Мегатрендът C.A.S.E. описва четирите важни теми за бъдещето в автомобилната индустрия: Connected, Autonomous, Shared & Service и Electric (свързаност, автономност, споделеност и обслужване и електричество). При това данните играят централна роля и задвижват бъдещето на автомобилната индустрия.
Това повдига два основни въпроса: Как данните доминират в комплексността на системите в автомобила и по-нататъшното развитие? Отразяват ли днешните спецификации изискванията на бъдещето?
Точно на тези въпроси искаме да дадем отговор в тази статия. Тук ще научите защо са необходими новите системи за пренос на данни, как се създават, защо е разумно ранното участие в комисии, какви въздействия има това върху процеса по създаване на продукта и как се пренасят произтичащите от това изисквания в спецификациите и техническите задания.
- 1 Защо са необходими нови системи за пренос на данни?
- 2 Как се създават нови системи за пренос на данни?
- 3 Защо е разумно ранното участие в комисии?
- 4 Влияние и въздействия върху процеса по създаване на продукта
- 5 Така прилагането в MD ELEKTRONIK ще е успешно
- 6 Как се прехвърлят в спецификациите и техническите задания изискванията, които произтичат от това?
- 7 Какви са следващите стъпки?
- 8 Обобщение и заключение
Защо са необходими нови системи за пренос на данни?
В продължение на много години системи като LIN, CAN и FlexRay са се наложили като водещи и надеждни бордови мрежови системи в автомобилите. Тези системи вече не отговарят на съвременните изисквания.
Конвенционални системи, разграничени едни спрямо други
Ethernet за автомобили – обхватни протоколи
От една страна, нуждата от постигане на по-високи скорости при пренос на данните вече не може да бъде удовлетворена от тези системи. Затова се обмисля въвеждането на Ethernet като система в автомобилите. Още преди над 10 години с него можеше да бъде намалено времето за актуализация при обслужване на автомобили в сравнение с шина CAN, тъй като беше възможна по-висока скорост на данните от 100 Mbit/s (100BASE-TX) в сравнение със скоростта от 1 Mbit/s на CAN. От друга страна, Ethernet предлага мрежова система със стандартизирани протоколи за опростяване на комуникацията.
Междувременно бяха разработени нови стандарти за Ethernet за автомобилни приложения. Пробив беше постигнат с приемането на технологията BroadR-Reach на базата на 100BASE-T (скорост на данни 100 Mbit/s) за изпращане и получаване на данни с 1 двойка – така нареченият Single Pair Ethernet (SPE), който се откроява от най-малко двете двойки данни при Standard Ethernet (100BASE-TX).
В различни работни групи се разработват стандарти за Ethernet за автомобили, както и за SerDes (сериализатор/десериализатор) приложения със сериен пренос на данни по малък брой проводници за пренос на асиметрични данни по коаксиални връзки или връзки с усукани двойки.
Новите системи за пренос на данни за Ethernet за автомобили или SerDes за автомобили са необходими, за да се осигурят следните предимства:
- Високи скорости на данни
- Опростяване на комуникацията
- Стандартизирани протоколи
- Използване на общи възли
- Намаляване на разходите ( в зависимост от приложението)
Как се създават нови системи за пренос на данни?
Разработването на нови стандарти за пренос на данни поставя изискването към разработчиците при производителите на превозни средства (ОЕМ) и TIER1 да се създаде възможно най-широка екосистема с подходящи за пазара продукти..
Подходящи за автомобили системи за пренос на данни възникват от работата на наложили се индустриални комисии по стандартизация, като IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) или MIPI (Mobile Industry Processor Interface Alliance), чиито стандарти се прилагат в множество браншове.
