Точка зрения: Отказ от проводов, чтобы сбросить лишний вес в автомобилестроении

Aug 20, 2023

Производители автомобилей давно мечтают снизить вес, заменив тяжелую проводку радиочастотной технологией. Однако достичь этой беспроводной нирваны не так просто, как кажется на первый взгляд, пишет Сэмпсон Ху, основатель британской компании Novocomms, специализирующейся на антеннах.

Жгуты проводов, одна из самых тяжелых подсистем в большинстве автомобилей, могут весить около 150 фунтов, что создает серьезную головную боль для проектировщиков. Учитывая тот факт, что переход на беспроводное управление может снизить общий вес автомобиля до 50 процентов, неудивительно, что «управление беспроводной системой» находится на первом месте в повестке дня каждого крупного OEM-производителя. Действительно, переход на электромобили (EV) и понятная одержимость снижением веса сделали в последние годы стремление к беспроводному управлению транспортными средствами еще большей актуальностью.

Если преимущества отказа от медной проволоки настолько велики, почему мы до сих пор видим ее в автомобилях, сходящих с конвейера? Правда в том, что достижение стабильных систем радиочастотной связи в транспортных средствах — это не просто вопрос «подключи и работай». Все становится намного сложнее, когда вы поднимаете капот.

Хотя прерванный сигнал не является концом света для пользователей мобильных телефонов, когда дело касается критически важных систем автомобиля, таких как торможение или ускорение, здесь просто нет места для ошибки. Даже некритичные функции, такие как фары или дворники, требуют надежного сигнала для обеспечения стабильной работы. В наших обсуждениях с OEM-производителями этот фундаментальный вопрос по-прежнему считается основным лакмусовым тестом «да» или «нет» для внедрения беспроводных технологий.

Для автоинженеров это предполагает простой мыслительный процесс: в принципе избавиться от тяжелой проводки — это здорово, но если на практике это хоть на йоту поставит под угрозу безопасность, мы туда не пойдем.

Одним из самых больших препятствий для беспроводной связи в транспортных средствах является моторный отсек. Внутри этого металлического резервуара диаметром не более метра находится множество электрических шумов, создаваемых свечами зажигания (в случае двигателей с ДВС), электродвигателями и распределительными устройствами (если речь идет об электромобилях). Для беспроводных сигналов это чрезвычайно агрессивная и постоянно меняющаяся среда, которая представляет собой ряд реальных проблем для разработчиков антенн.

Во-вторых, вопрос управления сетью ставит перед инженерами-электриками настоящие загадки. Наша работа с OEM-производителями показывает, что разделение беспроводных сигналов – для разных уровней управления – является ключевым элементом. Эта иерархия, в которой критически важные для безопасности операции, такие как торможение и ускорение, имеют приоритет над менее важными функциями, такими как освещение салона или электрические стеклоподъемники, требует некой формы централизованного управления, сохраняя при этом определенные беспроводные сигналы.

Удивительно, но наше технико-экономическое обоснование также выявило проблемы, которые люди создают в автомобилях, когда дело доходит до последовательной беспроводной передачи данных. Иногда в автомобиле может находиться один водитель (около 70% которого состоит из воды), а иногда автомобиль может быть полон пассажиров – все перемещаются внутри кабины, создавая дополнительные потенциальные помехи/блокировку сигналов.

Это лишь малая часть ключевых вопросов, которые мы рассматривали в ходе работы с производителями автомобилей. На эти вопросы нет простых ответов, однако мы можем предложить конструктивный путь развития в динамичной области беспроводного проектирования.

Потенциальным решением проблемы беспроводной связи являются технологии объединения или «прыжкового перехода», как это называют в Интернете. При этом используются узлы вокруг автомобиля, чтобы сократить путь и сделать сигналы менее подверженными помехам. Установка довольно сложна и не дешева, но имеет потенциал.

Распределение частот – еще один аспект, который активно изучается. В принципе, снижение частоты сигнала значительно облегчает проникновение по всему транспортному средству. Однако субгигабайтная частота представляет собой очень перегруженный спектр.

Лидер по производству электромобилей Tesla стремится объединить кабели питания и передачи данных, используя подход, известный как питание через Ethernet. Одним из больших преимуществ здесь является то, что эта система менее подвержена помехам. Однако, что касается электромобилей, требуемое количество энергии является значительным, и различия в требованиях к мощности могут быть проблематичными.