HPC Landingpage Teaserbild 2000x701
Biała księga

Instalacje elektryczne w pojazdach

Zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną, wynikające z przejścia na e-mobilność, jazdę autonomiczną oraz systemy infotainment o rozdzielczości 4K-HD, wymaga nowych architektur E/E w przemyśle motoryzacyjnym. Klasyczna, zdecentralizowana architektura E/E (instalacja elektryczna pojazdu) osiąga swoje granice ze względu na swoją złożoność oraz wymagane właściwości wysokiej prędkości. Firma ept oferuje odpowiednie złącza typu „złącze płytka-płytka” dostosowane do tych wyzwań.

Definicja sieci instalacja elektryczna pojazdu: architektura zdecentralizowana, oparta na domenach i strefach

HPC Bordnetze
Rys. 1: Schematyczne przedstawienie różnych architektur sieci pokładowej (instalacja elektryczna pojazdu)
Klasyczna architektura zdecentralizowana w motoryzacji składa się z maksymalnie 100 sterownik, przy czym każdemu z nich przypisana jest określona funkcja: sterowanie silnikiem, poduszka powietrzna, ABS / ESP, regulacja foteli, klimatyzacja… Każdy sterownik działa samodzielnie i komunikuje się z innymi sterownikami za pośrednictwem bramek.  
W ciągu ostatnich dziesięcioleci architektura zdecentralizowana ulegała stopniowemu rozbudowywaniu – każda nowa funkcja wiązała się z dodaniem kolejnego sterownik. Obecnie jednak osiąga ona swoje granice: rosnąca liczba funkcji znacznie zwiększa nakłady związane z instalacją i okablowaniem wewnątrz pojazdu.
W architekturze domenowej sterownik są grupowane w różne obszary funkcjonalne. Każda domena odpowiada za określony obszar pojazdu, taki jak na przykład układ napędowy, system informacyjno-rozrywkowy lub bezpieczeństwo. Nadrzędne sterowanie daną domeną realizowane jest przez niezależny komputer o wysokiej wydajności (HPC). Koordynuje on pracę sterowników w ramach swojej domeny. W przypadku obszaru funkcjonalnego bezpieczeństwa byłyby to na przykład sterowniki systemów wspomagania kierowcy, ABS/ESP oraz układów kierowniczych.
W porównaniu z architekturą zdecentralizowaną mniejsza liczba zainstalowanych sterowników zmniejsza nakłady związane z okablowaniem i instalacją. Architektura domenowa może zatem skutecznie przyczynić się do redukcji kosztów i masy w porównaniu z architekturą zdecentralizowaną. Ponadto dodatkowe funkcje można z łatwością zintegrować w późniejszym czasie.
W przypadku architektury strefowej (architektura strefowa) strukturyzacja nie odbywa się w oparciu o domeny, lecz według lokalnych stref. W ten sposób, na przykład, w obrębie jednej strefy w pojeździe skupia się kilka funkcji. W związku z tym funkcje takie jak napęd i system informacyjno-rozrywkowy mogą być z powodzeniem połączone i przetwarzane w jednym kontrolerze strefowym (sterownik strefowy). Nadrzędne sterowanie różnymi sterownikami strefowymi odbywa się za pośrednictwem centralnego komputera HPC. Zaleta jest oczywista: redukcja liczby sterowników oraz ich okablowania nawet o 50 procent.

Wymagania wobec HPC i jego złącze

Augendiagramm Colibri
Rys. 2: Diagram typu „wykres oczkowy” umożliwia ocenę jakości sygnału w cyfrowej transmisji danych
Wynikające z tego wymagania wobec HPC są ogromne: przede wszystkim przetwarzanie danych obrazowych w sektorze infotainmentu lub w systemach kamer do jazdy autonomicznej wymaga bezpiecznego, szybkiego przesyłu danych przy krótkich opóźnieniach. Jednocześnie pod żadnym pozorem nie może dojść do awarii transmisji sygnału – jej niezawodność musi być zapewniona przez cały czas.  

Wysoka wydajność, szybki, a przede wszystkim niezawodny transfer danych – niekiedy w niekorzystnych warunkach środowiskowych – to zatem wymagania, które muszą spełniać zastosowane złącze.

