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車載光纖通信技術介紹

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發(fā)表于 2024-9-6 08:00:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
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/ b7 N! b. i; L
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;鞠到y(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]8 A" g6 ^. ?  H

    ' 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6 l  B! W5 G2 ^8 X0 J" U/ Q0 u- J
    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. a4 E+ O) h4 W/ ~$ z) X2 e6 g; d
    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(emc1 T0 t( p+ G/ Y
  • 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)# Y" p" R0 K% x0 g. X0 m' N) g
    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! f( ?( t: l; G' E( U! k0 v! K
    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; m' j: {% t% O3 c' ?5 p, r  f
    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9 h- E! i6 ~7 A/ R
    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8 J  s, R% h) R9 j+ H5 j
    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# W0 ], U) Z: [/ j+ Y
    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3 J; t( I8 r9 E9 Z) S$ L( R) s
    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: R4 u5 @: \. K
    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/ |6 O% _! @# W$ ^2 U# z# i2 D, p# v3 |
    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: Q: E; v3 `3 z0 X* ~8 r3 P5 @
    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3 D1 Q" J+ \' Q

    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' @: ~  Y  c' p* L

    , ^  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; Y" g+ X9 }  C- t+ L* N6 h% h% H

    / ?" 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.  e- q1 T0 W9 D

    # k% R2 |" e% j3 x  n- END -
    . E. L/ x# p2 Q" E: x/ p  c2 V9 Y# a% @; s1 l* `" W
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    歡迎轉(zhuǎn)載* ?7 `/ V$ }/ |$ k$ m

    / @; G! r6 U/ i% g3 J" e; W1 ~轉(zhuǎn)載請注明出處,請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息!
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