Plus que jamais, les véhicules disposent d’un nombre croissant de fonctionnalités connectées. C'est formidable pour les conducteurs, qui bénéficient de plus d'options de sécurité et de divertissement, mais pour les concepteurs, l'ajout de composants supplémentaires peut se révéler complexe, car toutes ces fonctionnalités nécessitent plus d'espace. Une solution éprouvée pour résoudre ce problème consiste à choisir des connecteurs compacts et peu encombrants pour les conceptions de circuits. L’article de Molex ci-dessous explore comment les connecteurs miniaturisés robustes permettent la prochaine génération de transport automobile.
Alors que l'industrie automobile connaît une augmentation des nouvelles technologies et fonctionnalités, des sources d'énergie alternatives aux véhicules entièrement autonomes, l'électronique représente désormais généralement plus de la moitié de la valeur d'un véhicule. Chaque nouvelle fonctionnalité ajoutée nécessite un nouveau module appelé unité de contrôle électronique (ECU). Les véhicules les plus récents utilisent entre 100 et 150 ECU de ce type, chacune dotée de ses propres connexions et câblages dédiés. Ces évolutions, ainsi qu’un nombre toujours croissant de capteurs, de moteurs et d’autres composants, ont créé une demande énorme de solutions de connectivité.
Les constructeurs automobiles sont confrontés à un problème crucial : la diminution de l'espace à l'intérieur du véhicule pour accueillir ces systèmes en pleine expansion. Le câblage nécessaire pour connecter plusieurs centaines de composants signifie que les faisceaux de câbles font désormais partie des structures les plus complexes de la fabrication automobile, et la prochaine génération de véhicules offrira encore plus de fonctionnalités. À mesure que les véhicules évoluent pour offrir des capacités encore plus grandes, la demande s'intensifie pour des connecteurs compacts et hautes performances qui résistent aux conditions difficiles.
Faire face à la complexité croissante
La prochaine génération de véhicules sera définie par les nouvelles technologies introduites dans l’industrie automobile. Les fabricants souhaitent profiter des dernières technologies de communication sans fil 5G pour améliorer la sécurité et l'expérience utilisateur. Les véhicules feront partie d’un réseau dynamique dans lequel les informations sont partagées avec les autres usagers de la route et même avec les infrastructures de contrôle du trafic pour rendre les déplacements plus sûrs et plus efficaces. Cette communication V2X (vehicle-to-everything) nécessitera des véhicules équipés de davantage de capteurs, de commandes et de puissance de traitement que la normale.
Cela sera encore plus crucial dans le contexte très médiatisé et très attendu de l’évolution vers les véhicules autonomes ou à conduite autonome. Les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) offrent déjà aux automobilistes des solutions sophistiquées pour la sécurité routière. L'interaction avec les autres usagers de la route dépendra de systèmes capables de collecter, d'analyser et d'exploiter les informations relatives à leur environnement avec la latence la plus faible possible.
Cependant, l’environnement automobile constitue un défi pour les systèmes critiques pour la sécurité. Même une interruption de connexion temporaire causée par des vibrations peut entraîner une perte importante d'informations stratégiques. Les concepteurs auront besoin d'une gamme de solutions de connecteurs miniaturisés qui tolèrent les vibrations tout en offrant des vitesses de données plusieurs fois supérieures à celles observées dans le monde de l'automobile actuel.
Rendre de nouvelles architectures de véhicules possibles
Avec environ 1,6 km de fil et des centaines de connecteurs dans chaque véhicule, le volume de câbles en cuivre a un impact direct sur les performances du véhicule, surtout alors que les tendances encouragent des modes de transport plus petits et plus efficaces. Le poids d'une telle quantité de câbles en cuivre pèse sur l'autonomie et les performances des véhicules. Les tentatives pour résoudre ce problème ont conduit au concept d’architecture zonale.
L'architecture zonale est une approche de structuration de l'électronique du véhicule. Contrairement à l'architecture de domaine dans laquelle les systèmes sont regroupés par fonction, l'architecture zonale offre une solution plus efficace. Les fonctions au sein d'un véhicule sont regroupées par localisation en plusieurs zones. Chaque zone est responsable des appareils installés dans une section particulière du véhicule et connectés à un contrôleur de zone ou à une passerelle à proximité. Étant donné qu’une passerelle zonale est proche des appareils qu’elle contrôle, les longueurs de câble nécessaires pour les connecter sont relativement courtes, ce qui entraîne un besoin accru de connecteurs miniaturisés fiables pour ces câbles courts.
