Innovationer i ledningsharnesser til understøttelse af komplekse elektroniske arkitekturer i biler

Innovationer i ledningsharnesser til understøttelse af komplekse elektroniske arkitekturer i biler

Introduktion: Udfordringen med ledningsharnesser i komplekse E/E-arkitekturer

Den uophørlige udvikling inden for elbiler (EV), avancerede førerassistentssystemer (ADAS) og autonom kørsel (AD) ændrer grundlæggende på bilindustriens elektriske og elektroniske (E/E) arkitekturer. Denne udvikling medfører en eksplosion af sensorer, styreenheder, skærme og komponenter med høj effekt. Traditionelle ledningsharnesser har trods deres pålidelighed svært ved at følge med i dette nye paradigme og medfører dermed betydelige udfordringer: overdreven vægt, som påvirker rækkevidden for EV'er, komplekse layout, som øger samletiden og -omkostningerne, samt begrænsninger i dataoverførselshastighed og båndbredde. Innovative løsninger til ledningsharnesser er nu den kritiske rygrad, der muliggør disse komplekse arkitekturer , og som sikrer ydeevne, sikkerhed og effektivitet.

Centrale behov, der driver innovation inden for ledningsharnesser

Kravene fra næste generations køretøjer kræver grundlæggende ændringer i design og produktion af ledningsharnesser:

1. Højhastighedsdataoverførsel: At understøtte den massive datastrøm fra kameraer, LiDAR, radar og indvendige netværk til ADAS og AD kræver kabler, der er i stand til at håndtere multi-gigabit-hastigheder (f.eks. Ethernet, LVDS) med minimal signalforringelse og forsinkelse.
2. Letvægtsdesign og miniatyrisering: At reducere kablernes vægt er afgørende for at maksimere rækkevidden for elbiler. Samtidig er det nødvendigt at gøre kablernes tværsnit og kontakter mindre for at få dem til at passe ind i de stadig mere pladsmæssigt begrænsede zoner, især i avancerede infotainmentsystemer og komfortsystemer.
3. Højspændingskompatibilitet og sikkerhed: Elbiler og kraftfulde systemer kræver robuste kabler, der er klassificeret til 400 V, 800 V og derover. Disse skal sikre ekstraordinær elektrisk isolering, buemodstand, effektiv elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) afskærmning og fysisk beskyttelse for at forhindre kortslutning, brande og forstyrrelse af følsomme lavspændingssystemer.

Nøgleområder inden for innovation af kabelharnesser

For at imødekomme disse centrale behov sker innovation på flere fronter:

1. Avancerede materialer og produktion:
   • Vægtnedsættelse: Anvendelse af aluminiumsledere (i forhold til traditionel kobber), højstyrke lette polymerer og optimeret isoleringstykkelse.
   • Højtemperatur-/højspændingsydelse: Anvendelse af tværforbundet polyethylen (XLPE), silikongummi og andre avancerede isoleringsmaterialer, der tilbyder overlegen termisk stabilitet og dielektrisk styrke.
   • Automatisering og konsistens: Øget brug af automatiseret skæring, afisolering, krimping og testning sikrer højere præcision, færre fejl og forbedret langtidspålidelighed.
2. Revolutionerende konstruktionsdesign:
   • Modularisering: Opdeling af den monolitiske harnekost i mindre, forudmonterede underharnessmoduler forenkler installationen, forbedrer servicevenligheden og giver plattformflexibilitet.
   • Integrerede stikforbindelser: Udvikling af kompakte, højpinede stikpropper med integrerede flerfunktioner (strøm, data, RF) reducerer bulk og antallet af tilslutningspunkter.
   • 3D-simulation og optimering: Anvendelse af avancerede CAD/CAE-værktøjer til at virtuelt prototypen ruteplanlægning, optimere længder, minimere bøjninger, forudsige interferens og validere pasform langt før den fysiske samling starter.
3. Intelligente transmissionsfunktioner:
   • Hastighedsdrevne kabler: Implementering af skærmede tvistede par (STP), koaksialkabler og dedikerede højhastighedsprotokoller (f.eks. Automotive Ethernet), der understøtter datahastigheder på over 10 Gbps.
   • Integrerede sensorsystemer: Indlejring af temperatur-, vibrations- eller fugtighedssensorer i kabelsnoren eller stikpropperne muliggør overvågning af tilstanden i realtid og forudsigende vedligeholdelse.
   • Forbedret skærmning: Avancerede flerlags skærmningsteknikker (folie, net, afløbsledere) og optimerede jordingsstrategier til at bekæmpe elektromagnetisk interferens (EMI) i datarige miljøer.

