Automobilski snopovi kabela
Povećana električna složenost, potaknuta prelaskom na e-mobilnost, autonomnu vožnju i infotainment sustave s 4K HD rezolucijom, zahtijeva nove arhitekture električnih sustava na vozilu u automobilskoj industriji. Tradicionalna decentralizirana arhitektura na električni sustav vozila (električni sustav vozila) doseže svoje granice zbog složenosti i potrebnih mogućnosti visokih brzina. ept nudi odgovarajuće board-to-board konektor (board-to-board konektor) za rješavanje tih izazova.
Definicija pojma 'električni sustav vozila': decentralizirana arhitektura temeljena na domenama i zonama
Klasična decentralizirana arhitektura u automobilskom sektoru sastoji se od do 100 Steuergeräte, pri čemu je svakom upravljačka jedinica dodijeljena definirana funkcija: upravljanje motorom, zračni jastuk, ABS/ESP, podešavanje sjedala, klima-uređaj, … Svaki upravljačka jedinica radi neovisno i komunicira s drugim Steuergeräte putem sučelja.
Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća decentralizirana arhitektura doživjela je historijski rast, pri čemu je svaka nova funkcionalnost bila nadopunjena dodatnim upravljačkim računalom (upravljačka jedinica). Danas, međutim, ona doseže svoje granice: sve veća funkcionalnost značajno povećava troškove ugradnje i ožičenja unutar vozila.
U arhitekturi temeljenoj na domenama, upravljačka računala (Steuergeräte) grupirana su u različita funkcionalna područja. Svaka domena odgovorna je za određeno područje vozila, kao što su pogonski sklop, infotainment ili sigurnost. Nadzor nad domenom provodi samostalno računalo visokih performansi (HPC). Ono koordinira upravljačke jedinice unutar svoje domene. Za funkcionalno područje sigurnosti to bi uključivalo, na primjer, upravljačke jedinice za sustave pomoći vozaču, ABS/ESP i sustave upravljanja.
U usporedbi s decentraliziranom arhitekturom, manji broj instaliranih upravljačkih jedinica smanjuje količinu potrebnih kabela i radova na instalaciji. Arhitektura domena stoga također može učinkovito doprinijeti smanjenju troškova i težine u usporedbi s decentraliziranom arhitekturom. Nadalje, dodatne se funkcije mogu integrirati u kasnijoj fazi uz minimalan napor.
U zonskoj arhitekturi (zonska arhitektura), struktura je organizirana ne prema domenama, već prema lokalnim zonama. Na primjer, nekoliko funkcionalnosti objedinjeno je unutar jedne zone u automobilu. Posljedično, funkcije poput pogonskog sklopa i infotainmenta svakako se mogu kombinirati i obrađivati unutar jednog zonski kontroler. Različitim zonski kontroler upravlja središnji HPC. Prednost je očita: smanjenje broja upravljačkih jedinica i njihove ožičenosti za do 50 posto.
Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća decentralizirana arhitektura doživjela je historijski rast, pri čemu je svaka nova funkcionalnost bila nadopunjena dodatnim upravljačkim računalom (upravljačka jedinica). Danas, međutim, ona doseže svoje granice: sve veća funkcionalnost značajno povećava troškove ugradnje i ožičenja unutar vozila.
U arhitekturi temeljenoj na domenama, upravljačka računala (Steuergeräte) grupirana su u različita funkcionalna područja. Svaka domena odgovorna je za određeno područje vozila, kao što su pogonski sklop, infotainment ili sigurnost. Nadzor nad domenom provodi samostalno računalo visokih performansi (HPC). Ono koordinira upravljačke jedinice unutar svoje domene. Za funkcionalno područje sigurnosti to bi uključivalo, na primjer, upravljačke jedinice za sustave pomoći vozaču, ABS/ESP i sustave upravljanja.
U usporedbi s decentraliziranom arhitekturom, manji broj instaliranih upravljačkih jedinica smanjuje količinu potrebnih kabela i radova na instalaciji. Arhitektura domena stoga također može učinkovito doprinijeti smanjenju troškova i težine u usporedbi s decentraliziranom arhitekturom. Nadalje, dodatne se funkcije mogu integrirati u kasnijoj fazi uz minimalan napor.
U zonskoj arhitekturi (zonska arhitektura), struktura je organizirana ne prema domenama, već prema lokalnim zonama. Na primjer, nekoliko funkcionalnosti objedinjeno je unutar jedne zone u automobilu. Posljedično, funkcije poput pogonskog sklopa i infotainmenta svakako se mogu kombinirati i obrađivati unutar jednog zonski kontroler. Različitim zonski kontroler upravlja središnji HPC. Prednost je očita: smanjenje broja upravljačkih jedinica i njihove ožičenosti za do 50 posto.
Zahtjevi za HPC i njegov konektor
Zahtjevi koji se postavljaju pred HPC-ove su stoga znatni: osobito obrada slikovnih podataka u sektoru zabavne elektronike ili u sustavima kamera za autonomnu vožnju zahtijeva siguran prijenos podataka velike brzine s niskom latencijom. Istovremeno, prijenos signala ni pod kojim okolnostima ne smije zakazati – njegova pouzdanost mora biti zajamčena u svakom trenutku.
