Robuste, zuverlässige und miniaturisierte Steckverbinder von Molex: Die nächste Fahrzeuggeneration zum Leben erwecken

Mehr denn je verfügen Fahrzeuge über eine zunehmende Anzahl an vernetzten Funktionen. Das ist für Fahrerinnen und Fahrer aufregend, da es zusätzliche Sicherheits- und Unterhaltungsoptionen bietet; doch für Designer kann das Hinzufügen zusätzlicher Komponenten eine Herausforderung darstellen, da all diese Funktionen mehr Platz erfordern. Eine bewährte Lösung für dieses Problem ist die Wahl kompakter, platzsparender Steckverbinder für Schaltungsdesigns. Der untenstehende Artikel von Molex untersucht, wie robuste miniaturisierte Steckverbinder die nächste Generation des Automobilverkehrs ermöglichen.

Da die Automobilindustrie einen Anstieg neuer Technologien und Funktionen erlebt, von alternativen Energiequellen bis hin zu vollautonomen Fahrzeugen, machen Elektronikkomponenten mittlerweile über die Hälfte des Fahrzeugwerts aus. Jede neue hinzugefügte Funktion erfordert ein neues Modul, das als elektronisches Steuergerät (ECU) bekannt ist. Die neuesten Fahrzeuge verwenden zwischen 100 und 150 solcher ECUs, die jeweils über eigene dedizierte Verbindungen und Verkabelungen verfügen. Diese, zusammen mit einer stetig wachsenden Anzahl von Sensoren, Motoren und anderen Komponenten, haben eine enorme Nachfrage nach Verbindungslösungen geschaffen.   Fahrzeughersteller stehen vor einer kritischen Herausforderung: Der immer knapper werdende Platz im Fahrzeug, um diese stetig wachsenden Systeme unterzubringen. Die Verkabelung, die notwendig ist, um Hunderte von Komponenten zu verbinden, bedeutet, dass Kabelbäume mittlerweile zu den komplexesten Strukturen in der Fahrzeugproduktion zählen, und die nächste Generation von Fahrzeugen wird noch mehr Funktionalität bieten. Während sich Fahrzeuge weiterentwickeln, um noch größere Leistungen zu ermöglichen, steigt die Nachfrage nach kompakten, leistungsstarken Steckverbindern, die rauen Bedingungen standhalten.

Lösungen für wachsende Komplexität

Die nächste Generation von Fahrzeugen wird durch die neuen Technologien definiert, die in die Automobilindustrie eingeführt werden. Hersteller sind bestrebt, die neueste 5G-Funkkommunikation zu nutzen, um die Sicherheit und das Benutzererlebnis zu verbessern. Fahrzeuge werden Teil eines dynamischen Netzwerks sein, in dem Informationen mit anderen Verkehrsteilnehmern und sogar Verkehrssteuerungsinfrastrukturen geteilt werden, um Reisen sicherer und effizienter zu gestalten. Diese Fahrzeug-zu-Alles-Kommunikation (Vehicle-to-Everything, V2X) erfordert, dass Fahrzeuge mit mehr Sensoren, Steuerungen und Rechenleistung ausgestattet werden, als es bisher üblich war.   Dies wird noch entscheidender im Zusammenhang mit dem viel diskutierten und mit Spannung erwarteten Übergang zu autonomen oder selbstfahrenden Fahrzeugen. Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) bieten Autofahrern bereits heute ausgefeilte Lösungen für die Straßensicherheit. Die Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern wird von Systemen abhängen, die in der Lage sind, Informationen über ihre Umgebung mit der geringstmöglichen Latenzzeit zu sammeln, zu analysieren und darauf zu reagieren.   Allerdings stellt die Automobilumgebung eine Herausforderung für sicherheitskritische Systeme dar. Selbst ein momentaner Verbindungsabbruch durch Vibrationen kann zu einem erheblichen Verlust kritischer Informationen führen. Designer werden eine Reihe miniaturisierter Steckerlösungen benötigen, die vibrationsbeständig sind und gleichzeitig Datenübertragungsgeschwindigkeiten liefern können, die um ein Vielfaches höher sind als die, die bisher in der Automobilwelt üblich sind.

