Robuste, zuverlässige und miniaturisierte Steckverbinder von Molex: Die nächste Generation von Fahrzeugen zum Leben erwecken

Mehr denn je verfügen Fahrzeuge über eine zunehmende Anzahl an vernetzten Funktionen. Dies ist für Fahrer aufregend, da es zusätzliche Sicherheits- und Entertainment-Optionen bietet; für Designer jedoch kann das Hinzufügen zusätzlicher Komponenten herausfordernd sein, da all diese Funktionen mehr Platz erfordern. Eine bewährte Methode zur Lösung dieses Problems ist die Auswahl kompakter, platzsparender Steckverbinder für Schaltungsdesigns. Der folgende Molex-Artikel untersucht, wie robuste miniaturisierte Steckverbinder die nächste Generation der Automobiltransporte ermöglichen.

Da die Automobilindustrie einen Anstieg neuer Technologien und Funktionen erlebt, von alternativen Energiequellen bis hin zu vollständig autonomen Fahrzeugen, machen Elektronikkomponenten mittlerweile oft über die Hälfte des Werts eines Fahrzeugs aus. Jede neue Funktion erfordert ein neues Modul, bekannt als elektronisches Steuergerät (ECU). Die neuesten Fahrzeuge verwenden zwischen 100 und 150 solcher ECUs, jeweils mit eigenen dedizierten Verbindungen und Verkabelungen. Diese, zusammen mit einer ständig wachsenden Anzahl von Sensoren, Motoren und anderen Komponenten, haben eine enorme Nachfrage nach Konnektivitätslösungen geschaffen.
 
Fahrzeughersteller stehen vor einer kritischen Herausforderung: Der Platz im Fahrzeug zur Aufnahme dieser expandierenden Systeme schrumpft. Die Verkabelung, die notwendig ist, um viele hunderte von Komponenten zu verbinden, bedeutet, dass Kabelbäume jetzt zu den komplexesten Strukturen in der Fahrzeugherstellung gehören, und die nächste Generation von Fahrzeugen wird noch mehr Funktionalität bieten. Da sich Fahrzeuge weiterentwickeln, um noch größere Fähigkeiten zu bieten, intensiviert sich die Nachfrage nach kompakten, leistungsstarken Steckverbindern, die rauen Bedingungen standhalten können.

Bewältigung wachsender Komplexität

Die nächste Generation von Fahrzeugen wird durch die neuen Technologien definiert, die in die Automobilindustrie eingeführt werden. Die Hersteller sind bestrebt, die neuesten 5G-Funkkommunikation zu nutzen, um Sicherheit und Benutzererlebnis zu verbessern. Fahrzeuge werden Teil eines dynamischen Netzwerks sein, in dem Informationen mit anderen Verkehrsteilnehmern und sogar Verkehrskontrollinfrastrukturen ausgetauscht werden, um Reisen sicherer und effizienter zu gestalten. Diese Fahrzeug-zu-Alles (V2X) Kommunikation erfordert, dass Fahrzeuge mit mehr Sensoren, Steuerungen und Rechenleistung als üblich ausgestattet werden.
 
Dies wird besonders kritisch im viel diskutierten und lang erwarteten Übergang zu autonomen oder selbstfahrenden Fahrzeugen. Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) bieten den Autofahrern bereits ausgeklügelte Lösungen für die Verkehrssicherheit. Die Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern wird auf Systemen beruhen, die Informationen über ihre Umgebung sammeln, analysieren und mit der geringstmöglichen Latenzzeit darauf reagieren können.
 
Allerdings ist die Automobilumgebung eine Herausforderung für sicherheitskritische Systeme. Selbst ein kurzzeitiger Verbindungsabbruch, der durch Vibrationen verursacht wird, kann zu einem erheblichen Verlust kritischer Informationen führen. Designer werden eine Reihe von miniaturisierten Verbindungslösungen benötigen, die vibrationsresistent sind und Datenraten liefern, die um ein Vielfaches höher sind als die derzeit in der Automobilwelt üblichen.

Neue Fahrzeugarchitekturen ermöglichen

Mit etwa einer Meile Kabel und hunderten von Steckverbindern in jedem Fahrzeug beeinflusst das Volumen der Kupferverkabelung direkt die Fahrzeugleistung, besonders wenn Trends zu kleineren und effizienteren Fortbewegungsmitteln ermutigen. Das Gewicht einer so großen Menge an Kupferkabeln belastet die Reichweite und Leistung der Fahrzeuge. Versuche, dieses Problem zu lösen, haben zum Konzept der zonalen Architektur geführt.
 
Zonale Architektur ist ein Ansatz zur Strukturierung der Fahrzeugelektronik. Im Gegensatz zur Domänenarchitektur, bei der Systeme nach Funktion gruppiert werden, bietet die zonale Architektur eine effizientere Lösung. Die Funktionen innerhalb eines Fahrzeugs werden nach Standort in mehrere Zonen gruppiert. Jede Zone ist für die in einem bestimmten Bereich des Fahrzeugs installierten Geräte verantwortlich und mit einem zonalen Controller oder Gateway in der Nähe verbunden. Da sich ein zonales Gateway in der Nähe der von ihm gesteuerten Geräte befindet, sind die erforderlichen Kabellängen relativ kurz, was zu einem erhöhten Bedarf an zuverlässigen miniaturisierten Steckverbindern für diese kurzen Kabel führt.
 
