Konektorové systémy a přenos dat v moderních palubních sítích             

Jak se dodavatelé automobilového průmyslu přizpůsobují nejnovějšímu vývoji

Moderní vozidla jsou silně závislá na elektronice. Spolehlivá a vysoce výkonná řešení přenosu dat a konektorové systémy jsou nezbytné pro zpracování dat ze senzorů a kamer v reálném čase zejména u funkcí důležitých pro bezpečnost, jako je brzdění a řízení. Níže jsou podrobněji popsány používané systémy a technologie.  

Od řidiče ke spolujezdci – autonomní řízení charakterizuje požadavky na moderní palubní sítě

Technologie přenosu dat budou hrát v budoucích generacích vozidel stále větší roli. S rozvojem autonomního řízení se výrazně zvýší poptávka po pokročilých asistenčních systémech řidiče (ADAS), a tím i počet datových připojení a požadovaná rychlost přenosu dat. Cílem je v budoucnu dosahovat stále vyšší úrovně autonomního řízení. Vysoce přesný a rychlý přenos dat vyžaduje zejména častější používání senzorů (LiDAR a radar) a kamer. Rozlišení kamer se neustále zvyšuje a dnes používaná kvalita HD se bude dále vyvíjet. Data musí být přenášena do řídicích jednotek a analyzována v reálném čase. Aby byla zaručena bezpečnost kritických systémů, jako je systém pro předcházení kolizím, musí být velmi nízké latence. Vysoké latence jsou v tomto případě nepřípustné, aby se předešlo nehodám a možným zraněním osob a škodám na majetku. 

Zásadní význam má také rychlý a bezpečný přenos dat mezi vozidlem a infrastrukturou (komunikace V2X). Pro inteligentní systémy řízení dopravy v kombinaci s vysoce automatizovaným řízením je zásadní zejména okamžitá reakce na vlivy prostředí. Tímto způsobem lze již předem předcházet případným dopravním zácpám a omezením v dopravě.   

Požadované rychlosti přenosu dat, zejména pokud jde o streamování mediálního obsahu na displeje s vysokým rozlišením 8K, se rapidně zvýší i integrací extrémně rozsáhlých informačních a zábavních systémů. Musí být zaručena nejen funkce samotného displeje, ale také příjem a přenos multimediálních dat do zařízení, aby nedocházelo k pixelování obrazu nebo trhanému zobrazení na monitoru.

Bezpečnost a udržitelnost v dodavatelském řetězci

Význam řešení přenosu dat v moderních palubních sítích roste, takže pro automobilový průmysl jsou velmi důležité spolehlivé dodávky příslušných komponent. Zejména po pandemii koronaviru čelí dodavatelé obrovským výzvám při zajišťování stabilních dodavatelských řetězců. Tradiční přístup „just-in-time“, jehož cílem je minimalizovat stav zásob, byl krizí silně zpochybněn. Výpadky v dodávkách polovodičů a dalších kritických materiálů vedly k výpadkům výroby. Ve snaze minimalizovat tato rizika se společnosti stále častěji obracejí ke strategiím „right-shoring“, kdy výrobní a nákupní pobočky jsou přesouvány do regionů s optimálním poměrem nákladů a rizik. Kromě tradičního „nearshoringu“ do Mexika nebo východoevropských zemí se jako alternativní závody pro výrobu automobilových součástek zvažují také země jako Vietnam, Thajsko a Brazílie. Cílem této diverzifikace je zabránit problémům v dodávkách a snížit závislost na jednom regionu, jako je Čína. Kromě toho se používá široké portfolio s dalšími alternativami (dodavatelé second a third source), které představuje záložní zdroj pro případ problémů s dodávkami. Dalším důležitým aspektem moderního řízení nákupu je digitalizace dodavatelského řetězce. Společnosti stále více investují do technologií, které umožňují sledování dodavatelských řetězců v reálném čase. Tato opatření zajišťují transparentnost celého procesu, od dodavatelů surovin až po logistické procesy.  

Výrobci OEM se podílejí na zavádění společných směrnic pro dodavatele. Hlavní zásada pro zlepšení udržitelnosti v dodavatelském řetězci klade zvláštní důraz na zavedení uzavřeného cyklu oběhového hospodářství a na používané suroviny. Hlavní důraz je zde kladen na snižování objemu odpadu, opětovné využití materiálů a recyklaci. Výrobci OEM to nyní dokonce požadují ve svých dodacích podmínkách a specifikacích. To znamená, že pro dodavatele bude stále důležitější šetřit zdroje, a to opakovaným používáním a konstrukcemi, které šetří materiály.

