Щекерни системи и пренос на данни в съвременните бордови мрежи             

Как се подготвят автомобилните доставчици за новите развития

Съвременните автомобили са силно зависими от електрониката. Надеждните и високопроизводителни решения за пренос на данни и щекерни системи са от съществено значение, особено за критични за безопасността функции като спиране и кормилно управление, за да се обработват данните в реално време, получени от сензори и камери. Системите и технологиите, които се използват тук, се разглеждат подробно по-долу.  

От водача до пътника – автономното шофиране формира изискванията към съвременните бордови мрежи

Технологиите за пренос на данни заемат все по-централна роля в бъдещите поколения автомобили. С развитието към автономно шофиране необходимостта от системи за подпомагане на водача (ADAS), а с това и броят на връзките за пренос на данни и необходимите скорости за пренос на данни се увеличават рязко. Целта е да се постигат все по-високи нива на автономно шофиране в бъдеще. Увеличеното използване на сензори (Lidar и радар) и камери изисква много прецизен и бърз пренос на данни. Разделителната способност на камерите непрекъснато се увеличава и използваното днес HD качество ще продължи да се развива. Данните трябва да бъдат прехвърляни към контролните блокове и анализирани в реално време. Периодите на латентност трябва да са много кратки, за да се гарантира безопасността на критични системи, като напр. системата за избягване на сблъсък. Тук дългите периоди на латентност не са приемливи, за да се избегнат злополуки и възможни наранявания и щети на имущество. 

Бързият и сигурен пренос на данни между автомобила и инфраструктурата (V2X комуникация) също е от основно значение. Незабавната реакция на влиянията на околната среда е от съществено значение за интелигентните системи за управление на трафика в комбинация с високоавтоматизираното шофиране. По този начин евентуалните задръствания и възпрепятствания на движението могат да бъдат избегнати от самото начало.   

Интегрирането на изключително обширни информационно-развлекателни системи също води до бързо увеличаване на необходимите скорости на преноса на данни, особено когато става въпрос за стрийминг на медийно съдържание към 8K дисплеи с висока разделителна способност. При това не само функцията на самия дисплей трябва да бъде гарантирана, но и приемането и преносът на мултимедийни данни към устройството, за да се избегнат пикселизирани изображения или нестабилно изображение на монитора.

Безопасност и устойчивост във веригата за доставки

Нарастващото значение на решенията за пренос на данни в съвременните бордови мрежи поставя надеждното снабдяване със съответните компоненти във фокуса на автомобилната индустрия. Особено след пандемията от коронавирус доставчиците са изправени пред огромни предизвикателства при осигуряването на стабилни вериги за доставка. Традиционният подход „Just-in-time“ с цел поддържане на запасите възможно най-малки беше поставен сериозно под въпрос заради кризата. Трудностите при доставката на полупроводници и други критични материали доведоха до проблеми в производството. За да минимизират тези рискове, компаниите все повече разчитат на „Right-Shoring“ стратегии, при които обектите за производство и доставка се преместват в региони с оптимално съотношение разходи/риск. В допълнение към класическия „Nearshoring“ към Мексико или страните от Източна Европа, страни като Виетнам, Тайланд и Бразилия също се разглеждат като алтернативни локации за производство на автомобилни компоненти. Целта на тази диверсификация е да се избегнат затруднения и да се намали зависимостта от един-единствен регион, като напр. Китай. Освен това разчитаме на широко портфолио с допълнителни алтернативи (2-ри, съотв. 3-ти източник), за да имаме резервен план в случай на затруднения. Друг важен аспект на съвременното управление на доставките е дигитализацията на веригата за доставка. Компаниите инвестират все повече в технологии, които позволяват мониторинг в реално време на веригите за доставка. Тези мерки осигуряват прозрачност на целия процес, от доставчиците на суровини до логистичните процеси.  

OEM производителите са в процес на определяне на общи правила за доставчиците. Водещият принцип за подобряване на устойчивостта във веригата за доставка поставя силен акцент върху прилагането на затворена кръгова икономика и използваните суровини. На преден план са намаляването на количеството отпадъци и повторната употреба на материали, както и рециклирането. OEM производителите вече дори изискват това в своите условия за доставка и спецификации. Това означава, че опазването на ресурсите чрез повторна употреба и конструкции, пестящи материали, ще става все по-важно за доставчиците.

