Ahora más que nunca los vehículos cuentan con un número cada vez mayor de funciones conectadas. Para los conductores, esto significa más opciones de seguridad y entretenimiento. Sin embargo, para los diseñadores, añadir componentes adicionales representa un desafío, ya que cada nueva función requiere espacio. Una forma comprobada de resolver este problema es elegir conectores compactos que ahorren espacio para los diseños de circuitos. En el siguiente artículo de Molex, exploramos cómo los conectores miniaturizados y resistentes están impulsando la próxima generación del transporte automotor.
A medida que la industria automotriz experimenta un aumento en nuevas tecnologías y características, desde fuentes de energía alternativas hasta vehículos totalmente autónomos, la electrónica ahora comúnmente representa más de la mitad del valor de un vehículo. Cada nueva característica agregada requiere un nuevo módulo conocido como unidad de control electrónico (ECU). Los vehículos más modernos utilizan entre 100 y 150 ECU, cada una con sus propias conexiones y cables dedicados. Estos, junto con un número cada vez mayor de sensores, motores y otros componentes, han creado una enorme demanda de soluciones de conectividad.
Los fabricantes de vehículos se enfrentan a un desafío crítico: la disminución del espacio dentro del vehículo para acomodar estos sistemas en expansión. El cableado necesario para conectar cientos de componentes ha convertido a los arneses en una de las estructuras más complejas dentro de la fabricación de vehículos. Además, la próxima generación de automóviles ofrecerá aún más funciones. A medida que los vehículos evolucionan para ofrecer capacidades aún mayores, se intensifica la demanda de conectores compactos y de alto rendimiento que soporten condiciones difíciles.
Cómo enfrentar una complejidad creciente
La próxima generación de vehículos estará definida por las nuevas tecnologías que se estén introduciendo en la industria automotriz. Los fabricantes están interesados en aprovechar la última comunicación inalámbrica 5G para mejorar la seguridad y la experiencia del usuario. Los vehículos formarán parte de una red dinámica en la que se compartirá información con otros usuarios de la vía e incluso con infraestructuras de control del tráfico para hacer los viajes más seguros y eficientes. Esta comunicación de vehículo a todo (V2X) requerirá que los vehículos estén equipados con más sensores, controles y potencia informática de lo habitual.
Esto será aún más crítico en el muy publicitado y esperado avance hacia los vehículos autónomos o de conducción automática. Los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) ya ofrecen a los conductores soluciones sofisticadas para la seguridad vial. La interacción con otros usuarios de la carretera dependerá de sistemas que puedan recopilar, analizar y actuar sobre la información sobre su entorno con la menor latencia posible.
Sin embargo, el entorno automotriz supone un desafío para los sistemas críticos para la seguridad. Incluso una interrupción momentánea en la conexión causada por una vibración puede provocar una pérdida significativa de información crítica. Los diseñadores necesitarán una variedad de conectores miniaturizados que toleren vibraciones y, al mismo tiempo, ofrezcan velocidades de transmisión de datos mucho más altas que las actuales en la industria automotriz.
La posibilidad de nuevas arquitecturas de vehículos
Con aproximadamente una milla de cable y cientos de conectores en cada vehículo, el volumen de cableado de cobre afecta directamente el rendimiento del vehículo, especialmente cuando las tendencias fomentan modos de transporte más pequeños y más eficientes. El peso de tal cantidad de cable de cobre afecta a la autonomía y el rendimiento de los vehículos. Los intentos de resolver este problema han llevado al concepto de arquitectura zonal.
La arquitectura zonal es un enfoque para estructurar la electrónica del vehículo. A diferencia de la arquitectura de dominio en la que los sistemas se agrupan por función, la arquitectura zonal ofrece una solución más eficiente. Las funciones dentro de un vehículo están agrupadas por ubicación en varias zonas. Cada zona es responsable de los dispositivos instalados en una sección particular del vehículo y conectados a un controlador zonal o puerta de enlace cercana. Debido a que una puerta de enlace zonal está cerca de los dispositivos que controla, las longitudes de cable necesarias para conectarlos son relativamente cortas, lo que genera una mayor necesidad de conectores miniaturizados confiables para estos cables cortos.
