車載光纖通信技術(shù)介紹

逍遙設(shè)計(jì)自動化 · 發(fā)表于 2024-9-6 08:00:00

引言光纖通信技術(shù)正在成為汽車行業(yè)車載網(wǎng)絡(luò)的革新性技術(shù)。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(chǔ)知識及其在商用車輛中的潛在應(yīng)用[1]。
光纖通信基礎(chǔ)
光纖通信系統(tǒng)使用光脈沖通過細(xì)玻璃或塑料纖維傳輸信息。基本系統(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(dǎo)光脈沖

接收器 - 檢測光脈沖并轉(zhuǎn)換回電信號[/ol]

圖1：光纖通信系統(tǒng)。
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(xué)材料

涂層 - 保護(hù)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(dǎo)。這是因?yàn)槔w芯具有比包層更高的折射率。
光纖類型
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(dá)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(jiān)固和靈活

安裝和維護(hù)更容易

數(shù)據(jù)傳輸率較低，但足以滿足大多數(shù)車載應(yīng)用需求
光纖在車載通信中的優(yōu)勢
與傳統(tǒng)銅纜相比，光纖為車載網(wǎng)絡(luò)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?dāng)_
2.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(yīng)用（例如自動駕駛）
3.更輕的重量
+ m7 y2 q2 V7 w1 W4 O2 P$ y

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
5.成本效益

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

圖2：電磁兼容性（EMC）在汽車環(huán)境中的影響。

汽車應(yīng)用中的挑戰(zhàn)
盡管有這些優(yōu)勢，在車輛中實(shí)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

連接器必須在惡劣條件下保持光學(xué)對準(zhǔn)
3.彎曲半徑限制

特別是對于玻璃纖維，急劇彎曲可能導(dǎo)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
汽車用光纖測試
為確保在汽車應(yīng)用中的可靠性，光纖組件必須經(jīng)過嚴(yán)格測試。一些關(guān)鍵測試包括：1.溫度測試

熱循環(huán)

高溫和低溫極限
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(dǎo)致的信號損失

對車輛安裝至為重要
4.環(huán)境測試

防塵和耐化學(xué)性

濕度暴露

圖3：銅纜的標(biāo)準(zhǔn)溫度值。

將光纖用于車載網(wǎng)絡(luò)
在考慮將光纖用于車載網(wǎng)絡(luò)時，以下幾個領(lǐng)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(jī)與揚(yáng)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(jī)和執(zhí)行器的電磁干擾免疫

圖4：商用車輛中 ECU 的基本表示

4.診斷系統(tǒng)

用于車輛診斷和軟件更新的高速數(shù)據(jù)傳輸

未來趨勢隨著車輛技術(shù)不斷進(jìn)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(xué)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(luò)光學(xué)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化

結(jié)合銅纜和光纖的混合系統(tǒng)

使用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)來增加帶寬

結(jié)論光纖通信為車載網(wǎng)絡(luò)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(shí)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。
通過了解光纖通信的基礎(chǔ)知識及其在車輛中的應(yīng)用，工程師和設(shè)計(jì)師可以更好地為汽車行業(yè)的技術(shù)轉(zhuǎn)變做準(zhǔn)備。
參考文獻(xiàn)[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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