Conectores robustos, fiables y miniaturizados de Molex: Dando vida a los vehículos de próxima generación
Más que nunca, los vehículos cuentan con un número creciente de funciones conectadas. Esto resulta emocionante para los conductores debido a las opciones adicionales de seguridad y entretenimiento; pero para los diseñadores, agregar componentes adicionales puede ser un desafío, ya que todas estas funciones requieren más espacio. Una forma comprobada de resolver este problema es eligiendo conectores compactos y que ahorren espacio para los diseños de circuitos. El artículo de Molex a continuación explora cómo los conectores miniaturizados y resistentes están permitiendo la próxima generación del transporte automotriz.
A medida que la industria automotriz experimenta un auge en nuevas tecnologías y características, desde fuentes de energía alternativas hasta vehículos completamente autónomos, la electrónica ahora representa comúnmente más de la mitad del valor de un vehículo. Cada característica nueva que se añade requiere un módulo conocido como unidad de control electrónico (ECU, por sus siglas en inglés). Los vehículos más recientes emplean entre 100 y 150 de estas ECUs, cada una con sus propias conexiones y cableado dedicados. Estas, 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 enfrentan un desafío crítico: el espacio decreciente dentro del vehículo para acomodar estos sistemas en expansión. El cableado necesario para conectar cientos de componentes implica que los arneses de cables son ahora una de las estructuras más complejas dentro de la fabricación de vehículos, y la próxima generación de vehículos ofrecerá aún más funcionalidad. A medida que los vehículos evolucionan para ofrecer capacidades aún mayores, se intensifica la demanda de conectores compactos, de alto rendimiento y capaces de resistir condiciones adversas.
Resolviendo la creciente complejidad
La próxima generación de vehículos estará definida por las nuevas tecnologías que se están 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 serán parte de una red dinámica en la que se compartirá información con otros usuarios de la vía e incluso con infraestructuras de control de tráfico, haciendo que los viajes sean más seguros y eficientes. Esta comunicación vehículo-a-todo (V2X) requerirá que los vehículos estén equipados con más sensores, controles y capacidad de procesamiento de datos de lo habitual. Esto será aún más crítico en la muy publicitada y esperada transición hacia vehículos autónomos o autoconducidos. Los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) ya ofrecen a los automovilistas soluciones sofisticadas para la seguridad vial. La interacción con otros usuarios de la vía dependerá de sistemas que puedan recopilar, analizar y actuar sobre la información del entorno con la menor latencia posible. Sin embargo, el entorno automotriz representa un desafío para los sistemas críticos de seguridad. Incluso una interrupción momentánea en la conexión causada por vibraciones puede llevar a una pérdida significativa de información crítica. Los diseñadores necesitarán una gama de soluciones de conectores miniaturizados que toleren las vibraciones mientras proporcionan velocidades de transmisión de datos muchas veces superiores a las que se observan actualmente en el mundo automotriz.
Habilitando nuevas arquitecturas de vehículos
Con aproximadamente una milla de cable y cientos de conectores en cada vehículo, el volumen de cableado de cobre impacta directamente en el rendimiento del vehículo, especialmente cuando las tendencias fomentan modos de transporte más pequeños y eficientes. El peso de una cantidad tan grande de cableado de cobre afecta la autonomía y el rendimiento de los vehículos. Los intentos por resolver este problema han llevado al concepto de arquitectura zonal. La arquitectura zonal es un enfoque para estructurar la electrónica de los vehículos. En contraste con la arquitectura por dominios, en la que los sistemas se agrupan según su función, la arquitectura zonal ofrece una solución más eficiente. Las funciones dentro de un vehículo se agrupan por ubicación en varias zonas. Cada zona es responsable de los dispositivos instalados en una sección particular del vehículo y está conectada a un controlador zonal o puerta de enlace en las proximidades. 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 clúster de computación central en el corazón del vehículo. La comunicación entre las puertas de enlace zonales y el ordenador central se asemeja a una red de computadores. Como resultado, la comunicación interzonal puede llevarse a cabo mediante cables de red pequeños y de alta velocidad que reducen significativamente la cantidad y el tamaño del cableado que debe instalarse en el vehículo. La arquitectura zonal también está creando una nueva forma de ver la distribución de energía y la comunicación de alta velocidad. La potencia convencional en vehículos se suministra a 12V, pero la adopción de voltajes de hasta 48V permite una reducción correspondiente en la corriente necesaria para entregar la misma cantidad de energía a los dispositivos. Esto, a su vez, permite a los diseñadores utilizar cables de calibre más pequeño y conectores más pequeños. Por ejemplo, un sistema de 48V puede usar cable de calibre 10 AWG en lugar de 4 AWG para entregar la misma energía que su equivalente de 12V. Esto puede generar ahorros de peso de hasta el 85 % solo en el cableado, y en todo el arnés del vehículo puede tener un impacto considerable en la eficiencia.
