Die Ära der Zonenarchitektur erfordert Hybridstecker

Mit dem zunehmenden Elektronikanteil in Automobilen durchläuft die Fahrzeugarchitektur einen tiefgreifenden Wandel. TE Connectivity (TE) taucht tief in die Herausforderungen und Lösungen der Konnektivität für die nächste Generation der automobilen Elektronik/Elektrotechnik (E/E) Architekturen ein.

Transformation der intelligenten Architektur

Die modernen Verbraucherforderungen an Autos haben sich von reiner Fortbewegung zu einem personalisierten, anpassbaren Fahrerlebnis verschoben. Dieser Wandel hat das explosive Wachstum elektronischer Komponenten und Funktionen im Automobilsektor vorangetrieben, wie Sensoren, Aktuatoren und elektronische Steuergeräte (ECUs).

Die aktuelle Fahrzeug-E/E-Architektur hat jedoch ihre Skalierbarkeitsgrenzen erreicht. Daher erforscht die Automobilindustrie einen neuen Ansatz, um Fahrzeuge von hochgradig verteilten E/E-Architekturen auf zentralisierte “Domänen”- oder “Regionale”-Architekturen umzustellen.

Die Rolle der Konnektivität in zentralisierten E/E-Architekturen

Steckersysteme spielen seit jeher eine Schlüsselrolle im Design der automobilen E/E-Architektur, indem sie hochkomplexe und zuverlässige Verbindungen zwischen Sensoren, ECUs und Aktuatoren unterstützen. Mit der zunehmenden Anzahl elektronischer Geräte in Fahrzeugen steigen auch die Herausforderungen bei Design und Herstellung von Steckverbindern. In der neuen E/E-Architektur wird die Konnektivität eine noch wichtigere Rolle spielen, um wachsende funktionale Anforderungen zu erfüllen und Systemzuverlässigkeit sowie Sicherheit zu gewährleisten.

Hybride Konnektivitätslösungen

Da die Anzahl der ECUs abnimmt und die Sensoren sowie Aktuatoren zunimmt, entwickelt sich die Verkabelung von mehreren einzelnen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen hin zu einer kleineren Anzahl von Verbindungen. Das bedeutet, dass ECUs Verbindungen zu mehreren Sensoren und Aktuatoren aufnehmen müssen, was den Bedarf an hybriden Steckverbinder-Schnittstellen schafft. Hybride Stecker können sowohl Signal- als auch Stromverbindungen aufnehmen und bieten Automobilherstellern eine effektive Lösung für zunehmend komplexe Konnektivitätsanforderungen.

Darüber hinaus steigt mit der Weiterentwicklung von Funktionen wie autonomem Fahren und fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) auch die Nachfrage nach Datenkonnektivität. Hybride Stecker müssen auch Datenverbindungsmethoden wie Koaxial- und Differenzverbindungen unterstützen, um die Anschlussanforderungen von Geräten wie HD-Kameras, Sensoren und ECU-Netzwerken zu erfüllen.

Herausforderungen und Anforderungen an das Steckverbinder-Design

Beim Design hybrider Stecker gibt es mehrere kritische Anforderungen. Erstens erfordert die zunehmende Leistungsdichte fortschrittlichere thermische Simulationstechnologien, um die thermische Leistung der Stecker sicherzustellen. Zweitens, da der Stecker sowohl Datenkommunikation als auch Stromverbindungen enthält, sind elektromagnetische Störungs- (EMI) Simulationen und Emulationen notwendig, um optimale Abstände und Designkonfigurationen zwischen Signalen und Strom zu gewährleisten.

Zusätzlich ist bei einem Header oder männlichen Gegenstück die Anzahl der Pins höher, was zusätzliche Schutzmaßnahmen erfordert, um Schäden an den Pins während des Steckvorgangs zu verhindern. Dazu gehören Funktionen wie Pin-Schutzplatten, Sicherheitsstandards und Führungsrippen, um Passgenauigkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Vorbereitung auf die automatisierte Kabelbaummontage

Mit zunehmender ADAS-Funktionalität und Automatisierungsgrad werden Netzwerke eine immer wichtigere Rolle spielen. Das aktuelle Fahrzeug-E/E-Architektur besteht jedoch aus einem komplexen und schweren Kabel- und Gerätesystem, das zeitaufwändige manuelle Produktionsschritte erfordert. Daher ist es äußerst wünschenswert, manuelle Arbeiten während des Kabelbaummontageprozesses zu minimieren, um potenzielle Fehlerquellen zu eliminieren oder zu minimieren.

Um dies zu erreichen, hat TE eine Reihe von Lösungen entwickelt, die auf standardisierten Steckverbinderkomponenten basieren und speziell für die maschinelle Verarbeitung und automatisierte Montageprozesse ausgelegt sind. Zudem arbeitet TE mit Werkzeugmaschinenherstellern zusammen, um den Gehäusemontageprozess zu simulieren, die Machbarkeit zu überprüfen und die Genauigkeit sowie Zuverlässigkeit des Einführprozesses sicherzustellen. Diese Bemühungen bieten Automobilherstellern eine effektive Lösung, um den zunehmend komplexen Konnektivitätsanforderungen und steigenden Produktionsanforderungen gerecht zu werden.

Ausblick

Der Übergang zu einfacheren, integrierteren E/E-Architekturen bietet Automobilherstellern die Möglichkeit, die Größe und Komplexität physischer Netzwerke zu reduzieren, während die Schnittstellen zwischen den Modulen standardisiert werden. Zudem wird die zunehmende Digitalisierung der E/E-Architektur eine vollständige Systemsimulation ermöglichen, sodass Ingenieure frühzeitig Tausende von funktionalen Systemanforderungen berücksichtigen und kritische Konstruktionsregeln nicht übersehen. Dies wird den Automobilherstellern einen effizienteren und zuverlässigeren Design- und Entwicklungsprozess ermöglichen.

In diesem Prozess wird das Design hybrider Stecker zu einem entscheidenden Enabler werden. Hybride Steckverbinder, unterstützt durch thermische und EMC-Simulationen und für die Kabelbaumautomatisierung optimiert, werden in der Lage sein, den wachsenden Konnektivitätsanforderungen gerecht zu werden und die Systemzuverlässigkeit sowie Sicherheit zu gewährleisten. Um dieses Ziel zu erreichen, hat TE eine Reihe standardisierter Steckverbinderkomponenten entwickelt, die Signal- und Stromverbindungen unterstützen, und arbeitet an weiteren Komponenten für verschiedene Datentypen. Dies wird den Automobilherstellern eine flexible und skalierbare Lösung bieten, um zukünftigen Herausforderungen und Anforderungen gerecht zu werden.