車載光纖通信技術介紹

逍遙設計自動化

引言光纖通信技術正在成為汽車行業(yè)車載網(wǎng)絡的革新性技術。隨著現(xiàn)代車輛集成更多電子組件并需要更高的數(shù)據(jù)流量，傳統(tǒng)的銅纜傳輸正在接近其極限。本文將探討光纖通信的基礎知識及其在商用車輛中的潛在應用[1]。
, ]  h3 e, M1 z9 L: [光纖通信基礎
光纖通信系統(tǒng)使用光脈沖通過細玻璃或塑料纖維傳輸信息�；�本系統(tǒng)由以下部分組成：

發(fā)射器 - 將電信號轉(zhuǎn)換為光脈沖

光纜 - 引導光脈沖

接收器 - 檢測光脈沖并轉(zhuǎn)換回電信號[/ol]

' X7 C5 X: \, c+ W- w0 X3 Z圖1：光纖通信系統(tǒng)。
2 [% d* N9 ?* V' f/ Y# a光纖本身由三個主要部分組成：

纖芯 - 光傳播的中心區(qū)域

包層 - 具有較低折射率的外層光學材料

涂層 - 保護性外層[/ol]光通過纖芯-包層界面的全內(nèi)反射在纖芯中傳導。這是因為纖芯具有比包層更高的折射率。
4 P' t  d1 W6 ^! R光纖類型
. a$ f9 S4 o, o$ g" b& i通信系統(tǒng)中使用的光纖主要有兩種類型：1.玻璃光纖

由石英玻璃制成

更高的數(shù)據(jù)傳輸率（高達10 Gbps）

用于長距離傳輸

更易碎，對彎曲敏感
2.塑料光纖（POF）

由塑料材料制成

更堅固和靈活

安裝和維護更容易

數(shù)據(jù)傳輸率較低，但足以滿足大多數(shù)車載應用需求
光纖在車載通信中的優(yōu)勢
( N, c. A5 [/ Q0 _9 {與傳統(tǒng)銅纜相比，光纖為車載網(wǎng)絡提供了幾個優(yōu)勢：1.電磁兼容性（emc）

對電磁干擾免疫

不需要屏蔽

消除電纜之間的串擾
4 o$ X* l! m0 r3 I% d- ^9 M2.更高的帶寬

可以傳輸比銅纜多得多的數(shù)據(jù)

支持未來的高帶寬應用（例如自動駕駛）
3.更輕的重量
( I; `7 C' t* f9 j

減輕車輛總重量

提高燃油效率
4.節(jié)省空間

電纜直徑更小

允許更緊湊的線束
: x+ r; F3 c7 F  b; e) K5.成本效益
, E' o2 Q' U& Q' \, Z0 n: w* a

盡管初始成本可能更高，但在重量和EMC緩解方面可以長期節(jié)省成本
' v+ T6 Y/ _/ A& E
+ B  Z3 J  I8 Q圖2：電磁兼容性（EMC）在汽車環(huán)境中的影響。
) v- O7 w* q% x: w6 m$ j
汽車應用中的挑戰(zhàn)
# k( H) y3 i+ c6 n3 \盡管有這些優(yōu)勢，在車輛中實施光纖仍然面臨一些挑戰(zhàn)：1.環(huán)境條件

必須承受極端溫度（-55°C到+125°C）

需要抗振動和沖擊能力
2.連接器可靠性
6 I2 P1 d4 @* B2 ~) K" f

連接器必須在惡劣條件下保持光學對準
3.彎曲半徑限制

特別是對于玻璃纖維，急劇彎曲可能導致信號損失
4.與現(xiàn)有系統(tǒng)集成

需要新的接口和協(xié)議
$ j# S. _& q6 Q$ T! x8 c汽車用光纖測試
為確保在汽車應用中的可靠性，光纖組件必須經(jīng)過嚴格測試。一些關鍵測試包括：1.溫度測試

熱循環(huán)

高溫和低溫極限
2 S1 ?( v7 ^4 u8 q3 `8 |, ~2.振動測試

模擬車輛振動

測試電纜和連接器完整性
3.彎曲損耗測試

測量由于電纜彎曲導致的信號損失

對車輛安裝至為重要
3 v$ W; A- d4 b. ~+ |3 E# a4.環(huán)境測試

防塵和耐化學性

濕度暴露
: \( |" A# W4 `5 f( p1 @6 q
% G: g$ \& p3 y! [7 Y+ v. F9 Y2 t圖3：銅纜的標準溫度值。
) |, x8 Y7 N6 z" L1 q/ v- ]( D/ z; }
( t) m; k0 z- V# D將光纖用于車載網(wǎng)絡
: H3 J, y: B# u& @# w4 z在考慮將光纖用于車載網(wǎng)絡時，以下幾個領域顯示出潛力：1.信息娛樂系統(tǒng)

音頻/視頻流傳輸?shù)母邘��?li>連接主機與揚聲器、顯示器和攝像頭
2.高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）

傳感器和處理器之間的高速、低延遲連接

支持未來的自動駕駛功能
3.車身控制模塊

連接各種電子控制單元（ECU）

對電動機和執(zhí)行器的電磁干擾免疫

4 W4 A0 P6 u0 G+ K6 [! A* H% f& D圖4：商用車輛中 ECU 的基本表示
9 n2 K3 {( [7 v& B
2 Z8 c  `. {1 u4.診斷系統(tǒng)
! M8 X+ r) K3 ~* x; ~+ Y" @

用于車輛診斷和軟件更新的高速數(shù)據(jù)傳輸

, ^  u+ }6 f' j" C未來趨勢隨著車輛技術不斷進步，光纖將在未來扮演越來越重要的角色。未來趨勢包括：

光學組件在ECU中的集成度增加

開發(fā)專用于汽車的光纖連接器

車載網(wǎng)絡光學協(xié)議的標準化

結(jié)合銅纜和光纖的混合系統(tǒng)

使用波分復用（WDM）技術來增加帶寬

/ ?" a* ?5 p7 P結(jié)論光纖通信為車載網(wǎng)絡提供了顯著優(yōu)勢，特別是隨著車輛變得更加電子化。盡管在實施過程中仍然存在挑戰(zhàn)，但持續(xù)的研究和開發(fā)正在解決這些問題。隨著汽車行業(yè)向電動和自動駕駛車輛發(fā)展，光纖可能成為車輛架構(gòu)的重要組成部分，為下一代汽車系統(tǒng)提供所需的高速、可靠通信。
2 l" E2 ^" k/ W通過了解光纖通信的基礎知識及其在車輛中的應用，工程師和設計師可以更好地為汽車行業(yè)的技術轉(zhuǎn)變做準備。
' e7 a& r8 g8 g7 K% y3 w參考文獻[1]P. V. V. Adhithyan, "Optic Fiber Communication in Commercial Vehicles: Testing of mechanical rigidity," M.S. thesis, Dept. Elect. Eng., Linnaeus Univ., V?xj?, Sweden, 2020.

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