Visoke performanse, brza i, prije svega, pouzdana prijenos podataka – ponekad i u nepovoljnim okolišnim uvjetima – stoga su također zahtjevi koji se postavljaju i pred korištene konektore (konektor).
'Čitljivost' signala može se ilustrirati onim što je poznato kao 'eye diagram'. On ukazuje može li se preneseni signal u prijamniku nedvosmisleno dodijeliti digitalnim stanjima 1 ili 0.
Da bi se to postiglo, signal prolazi kroz definiranu putanju prijenosa, tijekom koje ga osciloskop snima, preklapa i prikazuje. Na taj se način sve moguće oblike valova signala mogu iscrtati "jedan na drugi". U teoriji, prijelazi između logičkih stanja su beskonačno strmi, a linije signala se točno preklapaju. Zbog vanjskih smetnji i unutarnjih poremećaja koji utječu na parove signala, porast signala se izravnava i amplituda se mijenja. To rezultira uzorkom u obliku oka koji daje dijagramu njegovo ime.
Visoke performanse, brza i, prije svega, pouzdana prijenos podataka – ponekad i u nepovoljnim okolišnim uvjetima – stoga su također zahtjevi koji se postavljaju i pred korištene konektore (konektor).
'Čitljivost' signala može se ilustrirati onim što je poznato kao 'eye diagram'. On ukazuje može li se preneseni signal u prijamniku nedvosmisleno dodijeliti digitalnim stanjima 1 ili 0.
Da bi se to postiglo, signal prolazi kroz definiranu putanju prijenosa, tijekom koje ga osciloskop snima, preklapa i prikazuje. Na taj se način sve moguće oblike valova signala mogu iscrtati "jedan na drugi". U teoriji, prijelazi između logičkih stanja su beskonačno strmi, a linije signala se točno preklapaju. Zbog vanjskih smetnji i unutarnjih poremećaja koji utječu na parove signala, porast signala se izravnava i amplituda se mijenja. To rezultira uzorkom u obliku oka koji daje dijagramu njegovo ime.
U središtu dijagrama može se vidjeti takozvana "maska oka". U tom području signal se ne može jasno identificirati.
Dva dijagrama oka ilustriraju učinke duljine staze i impedancije na primjeru ept Colibri konektor u verzijama od 16+ Gbit/s i 10 Gbit/s. Primjer pokazuje kako je značajno poboljšanje integritet signala postignuto daljnjim razvojem dizajna kontakta (vidi sl. XX). Zahvaljujući kraćoj duljini kabela i impedanciji od 100 Ω, obrazac oka verzije Colibri od 16+ Gbit/s jasniji je od onog prethodne verzije od 10 Gbit/s – signalni parovi se mogu nedvosmisleno protumačiti.
Dva dijagrama oka ilustriraju učinke duljine staze i impedancije na primjeru ept Colibri konektor u verzijama od 16+ Gbit/s i 10 Gbit/s. Primjer pokazuje kako je značajno poboljšanje integritet signala postignuto daljnjim razvojem dizajna kontakta (vidi sl. XX). Zahvaljujući kraćoj duljini kabela i impedanciji od 100 Ω, obrazac oka verzije Colibri od 16+ Gbit/s jasniji je od onog prethodne verzije od 10 Gbit/s – signalni parovi se mogu nedvosmisleno protumačiti.
Budući da su visokobrzinski signali posebno osjetljivi na elektromagnetske smetnje, zahtijevaju posebnu zaštitu signala. Priključak (konektor) može djelovati i kao izvor i kao odvodnik smetnji. Iz tog razloga preporučuje se zaštita signala pomoću zaštitnog lima (oklopna pločica) kako bi se osjetljivi signali zaštitili od vanjskih utjecaja.
Slika 4 ilustrira da čak i mali električni impuls može iskriviti korisni signal. Prijemnik više nije u stanju nedvosmisleno interpretirati digitalna stanja HDMI signala nakon čak i kratkog impulsnog izboja od 0,5 kV, dok prijenos signala putem oklopljenog priključka ostaje stabilan čak i na 4,4 kV.
Slika 4 ilustrira da čak i mali električni impuls može iskriviti korisni signal. Prijemnik više nije u stanju nedvosmisleno interpretirati digitalna stanja HDMI signala nakon čak i kratkog impulsnog izboja od 0,5 kV, dok prijenos signala putem oklopljenog priključka ostaje stabilan čak i na 4,4 kV.
Korištenjem induktance spajanja (međuinduktivitet, LK) kao parametra EMC, konektor se može opisati analizom električnih uvjeta u obje funkcije – izvor i odvod. Za tu svrhu koristi se jedinica henri. To se odnosi i na imunost (otpornost na smetnje) i na emisije (elektromagnetska emisija). Ako su inducirani napon (Uind), napon generatora (UGen) i konstanta generatora (kGen) poznati, specifična maksimalno dopuštena induktancija spajanja (L) za određenu primjenu može se odrediti pomoću sljedeće formule:
LK = Uind / (UGen * kGen)
. Induktivnost spajanja (međuinduktivitet) također pomaže korisniku pri odabiru odgovarajućeg konektora (konektor) s aspekta elektromagnetske kompatibilnosti i izbjegavanju skupih i dugotrajnih ispitivanja metodom pokušaja i pogreške u laboratoriju za elektromagnetsku kompatibilnost (EMC). Evo primjera: za HDMI signal određena je maksimalna 'međuinduktivitet' specifična za kućište od 47 pikofarada (pF) pri naponu od 4,4 kV. Ako vrijednost prelazi tu granicu, signal se više ne može prenositi bez smetnji.
