Mayor rango de funciones con el mismo espacio de montaje: la miniaturización de los componentes de la red de a bordo

En la actualidad, la industria del automóvil está sometida a una inmensa transformación. Las innovaciones técnicas no dejan de abrirse camino en los vehículos modernos. Este desarrollo está provocado sobre todo por los requisitos legales relativos a la seguridad activa del vehículo y también a la tecnología de impulsión (emisiones). Otro factor que promueve esta evolución son los nuevos y más exigentes requisitos en las áreas de Infotainment, conectividad y comodidad para los usuarios de los vehículos. Es decir: prácticamente en el mismo espacio de montaje hay que integrar una gran variedad de funciones adicionales. Por eso, lo que prima ahora es la miniaturización. En el siguiente artículo puede descubrir más acerca de esta tendencia.

Razones que han motivado la tendencia a la miniaturización

Los nuevos requisitos hacen que sea necesario integrar nuevas unidades de control en el vehículo, así como ampliar las existentes con funciones adicionales.  Además de las propias unidades de control, también hay que tener en cuenta los actuadores y sensores que están conectados con la ECU a través de la red de a bordo. 

Este desarrollo supone un desafío tanto para las empresas OEM como para los fabricantes de sistemas electrónicos para vehículos, ya que tienen que implantar un mayor rango de funciones en prácticamente el mismo espacio. Mientras que las OEM se enfrentan a la tarea de integrar cada vez más cables y colocar más conectores en el vehículo, los fabricantes de unidades de control deben posibilitar la instalación de más contactos/conexiones en los componentes electrónicos, sin aumentar significativamente el espacio de montaje.

La integración de nuevas funciones en el vehículo sin cambiar prácticamente el espacio de montaje solo se puede realizar adaptando y optimizando las topologías de interconexión, así como mediante la miniaturización de los componentes de la red de a bordo y las conexiones de los dispositivos (interfaces).

Es cierto que esta tendencia a la miniaturización en la red de a bordo no es nueva, pero en los últimos años está repercutiendo cada vez más en el ámbito de los conectores de datos.

De FAKRA a Mini Koax

Uno de los ejemplos más conocidos, extendido de forma general para todas las OEM, es el sistema Mini Koax. Estos conectores coaxiales se parecen a los conectores FAKRA en cuanto al principio constructivo, pero presentan diferencias decisivas en lo que se refiere al tamaño y a sus características técnicas. 

A diferencia del sistema clásico FAKRA, los sistemas Mini Koax ofrecen mejoras considerables en el ámbito de la frecuencia máxima y la velocidad de transmisión de datos, por lo que resultan ideales para los futuros requisitos relativos a la transmisión de los datos. Sin embargo, la razón por la que se introdujeron por primera vez en el automóvil no fue su mejora de la alta frecuencia, sino el enorme ahorro de espacio de montaje que ofrecen los sistemas Mini Koax.

Además, también permitían aumentar la gama de funciones en el vehículo y al mismo tiempo reducir considerablemente el espacio de montaje necesario: al utilizar un sistema Quad Mini Koax en lugar de 4 conectores individuales Fakra, era posible ahorrar aproximadamente un 70 % de espacio de montaje, por lo que, además, se conseguía reducir el peso en un 75 %. Y otra ventaja que a menudo no se dice:

en el ámbito de los conectores coaxiales, la introducción de los sistemas Mini Koax supuso un paso decisivo para que esta acreditada tecnología sea apta para las futuras generaciones de vehículos. 

Dimensions FAKRA SF and MATE-AX

Más potentes: mayor transmisión de datos y más rapidez. Es posible alcanzar frecuencias de hasta 20 GHz

Más pequeños: con una gran diferencia de tamaño, el sistema Mini Koax ocupa un espacio de montaje considerablemente menor que el sistema FAKRA (ahorro de espacio de hasta un 70 % al comparar 4 conectores FAKRA de 1 polo con un Mini Koax de 4 polos)

Reducción del peso: de aprox. un 75 % comparando 4 conectores FAKRA de 1 polo con 1 Mini Koax de 4 polos

Otros conectores para automoción

No obstante, la tendencia a la miniaturización no se limita a los conectores coaxiales, sino que también se aplica a otros conectores (de datos) para automoción. 