Conectores miniaturizados lo unen todo
La arquitectura zonal introduce cambios en la fabricación de vehículos que afectan el diseño de conectores. La conectividad entre un dispositivo y una pasarela zonal requerirá una nueva generación de conectores híbridos o mixtos que puedan transmitir tanto energía como señales de alta velocidad, como el sistema de conectores stAK50h de Molex. Este ofrece capacidad de contacto mixto, lo que permite al diseñador combinar funcionalidades de señal, datos y energía en cada conector, minimizando el espacio necesario. Su carcasa apilada simplifica el diseño e instalación del arnés y cumple con las normas USCAR-2 y de los fabricantes de automóviles globales, lo que facilita su adopción. No todos los conectores están expuestos a condiciones exteriores; también se requieren nuevas soluciones “dentro de la caja”. Los conectores destinados al uso en el clúster de computación central deberán proporcionar alta densidad y perfiles bajos, incluso al manejar un gran número de circuitos. Las soluciones actuales de conexión de cable a placa ofrecen la conectividad requerida, pero carecen del rendimiento robusto necesario para soportar los constantes golpes y vibraciones en aplicaciones automotrices. Los conectores de cable a placa DuraClik de Molex están diseñados para proporcionar un acoplamiento estable y una alta fuerza de retención en la PCB en aplicaciones que requieren una fuerte capacidad antivibración. Los conectores DuraClik, extensamente probados, cumplen con las especificaciones LV214 y ES91500-03 para los mercados automotrices de Europa, China y los EE.UU. Los conectores miniaturizados son clave para ofrecer una funcionalidad creciente. El sistema de conectores ConnTAK50 de Molex ofrece un sistema de conectores de una y dos filas en tamaños de paquete pequeños que facilitan el diseño de nuevas capacidades. El terminal ConnTAK50 utiliza un diseño de haz de dos piezas, que ofrece una mayor resistencia a las vibraciones al tiempo que proporciona un rendimiento eléctrico superior. Con hasta 22 circuitos y una capacidad de corriente de hasta 6.0 amperios por contacto, el sistema ConnTAK50, con su paquete compacto, ofrece un ahorro de espacio incluso en comparación con el conector Mini50 de Molex.
Molex: Una solución para el futuro
La introducción de la arquitectura zonal representa el mayor cambio en décadas para el diseño de vehículos. Los vehículos que empleen arquitectura zonal requerirán menos cableado, ahorrando peso y costos, mientras aumentan su capacidad. Sin embargo, la creciente funcionalidad de los vehículos de próxima generación impondrá mayores exigencias al espacio. Los diseñadores necesitarán métodos para conectar energía y altas velocidades de datos en el exigente entorno automotriz, al tiempo que garantizan la alta fiabilidad que esperan los consumidores. Las soluciones innovadoras de conectividad miniaturizada de Molex ofrecen un rendimiento resistente y confiable en las condiciones adversas del entorno automotriz. Estas soluciones proporcionan productos compactos y ligeros para lograr una mayor eficiencia y fiabilidad en la industria automotriz.
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