Но това невинаги е достатъчно! Бяха формирани също комисии като OPEN Alliance (One Pair Ethernet) или Automotive SerDes Alliance (ASA), в чиито спецификации се съблюдават директно изискванията към продуктите и компонентите на автомобилния бранш. OPEN Alliance използва технологията BroadR-Reach и я утвърждава като отворен стандарт за автомобилни мрежови приложения.
| Стандарт IEEE | Описание | Скорост на данни [Mbit/s] | |
|---|---|---|---|
| IEEE 802.3bw | 100BASE-T1 | 100 | Вече публикуван |
| IEEE 802.3bp | 1000BASE-T1 | 1000 | Вече публикуван |
| IEEE 802.3ch | 2.5GBASE-T1 | 2500 | Вече публикуван |
| IEEE 802.3ch | 5GBASE-T1 | 5000 | Вече публикуван |
| IEEE 802.3ch | 10GBASE-T1 | 10000 | Вече публикуван |
| IEEE 802.3cy | 25GBASE-T1 | 25000 | В процес на изготвяне |
Защо е разумно ранното участие в комисии?
Участието на производителите на автомобили (OEM) и доставчиците в сдружения на специалисти и комисии (напр. IEEE, OPEN Alliance) заедно с висококвалифицирани експерти от средите на системните разработчици е изключително важно.
Обединяването на специалисти от тези сфери е основата за успешното оформяне на спецификациите, които са необходими за разработването на стандарт за пренос на данни. Целите на стандарта за пренос на данни се записват още в началото. В хода на създаването на стандарта биват зададени определени рамкови параметри.
Още отрано чрез активно участие е възможно да бъде оказано влияние върху важни характеристики на физическата среда за пренос:
-
- Максимална дължина на канала за пренос
- Максимален брой на конекторните системи (Inline конектори, преход към платки)
- Трансмисионни и рефлексивни характеристики
- Link Segment Insertion Loss
- Channel Return Loss
- Други свойства на физическия пренос
- ЕМС свойства
- Емисии на смущения
- Устойчивост на смущения
- Кръстосани смущения
- Спецификация на въздействие върху околната среда
- Температура
- Влага
- Стареене
- Спецификация на механични въздействия
- Динамично натоварване
- Статично натоварване
Редовната комуникация на участниците в конференциите и срещите създават основата за успешно създаване на стандарт. За целта институтите по стандартизация задават рамковите условия.
Влияние и въздействия върху процеса по създаване на продукта
Комисиите зависят от активното участие, приноси и предложения на участниците относно характеристиките на бъдещите системи.
Ранните тестове на материалите ( проводници, конекторни системи) може да бъде извършено от партньорите и компаниите, участващи в разработването. Резултатите от това създават основа и база за гранични стойности за бъдещите стандарти.
Това позволява конструирането на цялостни сегменти за свързаност в ранен стадий на развитие. Така нови проводници и новаторските конекторни системи могат да бъдат тествани на ранен етап и технологиите за произвеждане да бъдат разработвани успоредно с това.
Така прилагането в MD ELEKTRONIK ще е успешно
Активното участие в тези комисии ни позволява да тестваме възможни компоненти на машините още във фазата на стандартизация и да оценим предизвикателствата за конструиране на нови решения за конфекциониране на кабели.
В сферата на научноизследователската и развойната дейност (Research & Development) целенасочено се подбират всички необходими компоненти, като проводници и конекторни системи, в зависимост от съответните приложения.
В продуктовата сфера на коаксиалните продукти се създават решения за пренос на честоти от 50 MHz до 9 GHz за свързвания на антени или стандарти SerDes (FAKRA, Mini-Koax).
Проводниците за данни с конекторни системи с усукана двойка (H-MTD или HSD) са разработени за приложения с пренос чрез нисковолтова диференциална сигнализация (LVDS) или Ethernet за автомобили.
Електрическите, термичните и механични симулации чрез метода на крайните елементи (FEM), както и високочестотни симулации, се извършват в отделите по разработване. В собствената ни лаборатория, акредитирана съгласно IEC 17025, може да се провеждат всички изисквани от OEM изпитания за одобряване на технически задания.
Изпитанията за обработваемост на коаксиални проводници, както и на неекранирани, екранирани проводници с усукана и паралелна двойка (UTP, STP, STQ и SPP) се провеждат в нашата пилотна инсталация в седалището в Германия или в производствените обекти.