„Czytelność” sygnału można zilustrować za pomocą tzw. wykresu oczkowego. Wskazuje on, czy przekazany sygnał można jednoznacznie przypisać w odbiorniku do stanów cyfrowych 1 lub 0.

W tym celu sygnał przechodzi przez zdefiniowaną trasę transmisji, gdzie jest rejestrowany przez oscyloskop, nakładany i wyświetlany. W ten sposób można przedstawić wszystkie możliwe przebiegi sygnału „jeden nad drugim”. Teoretycznie przejścia między stanami logicznymi są nieskończenie strome, a linie sygnału przebiegają dokładnie jedna nad drugą. Z powodu zewnętrznych czynników zakłócających oraz wewnętrznych zaburzeń par sygnałowych narastanie sygnału ulega spłaszczeniu, a amplituda ulega zmianie. Powstaje w ten sposób charakterystyczny kształt oka, od którego pochodzi nazwa diagramu.
Colibri
Rys. 3: Zoptymalizowana konstrukcja styków w modelu Colibri umożliwia szybką transmisję danych przy niskich stratach
W środkowej części wykresu widoczna jest tzw. „maska oka”. W tym obszarze nie jest możliwe jednoznaczne przyporządkowanie sygnału.

Oba wykresy oczkowe pokazują wpływ długości linii i impedancji na przykładzie Colibri-złącze w wersjach 16 + Gbit/s i 10 Gbit/s. Przykład ten ilustruje, w jaki sposób dzięki udoskonaleniu konstrukcji styków udało się osiągnąć znaczny wzrost integralności sygnału (integralność sygnału) (patrz rys. XX). Dzięki krótszej długości przewodu i impedancji 100 Ω „oko” wariantu Colibri 16+ Gbit/s wykształca się wyraźniej niż w przypadku poprzedniej wersji Colibri o prędkości 10 Gbit/s – pary sygnałów można jednoznacznie zinterpretować.
Burst geschirmt und ungeschirmt Screen
Rys. 4: Zakłócenia sygnału w przypadku złącza ekranowanego (po lewej) i nieekranowanego (po prawej) (złącze)
Ponieważ sygnały o dużej prędkości są szczególnie podatne na zakłócenia elektromagnetyczne, wymagają one specjalnej ochrony sygnału. Złącze (złącze) może w tym przypadku pełnić rolę zarówno źródła zakłóceń, jak i ich pochłaniacza. Z tego powodu zaleca się ochronę sygnału za pomocą blachy ekranującej (blacha ekranująca), aby zabezpieczyć wrażliwe sygnały przed wpływem czynników zewnętrznych.
Z rysunku 4 wynika, że nawet niewielki impuls elektryczny może zafałszować sygnał użytkowy. Odbiornik nie jest w stanie jednoznacznie zinterpretować stanów cyfrowych sygnału HDMI już po krótkim impulsie typu burst o napięciu 0,5 kV, podczas gdy transmisja sygnału w ekranowanym złączu pozostaje stabilna nawet przy napięciu 4,4 kV.


Abbildung3
Rys. 5: złącze w wersji nieekranowanej (po lewej) i ekranowanej (po prawej)
Wykorzystując indukcyjność sprzężeniową (indukcyjność wzajemna) LK jako parametr EMC, można opisać złącze poprzez analizę warunków elektrycznych w obu funkcjach – źródła i odbiornika. W tym celu stosuje się jednostkę henry. Dotyczy to zarówno odporności na zakłócenia (odporność), jak i emisji zakłóceń (emisja elektromagnetyczna). Jeśli znane są napięcie indukowane (Uind), napięcie generatora (UGen) oraz stała generatora (kGen), można określić dla danego zastosowania maksymalną dopuszczalną indukcyjność sprzężeniową (L) na podstawie następującego wzoru:

LK = Uind / (UGen * kGen)

