车辆即使在极其严苛的环境中也能可靠运行并经得起时间的考验。
新的连接器技术
由于工业和商用运输车辆设计师希望升级其车辆中的连接系统和网络，因此可以使用过去几年开发的用于汽车行业的连接器技术来设计更多高速数据应用。 然而，与汽车和轻卡可能面临的情况相比，商用车辆所面临的环境和挑战往往要严峻得多。对于经常存在粉尘、污垢、湿气、极端温度和高振动情况的应用，可以使用我们的新型连接器，如密封 enetSEAL+ 以及 HDSCnet 系列密封连接器。enetSEAL+ 连接器适用于每秒需要高达 100 MB 数据连接的应用，而 HDSCnet 系列密封连接器适用于每秒高达 1 千兆的数据应用。
enetSEAL+ 连接器
- 高品质的优异设计可帮助降低制造和维修成本。
- 旨在提高可靠性的多触点技术。
- 内置二次锁功能旨在固定端子位置。
- 模块化应用有两种编码和多种面板厚度可供选择。
- OEM 可以使用现成的线束制作供应链。
HDSCnet 系列密封连接器的优点包括：
- 连接器经过优化，可提高长期使用的可靠性，降低制造和维修成本。
- 通过内置二次锁以提供连接保护。
- 在预锁定位置提供清晰操作、低对配力以及可靠的滑块锁定机制。
- 采用以模块化应用为中心的线对线和线对板设计，可提供多种安装选项：线对线、密封法兰和 PCB 板安装。
我们新型连接器的应用范围
这两种解决方案几乎适应所有严苛环境应用，包括：雷达、激光雷达、摄像头、车载信息系统装置、板载诊断、平视显示器、仪表组、信息娱乐应用和以太网架构。
信息娱乐
安全
网络
保持竞争力
为了在市场上保持竞争力并引领自动化趋势和功能发展，以提高安全性、生产力和可持续性， 设计师和制造商必须在所有其最新设计中集成以太网，以便能够处理不断增长的数据连接要求。最佳做法是尽早咨询工程专家，如 TE 的工程师，他们可以就设计和制造创新产品所涉及的结构和技术提供建议，以助力产品在严苛条件下维持信号的完整性，同时提高感应和计算能力。
在 Elektronik 杂志《机电特别版》中首次发布