Jak na elektromagnetické rušení (EMC)

U vozidel s konvenčními spalovacími motory je problém EMC zanedbatelný, protože při startování hrozí pouze vybití baterie. Problémy s EMC však výrazně narůstají u vozidel s elektrickým pohonem s výkonnými elektromotory. Jednou z příčin jsou vestavěné měniče s různými úrovněmi napětí. V nejhorším případě může elektromagnetická nekompatibilita vést k vážné poruše elektrického zařízení. Pokud jsou některé mobilní telefony drženy v blízkosti volantu, může se například aktivovat airbag. Pro zvýšení kompatibility se upřednostňují například kroucené kabely a stíněné kabely. Jako další opatření lze použít pasivní odrušovací tlumivky pro potlačení rušení a kombinované kondenzátory na straně řídicí jednotky a vysokého napětí. Zvýšená pozornost je věnována také kompatibilitě EMC během vývoje komponent, aby bylo možné v případě potřeby zasáhnout nebo optimalizovat již během fáze návrhu.

Trendy a vývoje v přenosu dat v automobilismu

Aby bylo možné zmapovat tyto rychlosti přenosu dat s ohledem na aspekty, jako je úspora materiálu a montážního prostoru a také výkon a bezpečnost ve vozidle, stojí před dodavatelským průmyslem velké výzvy.

Aplikace, jako jsou displeje 4K nebo kamery s vysokým rozlišením 4K, vyžadují odpovídající konektorová řešení, která v závislosti na rozlišení musí přenášet data rychlostí až 20 Gbit/s. V oblasti datových konektorů proto dochází k posunu od technologie HSD k Automotive Ethernet a konektorovým řešením, jako jsou H-MTD a GEMnet.

Kromě toho lze v oblasti Automotive Ethernet pozorovat přechod od čtyřvodičových kabelů k dvouvodičovým. Zatímco dosud byl frekvenční rozsah pro technologii HSD do 3 GHz a 3 Gbit/s, u novějších konektorových systémů se spektrum zvyšuje až na 20 GHz a 56 Gbit/s. U některých variant je úspora místa až 70 %. Tuto změnu lze pozorovat i v oblasti koaxiálních konektorů, kde je systém konektorů FAKRA nahrazován mnohem menšími a výkonnějšími systémy mini koax. Nejznámějšími systémy mini koaxiálních konektorů jsou jistě ADTCon-MC od MD ELEKTRONIK, MATE-AX od TE a HFM od firmy Rosenberger. Frekvenční pásmo pro FAK bylo dosud 6 GHz a pro mini koax se zvyšuje až na 20 GHz.

Vývoje a inovace

Současnou situaci, v níž se automobilový průmysl vyvíjí v oblasti přenosu dat, popisují tři hlavní pilíře:

Flexibilita a implementace hybridních řešení

Konektor C-KLIC vyvinutý společností MD lze použít pro přenos dat i pro přenos energie. Tento hybridní konektor nahrazuje až 3 samostatné konektory. Tím se ušetří 70 % místa a výrazně se sníží náklady. To umožňuje realizovat video připojení, jako je Display Port nebo PCIe, stejně jako standardní protokoly USB (3.x / 4.0). Možné by bylo i dodatečné napájení zařízení.

Dalším typem hybridních konektorů pro integraci datových a signálových připojení jsou tzv. „modulární hybridní konektory“. Na tento typ konektorového systému se bude v budoucnu zaměřovat stále více výrobců komponent, aby na jedné straně omezili na minimum párování a na druhé straně ušetřili montážní prostor. Další výhodou je, že v jednom konektoru lze k přenosu energie kombinovat jak diferenciální a koaxiální konektorové systémy, tak standardní kontakty. Tak lze přenášet jednoduché řídicí signály a napájet senzory potřebným proudem. Snížením počtu komponentů, které je třeba zapojit do elektroinstalace vozidla, je použití hybridních konektorů dalším krokem k vyšší automatizaci, a tím i ke zvýšení efektivity výroby. Především se jedná o další stavební kámen pro zjednodušení palubní sítě.

MD ELEKTRONIK – nezávislá a všestranná firma

Jako nezávislý výrobce zabývající se kabelovou konfekcí a jako vývojář konektorových systémů může MD pružně reagovat na požadavky trhu a zároveň prostřednictvím vlastního vývoje komponent nabízet inovativní a individuální kompletní řešení. Díky vývoji a výstavbě vlastních výrobních zařízení společnost MD umožňuje také vysoký stupeň automatizace, a tím i nejvyšší reprodukovatelnou kvalitu ve všech výrobních závodech po celém světě, což je nezbytné pro budoucí výzvy autonomního řízení. To zvyšuje nezávislost společnosti MD na dodavatelích a ve prospěch zákazníků pomáhá stabilizovat dodavatelský řetězec.