LK = Uind / (UGen * kGen)
. Induktivnost spajanja (međuinduktivitet) također pomaže korisniku pri odabiru odgovarajućeg konektora (konektor) s aspekta elektromagnetske kompatibilnosti i izbjegavanju skupih i dugotrajnih ispitivanja metodom pokušaja i pogreške u laboratoriju za elektromagnetsku kompatibilnost (EMC). Evo primjera: za HDMI signal određena je maksimalna 'međuinduktivitet' specifična za kućište od 47 pikofarada (pF) pri naponu od 4,4 kV. Ako vrijednost prelazi tu granicu, signal se više ne može prenositi bez smetnji.
Međutim, nije samo elektromagnetska interferencija ono što ugrožava prijenos brzorazrednih signala. Posebno u automobilskoj industriji, konektori su izloženi ekstremnim uvjetima okoline kao što su vibracije i udari. Kako bi se osiguralo da prijenos signala ostane neprekinut čak i u teškim uvjetima, konektor (konektor) mora biti posebno robusan. U tom pogledu presudan je značaj dizajna kontakta, kontaktnog sustava i tehnike priključenja (tehnika priključivanja).
Kontaktni sustav kao čimbenik utjecaja
Tradicionalni dvodijelni ' konektor ' sastoje se od 'Messer-' i ' ženski kontakt'. Međutim, u slučaju snažnog udarca, ' muški konektor ' se može odvojiti od ' ženski konektor '. Kako bi se spriječilo takvo ' prekid kontakta ', može se koristiti dvostrana ' ženski konektor ' koja osigurava redundanciju i time pouzdan kontakt, budući da drugi opružni element osigurava da se prijenos signala održava u svakom trenutku putem najmanje jedne kontaktne točke (slika 5).
konektor s takozvanim "rodno neutralnim" kontaktnim sustavom, naprotiv, još su robusniji. Karakteristična značajka ovdje leži u identičnim kontaktnim geometrijama para priključaka – Plug i Socket. Stoga oba sadrže i oprugu i listić. To znači da svaki pin kontaktiraju dvije opruge, dok su Plug i Socket međusobno zaključani i ne mogu se odvojiti jedno od drugog. Dok dvostrana opružna kontaktna traka (ženski konektor) uvijek osigurava barem jednu kontaktnu točku pod mehaničkim opterećenjem, međusobno zaključane geometrije u spolno neutralnim kontaktnim sustavima jamče da prijenos signala uvijek odvija putem dviju kontaktnih točaka. Ta visoka razina redundancije stoga osigurava maksimalnu pouzdanost kontakta (slika 5).
Tehnologija površinskog montažiranja (SMT) preporučuje se kao ' tehnika priključivanja ' za trajnu vezu između tiskane pločice i konektor. Korištenjem pasta za lemljenje, konektor se lemljuju na definirana područja za spajanje na tiskanoj pločici, na lemne površine. Tek u takozvanom reflow peć kalaj se tali i potom se ostavlja da očvrsne. SMT omogućuje uspostavljanje stabilnih veza između konektora i tiskane pločice. Međutim, za to se mora ispuniti niz kriterija: prvo, kako bi se osigurala sukladnost sa standardom IPC-A-610lemni spoj, mora se održavati ispravan omjer SMT izvod, lemna površina i pasta za lemljenje. Samo na taj način može se uspostaviti visokokvalitetna veza koja omogućuje povezivanje u skladu s IPC klasom 3 i stoga je pogodna za upotrebu u elektronici visokih performansi. U ovoj klasi u svakom trenutku moraju se isključiti kvarovi u prijenosu signala. Optimalni lemljeni spoj prepoznaje se po ujednačenom obliku meniska. Kontakt mora biti potpuno okružen meniskom kalaja kako bi se postigle najbolje sile držanja na tiskanoj pločici. (Sl. 9).
Koplanarnost kontaktnih padova ključna je za izvrsnu vezu; to je predmet 100-postotne automatizirane inspekcije tijekom proizvodnog procesa.
Zaključak
Trenutni razvoj u automobilskoj industriji neprestano postavlja nove zahtjeve pred konektore (konektor) koji se koriste u vozilima. Na prvi pogled čini se da uloga tih konektora gubi na važnosti zbog smanjenog broja upravljačkih jedinica. Međutim, pri bližem pregledu postaje jasno da njihova uloga zapravo dobiva na važnosti upravo zbog tog pomaka prema centraliziranoj obradi podataka putem HPC-a: pouzdanost u prijenosu signala nikada nije bila važnija nego danas.