Indukcyjność sprzężeniowa (indukcyjność wzajemna) pomaga ponadto użytkownikowi w doborze odpowiedniego złącza (złącze) pod kątem jego kompatybilności elektromagnetycznej oraz pozwala uniknąć kosztownych i czasochłonnych testów metodą prób i błędów w EMC-Laborze. Oto przykład: dla sygnału HDMI przy napięciu 4,4 kV ustalono maksymalną, specyficzną dla danego przypadku indukcyjność wzajemna w wysokości 47 pikohenrów (pH). Jeśli wartość ta zostanie przekroczona, sygnał nie będzie mógł być już przesyłany bez zakłóceń.
Jednak nie tylko zakłócenia elektromagnetyczne zagrażają transmisji sygnałów o dużej prędkości. Szczególnie w zastosowaniach motoryzacyjnych złącza (złącze) są wielokrotnie narażone na ekstremalne warunki środowiskowe, takie jak wibracje i wstrząsy. Aby transmisja sygnału przebiegała bez zakłóceń nawet w trudnych warunkach, złącze musi być wyjątkowo wytrzymałe. Decydującą rolę odgrywają tu przede wszystkim konstrukcja styków, system styków oraz technika połączeń (technika połączeniowa).

Czynnik wpływający: system kontaktowy

Doppelseitiger Federkontakt
Rys. 6: Dwustronny styk żeński bez (po lewej) i pod wpływem wstrząsu (po prawej) Średnica otworu
Klasyczne dwuczęściowe złącza (złącze) posiadają styk nożowy (Messer) oraz styk sprężynowy (styk żeński). Jednak w przypadku silnego wstrząsu listwa nożowa (złącze męskie) może odłączyć się od listwy sprężynowej (złącze żeńskie). Aby zapobiec takiemu przerwaniu kontaktu (przerwa w styku), można zapewnić nadmiarowość (Redundanz), a tym samym bezpieczeństwo kontaktu, za pomocą dwustronnej listwy sprężynowej (złącze żeńskie), ponieważ dzięki drugiemu stykowi sprężynowemu transmisja sygnału jest w każdej chwili zapewniona co najmniej przez jeden punkt styku (rys. 5).
Schnitt Doppelkontakt
Rys. 7: Przekrój Zero8-złącze pokazuje system styków hermafrodytycznych
Jeszcze bardziej wytrzymałe są natomiast złącza (złącze) z tak zwanym „hermafrodytycznym” systemem styków. Ich cechą charakterystyczną jest identyczna geometria styków par wtyczek – wtyku (Plug) i gniazda (Socket). Oba elementy posiadają zatem zarówno sprężynę, jak i ostrze. W ten sposób każdy pin jest stykany przez dwie sprężyny, a wtyk i gniazdo są ze sobą splecione i nie mogą się od siebie odłączyć. Podczas gdy dwustronna listwa stykowa (złącze żeńskie) pod obciążeniem mechanicznym zawsze zapewnia co najmniej jeden punkt styku, przeplatające się geometrie w systemach stykowych neutralnych pod względem płci gwarantują, że transmisja sygnału zawsze przebiega przez dwa punkty styku. Ta wysoka redundancja zapewnia zatem maksymalne bezpieczeństwo styku (rys. 5).
Meniskusbildung
Rys. 8: Równomierne tworzenie się menisku wokół wyprowadzenie SMT
Jako technologię połączeń (technika połączeniowa) zapewniającą trwałe połączenie między płytką drukowaną a złączem zaleca się technologię montażu powierzchniowego (SMT). Za pomocą pasty lutowniczej (pasta lutownicza) złącza są przylutowywane do określonych pól lutowniczych płytki drukowanej, tzw. pól lutowniczych. Dopiero w tzw. piecu reflow (piec rozpływowy) lut ulega stopieniu, a następnie utwardzeniu. Dzięki technologii SMT można uzyskać stabilne połączenia między wtykiem a płytką drukowaną. Wymaga to jednak spełnienia kilku kryteriów: po pierwsze, aby połączenie lutowane była zgodna z normą IPC-A-610, należy zachować właściwy stosunek między wyprowadzenie SMT, pole lutownicze a pasta lutownicza. Tylko w ten sposób powstaje połączenie wysokiej jakości, które umożliwia połączenie zgodnie z klasą IPC 3, a zatem nadaje się do zastosowania w elektronice wysokowydajnej. W tej klasie należy w każdym momencie wykluczyć awarie w transmisji sygnału. Optymalne połączenie lutowane rozpoznaje się po równomiernym uformowaniu menisku. Styk musi być całkowicie otoczony meniskiem lutowym, aby uzyskać najlepszą siłę utrzymania na płytce drukowanej (rys. 9).
Warunkiem uzyskania doskonałego połączenia jest współpłaszczyznowość stóp stykowych, która jest sprawdzana w trakcie procesu za pomocą w 100% zautomatyzowanej kontroli.