Справяне с електромагнитните смущения (EMC)

При автомобили с конвенционални двигатели с вътрешно горене проблемът с електромагнитната съвместимост е незначителен, тъй като съществува само риск от разреждане на акумулатора по време на стартиране. Проблемите с електромагнитната съвместимост обаче се увеличават драстично при автомобилите с електрическо задвижване с техните мощни електрически двигатели. Една от причините за това са вградените преобразуватели с техните различни нива на напрежение. В най-лошия случай електромагнитната несъвместимост може да доведе до сериозна повреда на електрическите устройства. Например, въздушната възглавница може да се задейства, когато определени мобилни телефони се държат близо до волана. За да се увеличи съвместимостта, предпочитани за употреба са усуканите двойки и екранираните кабели. Като допълнително средство за отстраняване на тази неизправност могат да се използват пасивни дросели за потискане на смущенията и комбинирани кондензатори от страната на контролния блок и високото напрежение. При разработването на компоненти също се обръща по-голямо внимание на EMC съвместимостта, така че, ако е необходимо, да може да се направи намеса, съотв. оптимизация във фазата на проектиране.

Тенденции и развитие в автомобилния пренос на данни

За да могат да се представят тези скорости на пренос на данни от гледна точка на аспекти като спестяването на материали и място за монтаж, както и производителност и безопасност в автомобила, индустрията за доставка се изправя пред широкообхватни предизвикателства.

Приложения като 4K дисплеи или 4K камери с висока разделителна способност изискват съответните решения за щекерните съединители, които, в зависимост от разделителната способност, трябва да пренасят данни със скорост до 20 Gbit/s. Следователно в областта на щекерните съединители за пренос на данни има промяна от HSD технология към автомобилни Ethernet технологии и решения за щекерни съединители като H-MTD и GEMnet.

В допълнение, в областта на автомобилния Ethernet може да се наблюдава преминаването от 4-жилни към 2-жилни кабели. Докато честотният диапазон при HSD технологията е до 3 GHz и 3 Gbit/s, спектърът в по-новите щекерни системи се увеличава до 20 GHz и 56 Gbit/s. И това при спестяване на до 70% от мястото за определени варианти. Тази промяна може да се наблюдава и в областта на коаксиалните щекерни съединители, където от щекерната система FAKRA се преминава към много по-малки и по-мощни Mini-Koax системи. Най-известните Mini-Koax щекерни системи със сигурност са ADTCon-MC на MD ELEKTRONIK, MATE-AX на TE и HFM на Rosenberger. Честотната лента при FAKRA все още е 6 GHz, а при Mini Coax се увеличава до 20 GHz.

Развитие и иновации

Три основни стълба описват текущата ситуация, в която в момента се намира развитието на автомобилната индустрия по отношение на преноса на данни:

Гъвкавост и имплементиране на хибридни решения

Щекерният съединител C-KLIC, разработен от MD, може да се използва както за пренос на данни, така и за пренос на ток. Този хибриден щекерен съединител заменя до 3 отделни щекерни съединителя. Това води до спестяване на пространство от 70 процента и значително намаляване на разходите. Това позволява да се реализират видео връзки като Display Port или PCIe, както и стандартни USB протоколи (3.x/4.0). Освен това би било възможно и допълнително захранване на устройствата.

Друг вид хибридно щекерно съединение за интегриране на връзки за данни и сигнали са така наречените „модулни хибридни щекерни съединители“. Все повече производители на компоненти ще разчитат на този тип щекерна система в бъдеще, за да намалят процесите на включване до минимум и да спестят пространство за инсталиране. Друго предимство е, че както диференциалните и коаксиални щекерни системи, така и стандартните контакти за пренос на ток могат да бъдат комбинирани в едно щекерно съединение. Това позволява както да се пренасят обикновени управляващи сигнали, така и сензорите да бъдат захранвани с необходимия ток. Чрез намаляването на броя на компонентите за включване в окабеляването на автомобила използването на хибридни щекерни съединители е допълнителна стъпка към по-голяма автоматизация, а с това и към повишената ефективност от страна на производството. Преди всичко това е още един компонент за опростяване на бордовата мрежа.

MD ELEKTRONIK – Независими и многостранни

Като независим конфекционер и разработчик на щекерни системи, MD може да реагира гъвкаво на изискванията на пазара и в същото време да предлага иновативни и индивидуални цялостни решения чрез собствени разработки на компоненти. В допълнение, чрез разработването и изграждането на собствени производствени съоръжения, MD прави възможно високото ниво на автоматизация, а с него и най-високото възпроизводимо качество във всички производствени обекти по света, което е от съществено значение за бъдещите предизвикателства на автономното шофиране. По този начин MD увеличава независимостта си от доставчиците и допринася за стабилизирането на веригата за доставка в полза на нашите клиенти.