Chaque passerelle zonale est connectée au cluster informatique central au cœur du véhicule. La communication entre les passerelles zonales et l’ordinateur central ressemble à un réseau informatique. Par conséquent, la communication interzone peut se faire via de petits câbles réseau à haut débit qui réduisent considérablement la quantité et la taille du faisceau de câbles à installer autour du véhicule.
L’architecture zonale crée également une nouvelle façon d’envisager la distribution de l’énergie et la communication à haut débit. L'alimentation électrique conventionnelle des véhicules est fournie à 12 V, mais l'adoption de tensions allant jusqu'à 48 V permet une réduction correspondante du courant pour fournir la même quantité d'énergie aux appareils. Cela permet aux concepteurs d'utiliser des fils de plus petit calibre et des connecteurs plus petits. Par exemple, un système 48 V peut utiliser un fil 10 AWG au lieu de 4 AWG pour fournir la même énergie que son équivalent 12 V. Cela permet de réduire le poids jusqu'à 85 % rien que pour le câblage. Et sur l'ensemble du faisceau de câbles d'un véhicule, cela peut avoir un impact considérable sur l'efficacité.
Les connecteurs miniaturisés relient le tout
L'architecture zonale introduit des modifications dans la fabrication des véhicules qui affectent la conception des connecteurs. La connectivité entre un appareil et une passerelle zonale nécessitera une nouvelle génération de connecteurs hybrides ou mixtes, capables de transporter à la fois de l'énergie et des signaux à haute vitesse, tels que le système de connecteurs stAK50h de Molex. Il offre une capacité de contact mixte, permettant au concepteur de combiner les fonctionnalités de signal, de données et d'alimentation dans chaque connecteur, minimisant ainsi l'espace requis. Son boîtier empilable simplifie la conception et l'installation du faisceau de câbles et est conforme aux normes USCAR-2 et aux normes mondiales des équipementiers automobiles, contribuant ainsi à simplifier l'adoption.
Tous les connecteurs ne sont pas exposés aux conditions extérieures : de nouvelles solutions « à l'intérieur de la boîte » sont également nécessaires. Les connecteurs à utiliser dans le cluster informatique central devront offrir une densité élevée et des profils bas, même tout en fournissant un grand nombre de circuits. Les solutions fil-à-carte existantes offrent la connectivité requise, mais elles manquent de performances robustes pour résister aux chocs et vibrations constants des applications automobiles.
Les connecteurs fil-à-carte DuraClik de Molex sont conçus pour offrir un accouplement stable et une force de rétention PCB élevée dans les applications qui nécessitent une forte capacité anti-vibration. Les connecteurs DuraClik, largement testés, sont conformes aux spécifications LV214 et ES91500-03 pour les marchés automobiles européens, chinois et américains.
Les connecteurs miniaturisés sont essentiels pour offrir des fonctionnalités étendues. Le système de connecteurs Molex ConnTAK50 offre un système de connecteurs à une ou deux rangées dans des boîtiers de petite taille qui facilitent la conception de nouvelles fonctionnalités. Le terminal ConnTAK50 utilise une conception de poutre en deux parties, offrant une plus grande résistance aux vibrations tout en offrant des performances électriques supérieures. Doté de jusqu'à 22 circuits et d'un courant nominal allant jusqu'à 6,0 ampères par contact, le boîtier compact du système de ConnTAK50 offre des économies d'espace, même par rapport au connecteur Molex Mini50.
Molex : une solution pour l'avenir
L’introduction de l’architecture zonale représente le plus grand changement depuis des décennies dans la conception des véhicules. Les véhicules qui utilisent une architecture zonale nécessiteront moins de câblage, ce qui permettra d'économiser du poids et des coûts tout en augmentant les capacités. Cependant, la fonctionnalité croissante des véhicules de nouvelle génération imposera des exigences accrues en matière d’espace. Les concepteurs auront besoin de méthodes pour connecter l’alimentation et les vitesses de données élevées dans l’environnement automobile difficile tout en offrant la haute fiabilité attendue par les consommateurs.
Les solutions de connectivité miniaturisées innovantes de Molex assurent des performances fiables qui résistent aux conditions difficiles de l'environnement automobile. Ces solutions fournissent des produits compacts et légers pour une efficacité et une fiabilité globales dans l'industrie automobile.
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