По-широка гама от функции, същия капацитет на монтажното пространство: Миниатюризация на компонентите на бордовата мрежа

Автомобилната индустрия в момента е в процес на огромна промяна. Актуалните технически иновации непрекъснато намират своето място в съвременните превозни средства. Това развитие се ръководи преди всичко от законови изисквания в областта на активната безопасност на превозните средства и технологията на задвижване (емисии). Друга движеща сила са новите и повишени изисквания в областта на информационно-развлекателните системи, свързаността и комфорта от потребителите на превозни средства. Тоест голям брой допълнителни функции трябва да бъдат събрани в приблизително същото монтажно пространство. Следователно необходимостта в момента се нарича: Миниатюризация. Научете повече за тази тенденция в следващата статия!

Причини за тенденцията към миниатюризация

Нововъзникналите изисквания водят до това, че допълнителни контролери трябва да бъдат интегрирани в автомобила, а съществуващите контролери трябва да бъдат разширени с допълнителни функции.  В допълнение към съответните контролери трябва да се вземат предвид и съответните изпълнителни механизми и сензори, които са свързани към ECU чрез бордовата мрежа на автомобила 

Това развитие поставя предизвикателството както за OEM производителите, така и за производителите на автомобилна електроника, да внедрят по-голям набор от функции при почти същия капацитет на монтажното пространство. Докато OEM производителите са изправени пред задачата да интегрират повече проводници в превозното средство и да позиционират конекторите, производителите на контролери трябва да направят възможни повечето контакти/връзки към електронните компоненти, без значително да се увеличава необходимото пространство.

Интегрирането на нови функции на превозното средство при почти непроменено монтажно пространство може да бъде постигнато само чрез адаптиране и оптимизиране на мрежовите топологии и миниатюризация на компонентите на бордовата мрежа и връзките на устройствата (интерфейси).

Тази тенденция към миниатюризация в бордовата мрежа на автомобила не е нова като цяло, но има нарастващо въздействие върху сферата на конекторите за данни през последните години.

От FAKRA към Mini Koax

Mini Koax системата е един от най-известните примери, който сега се използва широко сред OEM производителите. Въпреки че тези коаксиални конектори наподобяват конекторите FAKRA по отношение на дизайна, те се различават значително по отношение на размерите и техническите си характеристики. 

В сравнение с класическата система FAKRA, Mini Koax системите представляват значителни подобрения в областта на максималната честота и скоростта на пренос на данни и следователно са идеални за бъдещите изисквания по отношение на преноса на данни. Въпреки това, причината за първоначалното им използване в автомобилите не е подобрената HF характеристика, а огромното спестяване на пространство, предлагано от Mini Koax системите.

Освен това стана възможно да се увеличи наборът от функции в автомобила и в същото време значително да се намали необходимото пространство: При употреба на Quad Mini Koax система вместо 4 единични конектора Fakra може да бъде постигнато спестяване от ок. 70%. Това също така позволява да се постигне спестяване на тегло от ок. 75%. Друго предимство, което често остава неспоменато.

В областта на коаксиалните конектори въвеждането на Mini Koax системите беше решаваща стъпка към превръщането на тази доказана технология в бъдеще за следващото поколение превозни средства.

Dimensions FAKRA SF and MATE-AX

По-мощни: постига се по-бърз и висок пренос на данни и са възможни честоти до 20 GHz

По-малки: Разлика в размера, Mini Koax системата спестява много повече място (до 70% спестяване на пространство при сравняване на 4 x 1-пинов FAKRA с 1 x 4-пинов Mini Koax) от системата FAKRA

Спестяване на тегло: от ок. 75% Сравнение 4 x 1-пинов FAKRA спрямо 1 x 4-пинов Mini Koax

Други автомобилни конектори

Тенденцията към миниатюризация обаче не се ограничава до коаксиалните конектори, а може да се пренесе и към други автомобилни конектори (за данни). 

Контактите, базирани на Twisted Pair съотв. Twisted Quad, не могат да се разширяват безкрайно върху контролера и в бордовата мрежа на автомобила поради липса на монтажно пространство. В допълнение към оптимизирането на необходимостта от монтажно пространство, въвеждането на автомобилен Ethernet и използването на вътрешни мрежи в автомобила са основните двигатели за многобройните интерфейси като Mate Net; H-MTD/GEMnet и AMEC в автомобила. 