Cada puerta de enlace zonal está conectada al grupo informático central en el corazón del vehículo. La comunicación entre las puertas de enlace zonales y el ordenador central se asemeja a una red de computadoras. Como resultado, la comunicación interzonal puede realizarse a través de pequeños cables de red de alta velocidad que reducen en gran medida la cantidad y el tamaño del arnés que debe instalarse alrededor del vehículo.
La arquitectura zonal también está creando una nueva forma de ver la distribución de energía y la comunicación de alta velocidad. La energía convencional del vehículo se suministra a 12 V, pero la adopción de voltajes de hasta 48 V permite una reducción correspondiente en la corriente para entregar la misma cantidad de energía a los dispositivos. Esto a su vez permite a los diseñadores emplear cables de menor calibre y conectores más pequeños. Por ejemplo, un sistema de 48 V puede utilizar un cable calibre 10 AWG en lugar de uno calibre 4 AWG para entregar la misma energía que su equivalente de 12 V. Esto puede reducir el peso del cableado hasta en un 85 %, y a nivel de todo el arnés del vehículo, representar una mejora significativa en la eficiencia.
Los conectores miniaturizados lo unen todo
La arquitectura zonal introduce cambios en la fabricación de vehículos que afectan el diseño del conector. La conexión entre un dispositivo y la puerta de enlace zonal requerirá una nueva generación de conectores híbridos o mixtos, capaces de transmitir tanto energía como señales de alta velocidad, como el sistema de conectores stAK50h de Molex. Ofrece capacidad de contacto mixto, lo que permite al diseñador combinar funcionalidades de señal, datos y energía en cada conector, minimizando el espacio requerido. Su carcasa apilable simplifica el diseño y la instalación del arnés, y cumple con los estándares USCAR-2 y de los fabricantes de equipos originales automotrices globales, lo que ayuda a simplificar la adopción.
No todos los conectores están expuestos a las condiciones exteriores: también se requieren nuevas soluciones "dentro de la caja". Los conectores que se utilicen en el clúster informático central deberán proporcionar alta densidad y perfiles bajos, incluso cuando suministren una gran cantidad de circuitos. Las soluciones de cable a placa existentes ofrecen la conectividad necesaria, pero carecen del rendimiento sólido para soportar los golpes y vibraciones constantes de las aplicaciones automotrices.
Los conectores de cable a placa DuraClik de Molex están diseñados para ofrecer un acoplamiento estable y una alta fuerza de retención de PCB en aplicaciones que requieren una fuerte capacidad antivibración. Los conectores DuraClik ampliamente probados cumplen con las especificaciones LV214 y ES91500-03 para los mercados automotrices europeos, chinos y estadounidenses.
Los conectores miniaturizados son clave para ofrecer una funcionalidad en expansión. El sistema de conectores ConnTAK50 de Molex ofrece un sistema de conectores de una o dos filas en paquetes de tamaño pequeño que facilitan el diseño de nuevas capacidades. El terminal ConnTAK50 utiliza un diseño de viga de dos piezas, que ofrece mayor resistencia a la vibración al tiempo que brinda un rendimiento eléctrico superior. Con hasta 22 circuitos y una capacidad de corriente de hasta 6 A por contacto, el sistema ConnTAK50 ofrece un diseño compacto que ahorra espacio, incluso en comparación con el conector Molex Mini50.
Molex: una solución para el futuro
La adopción de la arquitectura zonal representa el cambio más significativo en décadas para el diseño de vehículos. Este sistema permite reducir la cantidad de cableado, lo que disminuye el peso y el costo, al tiempo que mejora el rendimiento. No obstante, la creciente funcionalidad de los vehículos de próxima generación exigirá un uso más eficiente del espacio. Los diseñadores necesitarán métodos para conectar energía y altas velocidades de datos en el difícil entorno automotriz y al mismo tiempo ofrecer la alta confiabilidad que esperan los consumidores.
Las innovadoras soluciones de conectividad miniaturizadas de Molex brindan un rendimiento resistente y confiable para las duras condiciones del entorno automotriz. Estas soluciones proporcionan productos compactos y livianos para lograr eficiencia y confiabilidad generales en la industria automotriz.
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