Jedes zonale Gateway ist mit dem zentralen Rechencluster im Kern des Fahrzeugs verbunden. Die Kommunikation zwischen den zonalen Gateways und dem Zentralrechner ähnelt einem Computernetzwerk. Dadurch kann die interzonale Kommunikation über kleine, hochgeschwindigkeitsfähige Netzwerkkabel erfolgen, die die Menge und Größe des Kabelbaums, der um das Fahrzeug herum installiert werden muss, erheblich reduzieren.
 
Zonale Architektur schafft auch eine neue Betrachtungsweise der Verteilung von Leistung und Hochgeschwindigkeitskommunikation. Die konventionelle Fahrzeugspannung wird mit 12V geliefert, aber die Einführung von Spannungen bis zu 48V ermöglicht eine entsprechende Reduzierung des Stroms, um die gleiche Energiemenge an die Geräte zu liefern. Dies ermöglicht es Designern, Kabel mit kleinerem Querschnitt und kleinere Steckverbinder zu verwenden. Zum Beispiel kann ein 48V-System 10 AWG-Kabel anstelle von 4 AWG verwenden, um dieselbe Energie wie sein 12V-Äquivalent zu liefern. Dies kann allein bei den Kabeln zu Gewichteinsparungen von bis zu 85% führen und über einen gesamten Fahrzeugkabelbaum hinweg einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz haben.

Miniaturisierte Steckverbinder bringen alles zusammen

Zonenarchitektur führt zu Veränderungen in der Fahrzeugherstellung, die das Design von Steckverbindern beeinflussen. Die Konnektivität zwischen einem Gerät und einem Zonengateway erfordert eine neue Generation von hybriden oder gemischten Steckverbindern, die sowohl Strom als auch Hochgeschwindigkeitssignale übertragen können, wie das stAK50h-Steckverbindersystem von Molex. Es bietet gemischte Kontaktmöglichkeiten, die es dem Designer ermöglichen, Signal-, Daten- und Stromfunktionen in jedem Stecker zu kombinieren und so den erforderlichen Platz zu minimieren. Sein stapelbares Gehäuse vereinfacht das Design und die Installation des Kabelbaums und entspricht den USCAR-2 und globalen OEM-Standards der Automobilindustrie, was die Einführung erleichtert.
 
Nicht alle Steckverbinder sind äußeren Bedingungen ausgesetzt—neue Lösungen „im Gehäuse“ sind ebenfalls erforderlich. Steckverbinder für den Einsatz im zentralen Rechencluster müssen eine hohe Dichte und ein niedriges Profil bieten und gleichzeitig eine große Anzahl von Schaltkreisen bereitstellen. Bestehende Draht-zu-Leiterplatte-Lösungen bieten die erforderliche Konnektivität, mangel jedoch die robuste Leistung, um den ständigen Erschütterungen und Vibrationen von Automobilanwendungen standzuhalten.
 
Die DuraClik Draht-zu-Leiterplatte-Steckverbinder von Molex sind darauf ausgelegt, eine stabile Verbindung und hohe Leiterplattenrückhaltekräfte in Anwendungen zu bieten, die eine starke Anti-Vibrationsfähigkeit erfordern. Die umfangreich getesteten DuraClik-Steckverbinder entsprechen den LV214 und ES91500-03 Spezifikationen für die europäischen, chinesischen und US-amerikanischen Automobilmärkte.
 
Miniaturisierte Steckverbinder sind entscheidend, um die sich erweiternde Funktionalität zu gewährleisten. Das Molex ConnTAK50-Steckverbindersystem bietet ein einreihiges und zweireihiges Steckverbindersystem in kleinen Gehäusegrößen, die das Design neuer Fähigkeiten erleichtern. Der ConnTAK50-Anschluss verwendet ein zweiteiliges Balkendesign, das eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen bietet und gleichzeitig eine überlegene elektrische Leistung liefert. Mit bis zu 22 Stromkreisen und einer Stromstärke von bis zu 6,0 Ampere pro Kontakt bietet das kompakte Gehäuse des ConnTAK50-Systems Platzersparnisse, sogar im Vergleich zum Molex Mini50-Steckverbinder.

Molex: Eine Lösung für die Zukunft

Die Einführung der Zonenarchitektur stellt die größte Veränderung im Fahrzeugdesign seit Jahrzehnten dar. Fahrzeuge mit Zonenarchitektur benötigen weniger Verkabelung, was Gewicht und Kosten spart und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit erhöht. Allerdings wird die zunehmende Funktionalität der nächsten Fahrzeuggeneration höhere Anforderungen an den Platz stellen. Designer werden Methoden benötigen, um Leistung und hohe Datenraten in der anspruchsvollen Automobilumgebung zu verbinden und dabei die hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten, die Verbraucher erwarten.
 
Innovative miniaturisierte Konnektivitätslösungen von Molex bieten robuste und zuverlässige Leistung unter den rauen Bedingungen der Automobilumgebung. Diese Lösungen bieten kompakte und leichte Produkte für eine insgesamt höhere Effizienz und Zuverlässigkeit in der Automobilindustrie.