Por motivos de espacio, los contactos basados en Twisted Pair o Twisted Quad tampoco se pueden seguir ampliando de forma ilimitada en la unidad de control y la red de a bordo del vehículo. Junto a la optimización del espacio de montaje, la introducción de Automotive Ethernet y el uso de redes In Vehicle son los principales impulsores del gran número de interfaces que se encuentran en el vehículo, como Mate Net, H-MTD/GEMnet y AMEC. 

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

Con la introducción de lo que se denominan ordenadores centrales de alto rendimiento (High Performance Computers, HPC), en los que convergen los distintos tramos de datos y de potencia, los puntos de contacto en estas unidades de control se multiplican. Esto tiene como consecuencia un aumento de los conectores de datos múltiples, como los conectores séxtuples o varios cuádruples. Sin embargo, además del espacio correspondiente en la placa y para la interfaz de conexión con la red de a bordo del vehículo, este desarrollo también conlleva un aumento de los procesos de enchufe durante el montaje. A pesar de todo, esta tendencia está muy lejos de finalizar: con la integración de más sensores y la introducción de sistemas redundantes que se requieren, por ejemplo, para la conducción autónoma, aumentará aún más el número de contactos de datos necesarios en distintas clases de potencia.

Por lo tanto, resulta inevitable que la miniaturización de los sistemas de enchufe siga avanzando, manteniendo al mismo tiempo un rendimiento de alta frecuencia orientado al futuro y un diseño que permita la integración sencilla en conectores múltiples.

Colaboración entre los desarrolladores de los sistemas de conexión y los fabricantes

Este apremio por la miniaturización no solo implica un gran reto para los desarrolladores de los sistemas de enchufe, sino también para los fabricantes. Para garantizar el rendimiento del sistema de enchufe, deben respetarse tolerancias más bajas tanto en la producción de los componentes de los conectores como en el montaje de los componentes con los productos por metros.  La consecuencia de ello es un nuevo diseño de producto, acompañado de un proceso de fabricación optimizado para este. Por lo tanto, resulta ineludible la colaboración entre los fabricantes de cables y de conectores, ya desde las primeras fases del desarrollo. 

MD trabaja con varios fabricantes de conectores para impulsar la miniaturización. Gracias a los innovadores diseños de producto y al empleo de una nueva forma de contacto para la zona de la red de a bordo, es posible conseguir velocidades de transmisión de datos considerablemente más elevadas, ahorrando al mismo tiempo hasta un 30 % en comparación con los sistemas de enchufe actuales. Estos sistemas de enchufe del futuro se pueden integrar en carcasas de conectores híbridos o modulares (por ejemplo, como en los conectores de la unidad de control del motor). En este caso, es posible ahorrar hasta un 50 % de espacio de montaje, reduciendo al mismo tiempo los procesos de enchufe.

Sin embargo, todo esto solo puede llevarse a cabo con el uso de nuevas tecnologías de conexión y de contactos que prácticamente hacen imposible el uso de los métodos de ensamblaje establecidos (y exigidos por los estándares de automoción). En el marco del desarrollo se están investigando diversas formas de contacto, y se está comprobando y optimizando su idoneidad para la fabricación en serie (o grandes series).

Resumen y conclusión: Un diseño innovador y nuevos procesos de fabricación, imprescindibles para la miniaturización

Desde hace muchos años, la miniaturización de componentes ha acompañado constantemente al desarrollo de las nuevas redes de a bordo y las nuevas arquitecturas de los vehículos. En los últimos años, esta tendencia también está pisando cada vez más fuerte en el desarrollo de los conectores de datos. Los diferentes sistemas Mini Koax ya han demostrado su eficacia en un gran número de empresas OEM y sus aplicaciones. Los conectores de datos basados en productos por metros STP o UTP es cierto que requieren menos espacio de montaje que, por ejemplo, los conectores HSD, pero en este caso también se observa la tendencia a continuar miniaturizándolos.  Los crecientes requisitos para la alta frecuencia, el aumento de los contactos en las unidades de control y la integración en conectores múltiples hacen inevitable este paso. No obstante, para llevarlo a cabo se tienen que encontrar soluciones nuevas e innovadoras tanto para el diseño de productos como para el proceso de fabricación, que permitirán configurar la movilidad del futuro.