Ermöglichung neuer Fahrzeugarchitekturen

Mit etwa einer Meile Kabel und Hunderten von Verbindern in jedem Fahrzeug beeinflusst das Volumen der Kupferverkabelung direkt die Fahrzeugleistung, insbesondere wenn Trends kleinere und effizientere Transportmittel fördern. Das Gewicht einer so großen Menge an Kupferverkabelung belastet die Reichweite und Leistung von Fahrzeugen. Versuche, dieses Problem zu lösen, haben zum Konzept der zonalen Architektur geführt.   Die zonale Architektur ist ein Ansatz zur Strukturierung der Fahrzeugelektronik. Im Gegensatz zur Domänenarchitektur, bei der Systeme nach Funktion gruppiert werden, bietet die zonale Architektur eine effizientere Lösung. Die Funktionen innerhalb eines Fahrzeugs werden nach Standort in mehrere Zonen gruppiert. Jede Zone ist verantwortlich für die in einem bestimmten Bereich des Fahrzeugs installierten Geräte und ist mit einem zonalen Controller oder Gateway in der Nähe verbunden. Da ein zonales Gateway sich in der Nähe der Geräte befindet, die es steuert, sind die Kabellängen, die zur Verbindung benötigt werden, relativ kurz, was zu einem erhöhten Bedarf an zuverlässigen, miniaturisierten Steckverbindern für diese kurzen Kabel führt.   Jedes zonale Gateway ist mit dem zentralen Rechencluster im Herzen des Fahrzeugs verbunden. Die Kommunikation zwischen den zonalen Gateways und dem Zentralrechner ähnelt einem Computernetzwerk. Dadurch kann die Kommunikation zwischen den Zonen über kleine, hochgeschwindigkeitsfähige Netzwerkkabel erfolgen, die die Menge und Größe des Kabelbaums, der im Fahrzeug installiert werden muss, erheblich reduzieren.   Die zonale Architektur schafft auch eine neue Sichtweise auf die Verteilung von Strom und Hochgeschwindigkeitskommunikation. Die herkömmliche Fahrzeugstromversorgung erfolgt mit 12V, aber die Einführung von Spannungen bis zu 48V ermöglicht eine entsprechende Senkung des Stroms, um die gleiche Energiemenge an Geräte zu liefern. Dieses wiederum erlaubt es Designern, Drähte mit kleinerem Querschnitt und kleinere Steckverbinder einzusetzen. Beispielsweise kann ein 48V-System 10 AWG-Draht anstelle von 4 AWG verwenden, um die gleiche Energie wie ein 12V-Äquivalent zu liefern. Dies kann Gewichtseinsparungen von bis zu 85% allein bei der Verkabelung bewirken und hat im gesamten Fahrzeugkabelbaum einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz.

Miniaturisierte Steckverbinder bringen alles zusammen

Zonale Architektur führt Veränderungen in der Fahrzeugherstellung ein, die das Design von Steckverbindern beeinflussen. Die Verbindung zwischen einem Gerät und einem zonalen Gateway erfordert eine neue Generation von hybriden oder gemischten Steckverbindern, die sowohl Strom als auch Hochgeschwindigkeitssignale übertragen können, wie das stAK50h-Steckverbindersystem von Molex. Es bietet die Möglichkeit für gemischte Kontakte und erlaubt es Designern, Signal-, Daten- und Stromfunktionen in jedem Steckverbinder zu kombinieren, wodurch der benötigte Platz minimiert wird. Sein stapelbares Gehäuse vereinfacht das Kabelbaumdesign und die Installation und entspricht den USCAR-2- sowie globalen Standards der Automobil-OEMs, was die Einführung erleichtert.   Nicht alle Steckverbinder sind äußeren Bedingungen ausgesetzt – auch neue Lösungen „innerhalb der Box“ sind erforderlich. Steckverbinder für den Einsatz im zentralen Rechencluster müssen eine hohe Dichte und ein niedriges Profil bieten, auch wenn sie eine große Anzahl von Schaltkreisen liefern. Bestehende Wire-to-Board-Lösungen bieten die benötigte Konnektivität, jedoch fehlt ihnen die robuste Leistung, um den ständigen Erschütterungen und Vibrationen in Automobilanwendungen standzuhalten.   Die DuraClik-Wire-to-Board-Steckverbinder von Molex wurden entwickelt, um bei Anwendungen, die eine starke Anti-Vibrationsfähigkeit erfordern, stabile Steckverbindungen und hohe Leiterplatten-Haltekraft zu bieten. Die umfassend getesteten DuraClik-Steckverbinder entsprechen den Spezifikationen LV214 und ES91500-03 für die europäischen, chinesischen und amerikanischen Automobilmärkte.   Miniaturisierte Steckverbinder sind entscheidend, um erweiterte Funktionalitäten zu ermöglichen. Das Molex ConnTAK50-Steckverbindersystem bietet ein Einzel- und Doppelreihen-Steckverbindersystem in kleinen Gehäusegrößen, die das Hinzufügen neuer Fähigkeiten erleichtern. Der ConnTAK50-Kontakt nutzt ein Zwei-Komponenten-Balkendesign, das eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen bietet und gleichzeitig eine überlegene elektrische Leistung gewährleistet. Mit bis zu 22 Schaltkreisen und einer Strombelastbarkeit von bis zu 6,0 Ampere pro Kontakt bietet das kompakte ConnTAK50-System Platzersparnisse, sogar im Vergleich zu den Molex Mini50-Steckverbindern.

Molex: Eine Lösung für die Zukunft

Die Einführung der zonalen Architektur stellt die größte Veränderung im Fahrzeugdesign seit Jahrzehnten dar. Fahrzeuge, die eine zonale Architektur verwenden, benötigen weniger Verkabelung, was Gewicht und Kosten spart und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit erhöht. Allerdings wird die wachsende Funktionalität der nächsten Fahrzeuggeneration höhere Anforderungen an den Raum stellen. Designer werden Methoden benötigen, um Leistung und hohe Datenübertragungsraten in der anspruchsvollen Automobilumgebung zu verbinden, während sie dennoch die hohe Zuverlässigkeit liefern, die Verbraucher erwarten. Innovative, miniaturisierte Konnektivitätslösungen von Molex bieten robuste und zuverlässige Leistung für die rauen Bedingungen der Automobilumgebung. Diese Lösungen bieten kompakte und leichte Produkte für eine insgesamt höhere Effizienz und Zuverlässigkeit in der Automobilindustrie.

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