Optimering af haranger til dominerende E/E-arkitekturer

Forskellige arkitektoniske tilgange kræver tilpassede harangstrategier:

1. Domænestyret arkitektur: Centraliserer funktioner (f.eks. Karosseri, Chassis, Infotainment) i specifikke domænestyrende enheder. Kræver: Højt integrerede, domænespecifikke haranger med reduceret punkt-til-punkt forbindelsesnet, med fokus på højhastighedsdatabindinger mellem styreenheder og deres perifere enheder.
2. Centraliseret computeplatform (zonal): Udstyret med kraftfulde centrale computere, forbundet via højhastighedsrygmarv til enklere zonale moduler. Kræver: Ekstremt høj pålidelighed, høj båndbredde rygmarvs haranger, ofte med redundans (dobbelt spor) til kritiske systemer som ADAS/AD. Zonale haranger er enklere og kortere.
3. Hybrid høj/lavspændings arkitektur: Styrer komplekse interaktioner mellem højspændings-traktionsbatterier og lavspændingsstyrings/følesystemer. Kræver: Strenge fysiske adskillelse og robust afskærmning mellem HV- og LV-harnasser. HV-harnasser kræver specialiserede kontakter, isolering og sikkerhedsafbrydere. LV-harnasser kræver optimeret afskærmning mod HV-støj. Lette kontakter er afgørende for systemer med høj strøm til opladning.

Fremtidens tendenser, der former bilindustriens ledningsnet

Udviklingen fortsætter:

1. Strukturel integration: Harnasser vil fremover blive integreret i køretøjets karosseridelen eller sammensatte konstruktioner ("wire-in-body"), for at spare plads, vægt og forbedre beskyttelsen.
2. Bæredygtige materialer: Øget fokus på biobaserede plastikker, genanvendelige materialer og reduceret samlet materialeforbrug for at opfylde miljøregler og bæredygtighedsmål.
3. AI-drevet design og optimering: Kunstig intelligens og maskinlæring vil fremskynde designcyklusser for harnesser, optimere routing for vægt/pris, forudsige ydelse under forskellige forhold og forbedre kvalitetskontrol under produktion.

Konklusion: Det strategiske behov for innovation i ledningsnettet

Det beskedne ledningsharnes er blevet til en kritisk strategisk komponent. Innovative harnesløsninger er afgørende for at udlåse ydelse, sikkerhed, effektivitet og prisværdighed i moderne køretøjer med komplekse elektriske/elektroniske-arkitekturer. De påvirker direkte køretøjets rækkevidde, dataintegritet, funktionssikkerhed, samlekompleksitet og den overordnede systempålidelighed.

For automobil-OEM'er og Tier 1-leverandører er konklusionen tydelig: Samarbejde om design af ledningsharnes skal starte tidligt i udviklingsprocessen for køretøjer. Tæt samarbejde mellem ingeniørteams og harnesksperefter fra konceptfasen sikrer optimal integration, udnytter de nyeste innovationer, mindsker risici og leverer til sidst det robuste elektriske grundsystem, der kræves for fremtidens mobilitet. At investere i avanceret harnesteknologi er at investere i kernefunktionaliteten og konkurrenceevnen hos næste generation af køretøjer.