Иновативните технологии по изработване и свързване в комбинация с разработването на автоматизирани производствени съоръжения позволяват конструирането и производството на съобразени с бъдещето решения за конфекциониране на кабели за актуалните теми в автомобилната индустрия.
Как се прехвърлят в спецификациите и техническите задания изискванията, които произтичат от това?
Съдържанията на публикуваните стандарти и спецификации са основата за отделни спецификации на продукти и технически задания на клиенти.
За приложения с Ethernet за автомобили, напр., много детайлно се посочват изискванията за канала и компонентите в OPEN Alliance TC9. Това описание на електрическите и физическите характеристики на преноса на данни е утвърден консенсус сред специалистите. Това облекчава изготвянето на продуктови технически задания, тъй като от една страна тук са описани необходимите изпитания и методи на измерване, а от друга страна са посочени специфичните гранични стойности на компонентите.
Но трябва да се внимава! Изискванията и спецификациите на отделните компоненти трябва да бъдат сравнявани. Примери от практиката показват предизвикателствата при сравняване на граничните стойности от техническите задания на OEM на проводници за пренос на данни и на цялостни кабелни конфекции. Отчасти при конфекционираните проводници са налице по-строги гранични стойности, отколкото при проводниците „ на метър“. Това трябва да се наблюдава, сравнява и при необходимост коригира от отговорните експерти. Необходимо е, за да се изпълнят изискванията за пренос на данни в пълния сегмент за свързаността и да се гарантира съответното качество на веригите за доставки.
Какви са следващите стъпки?
Изискванията към системите за пренос на данни се увеличават не само с оглед на максималната дължина и скоростта на данни. Към тях спада и необходимостта от възможности за пренос на данни и производителност по еднакви физически канали за пренос.
Това е видимо в моделите на зоновата архитектура в автомобила. Продължаващото изграждане на системите за подпомагане на водача (ADAS – Advanced Driver Assistant Systems) е индикатор за увеличаването на сензорите в автомобила.
Освен от захранване с напрежение сензорите се нуждаят и от свързване към бордовата мрежа за данни. Чрез проводници за данни с висока производителност сензорите могат да бъдат вградени както в обмена на данни, така и да бъдат захранвани чрез Power over Data Line
( PoDL – захранване по проводника за данни) или Power over Coax ( PoC – захранване по коаксиален кабел).
С нашата конекторна система C-KLIC разработихме подходяща система, която обединява предимствата на ефикасно захранване и пренос на данни с висока скорост.
Чрез промяната на системите за задвижване към електрическо задвижване с батерии ( BEV – електрически автомобил с батерии) възникват нови изисквания към предавателния комплекс.
Тук електромагнитната съвместимост (ЕМС) представлява голямо предизвикателство. Тези проблеми може да бъдат намалени чрез използването на оптични системи за пренос, като Optical Automotive Ethernet (IEEE 802.3bv/IEEE 802.3cz), в бордовата мрежа за данни.
Ние се изправяме пред това предизвикателство и разработваме решения за преноса на Ethernet за автомобили по компоненти с оптични влакна и оптични кабели.
Обобщение и заключение
За да останем в крак с времето, фокусираното и структурирано наблюдение на темите на бъдещето е важен фактор за предприятията в автомобилната индустрия. Чрез участието в комисии и работни групи може своевременно да бъдат изведени изискванията към новите продукти. Това е приложимо най-вече за физическите среди на пренос с конектори и проводник „ на метър“, както и процесите по обработването им в конфекционирането на кабели. Проверката на продуктовите спецификации и адаптирането на съответните приложения и изисквания са основата за успешни решения за пренос на данни.
Така спецификациите за бъдещето ще са не само достатъчни, но и подходящи!
За Кристиян Нойлингер
Кристиян Нойлингер е мениджър по радиочестоти и симулации (Manager Radio Frequency & Simulation) и е с над 10-годишен опит в разработването и оценяването на съответствието на иновативни електрически компоненти за проводниковия високоскоростен пренос на данни. Като активен член на различни комисии по стандартизация, като IEEE 802.3, той работи по разработването на нови ефикасни системи за пренос на данни за автомобилната индустрия.