Working Group	Transmission
IEEE 802.3bw OPEN All. TC2	100 Mbit / s electrical	HSDe AMEC 100M UTP MATEnet UTP
IEEE 802.3bp OPEN All. TC9	1 Gbit / s electrical	H-MTD STP MATEnet UTP MATEnet STP AMEC 1G UTP/STP
IEEE 802.3ch OPEN All. TC9ff	2,5 Gbit / s 5 Gbit / s 10 Gbit / s electrical	H-MTD STP GEMnet STP
IEEE 802.3 faster than 10 G	25 Gbit / s 50 Gbit / s electrical	H-MTD STP GEMnet STP
IEEE 802.3bv	1 Gbit / s optical POF	DIA
IEEE 802.3 10G optical	10 Gbit / s optical GI

Automotive Ethernet Solutions

С въвеждането на така наречените централни високопроизводителни компютри (HPC), при които различните пътища за данни и захранване вървят заедно, броят на контактните точки на тези контролери се увеличава многократно. Това води до увеличаване на събирателните конектори за данни, като 6-пътни или няколко 4-пътни конектора. В допълнение към съответната необходимост от пространство върху печатната платка и за интерфейса към бордовата мрежа на автомобила, това развитие също така създава увеличаване на броя на процесите на включване по време на монтажа. Тази тенденция обаче в никакъв случай не е завършена: Поради интегрирането на допълнителни сензори и въвеждането на резервни системи, които са необходими например за автономното шофиране, броят на контактите за данни, необходими в различните класове на производителност, ще се увеличи допълнително.

Следователно по-нататъшната миниатюризация на конекторните системи при същевременно ориентираните към бъдещето HF производителност и дизайн, които позволяват лесна интеграция в събирателни конектори, е неизбежна.

Сътрудничество между разработчиците на конекторните системи и конфекционерите

Стремежът към миниатюризация поставя големи предизвикателства не само пред разработчиците на конекторната система, но и пред конфекционерите. За да се гарантира производителността на конекторната система, трябва да се спазват по-строги толеранси както при производството на конекторните компоненти, така и при сглобяването на компонентите в комбинация с останалите детайли.  Резултатът е нов дизайн на продукта в комбинация с оптимизиран производствен процес. Следователно тясното сътрудничество между конфекционера и производителя на конектори е неизбежно в ранните етапи на разработката. 

MD работи с няколко производителя на конектори за продължаване на напредъка в миниатюризацията. Благодарение на иновативния дизайн на продуктите и използването на форма на контакта, която е нова за бордовата мрежа на автомобила, могат да бъдат постигнати значително по-високи скорости на пренос на данни и в същото време спестяване на пространство до 30% в сравнение с настоящите конекторни системи. Тези бъдещи конекторни системи могат да бъдат интегрирани в хибридни или модулни конекторни корпуси (напр. както при конекторите на контролера на двигателя). Тук може да се постигне спестяване на пространство до 50% и в същото време да се намалят процесите на включване.

Всичко това обаче може да стане възможно само чрез използване на нови техники за свързване и контакти, които правят почти невъзможно използването на установените (и изисквани от автомобилния стандарт) методи на свързване. Като част от разработката, различните форми на контакт са проучвани, биват тествани за тяхната пригодност за (мащабно) серийно производство и оптимизирани.

Обобщение и заключение: Иновативен продуктов дизайн и нови производствени процеси като предпоставка за миниатюризацията

Миниатюризацията на компонентите е постоянен спътник в разработването на нова бордова мрежа или нова архитектура на автомобила от много години. Тази тенденция също така намира все повече своето място в разработването на конектори за пренос на данни през последните години. Различните Mini Koax системи вече са се доказали при голям брой OEM производители и техните приложения. Въпреки че конекторите за данни, базирани на STP или UTP компоненти, изискват по-малко място за монтаж от HSD конекторите, например, тук също може да се наблюдава тенденция към по-нататъшна миниатюризация.  Повишените изисквания към HF, увеличаването на контактите на контролерите и възможността за интегриране в събирателни конектори правят тази стъпка неизбежна. За да се реализира това обаче, трябва да се намерят нови и иновативни решения както за дизайна на продукта, така и в процеса на конфекциониране, за да се даде път на мобилността на бъдещето.