Podsumowanie

Bewerbungsprozess Icons 2000x1457px Gluehbirne FREI
Aktualne zmiany w branży motoryzacyjnej stawiają coraz to nowe wymagania wobec montowanych złącze. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że rola montowanych złączy schodzi na dalszy plan ze względu na zmniejszoną liczbę sterowników. Jednak po bliższym przyjrzeniu się okazuje się, że właśnie dzięki tej zmianie, polegającej na przejściu na centralne przetwarzanie danych za pomocą HPC, ich rola zyskuje na znaczeniu: niezawodność w transmisji sygnałów nigdy nie była tak ważna jak dzisiaj.
Bardzo dziękujemy! Wkrótce

skontaktujemy się z Państwem, aby omówić Państwa wymagania. Przygotujemy i prześlemy Państwu szczegółowy raport dotyczący właściwości HighSpeed oraz parametr S do symulacji Państwa własnego projektu.

Właściwości HighSpeed + zamów parametr S do symulacji własnego projektu

Pola oznaczone * są obowiązkowe.
Naszą politykę prywatności można znaleźć tutaj.

Twoja wiadomość została wysłana.

Dziękujemy za zainteresowanie – jak najszybciej rozpatrzymy Twoje zapytanie.

Formularz kontaktowy

Pola oznaczone * są obowiązkowe.

Dane osobowe

Twoja wiadomość

Ochrona danych

Naszą politykę prywatności można znaleźć tutaj.

Twoja wiadomość została wysłana.

Dziękujemy za zainteresowanie – jak najszybciej rozpatrzymy Twoje zapytanie.

Formularz kontaktowy

Pola oznaczone * są obowiązkowe.

Dane osobowe

Wycofanie z rynku

Twoja wiadomość

Jestem zainteresowany

Materiały informacyjne

Ochrona danych

Naszą politykę prywatności można znaleźć tutaj.

Bardzo dziękujemy za zainteresowanie

Tutaj można pobrać dokument:

Pobierz dokument

Zanim będzie można pobrać dokument, prosimy o wypełnienie poniższych pól. Dziękujemy.

Pola oznaczone symbolem * są obowiązkowe.

Dane osobowe

Ochrona danych

Naszą politykę prywatności można znaleźć tutaj.

Twoja wiadomość została wysłana.

Bardzo dziękujemy za zainteresowanie naszym wydarzeniem networkingowym po targach Electronica. Rozpatrzymy Twoje zgłoszenie i jak najszybciej potwierdzimy Twój udział.

Formularz zapytania

Pola oznaczone * są obowiązkowe.

Dane osobowe

Ochrona danych

Naszą politykę prywatności można znaleźć tutaj.

Dziękujemy za zapytanie

Sprawdzimy Państwa wymagania i skontaktujemy się z Państwem tak szybko, jak to możliwe.

Państwa wymagania dotyczące potrzebnego złącza

Pola oznaczone symbolem * są obowiązkowe – prosimy o ich wypełnienie.

Osoba kontaktowa

Państwa zapytanie

Nieprawidłowy format pliku! Wybierz plik PDF lub JPG.
Naszą politykę prywatności można znaleźć tutaj.

Dziękujemy za zapytanie

Sprawdzimy Państwa wymagania i skontaktujemy się z Państwem tak szybko, jak to możliwe.

Zapytaj o indywidualne rozwiązania w zakresie złącze

Pola oznaczone symbolem * są obowiązkowe – prosimy o ich wypełnienie.

Osoba kontaktowa

Państwa zapytanie

Nieprawidłowy format pliku! Wybierz plik PDF lub JPG.
Naszą politykę prywatności można znaleźć tutaj.