Innowacje w wiązkach przewodów wspierające złożone architektury elektroniczne w pojazdach

Innowacje w wiązkach przewodów wspierające złożone architektury elektroniczne w pojazdach

Wprowadzenie: Wyzwanie związane z przewodami w złożonych architekturach E/E

Nieustępujący postęp w zakresie pojazdów elektrycznych (EV), zaawansowanych systemów wspomagania kierowcy (ADAS) i jazdy autonomicznej (AD) zasadniczo zmienia architekturę elektryczną i elektroniczną (E/O) pojazdów. Ta ewolucja wiąże się z eksplozją czujników, jednostek sterujących, wyświetlaczy i komponentów o dużej mocy. Tradycyjne wiązki przewodów, choć niezawodne, nie radzą sobie z tym nowym paradygmatem, stwarzając znaczące wyzwania: nadmierny ciężar wpływający na zasięg pojazdów elektrycznych, skomplikowane układy zwiększające czas i koszt montażu oraz ograniczenia prędkości transmisji danych i przepustowości. Innowacyjne rozwiązania wiązek przewodów stanowią obecnie kluczowy fundament umożliwiający te skomplikowane architektury , zapewniając wydajność, bezpieczeństwo i skuteczność.

Podstawowe potrzeby napędzające innowacje w zakresie wiązek przewodów

Wymagania pojazdów nowej generacji wymagają podstawowych zmian w projektowaniu i wytwarzaniu wiązek przewodów:

1. Szybkie przesyłanie danych: Obsługa ogromnego przepływu danych z kamer, LiDAR, radaru i sieci pokładowych do ADAS i AD wymaga przewodów o przepustowości wielu gigabitów na sekundę (np. Ethernet, LVDS) z minimalnym tłumieniem sygnału i opóźnieniem.
2. Lekkość i miniaturyzacja: Zmniejszenie masy przewodów jest kluczowe, aby zwiększyć zasięg pojazdów elektrycznych. Jednocześnie zmniejszanie przekroju przewodów i złącz jest niezbędne, aby zmieścić się w coraz bardziej ograniczonej przestrzeni, szczególnie w zaawansowanych systemach rozrywki i komfortu.
3. Kompatybilność i bezpieczeństwo przy wysokim napięciu: Pojazdy elektryczne i systemy o dużej mocy wymagają solidnych przewodów przystosowanych do napięć 400V, 800V i wyższych. Muszą one zapewniać wyjątkową izolację elektryczną, odporność na łuk elektryczny, skuteczne ekranowanie kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) oraz ochronę fizyczną, aby zapobiec zwarciom, pożarom i zakłóceniom wrażliwych systemów niskonapięciowych.

Kluczowe kierunki innowacji w przewodach elektrycznych

Aby zaspokoić te podstawowe potrzeby, innowacje koncentrują się na wielu obszarach:

1. Zaawansowane materiały i produkcja:
   • Zmniejszenie masy ciała: Stosowanie przewodników aluminiowych (w porównaniu do tradycyjnych miedzianych), wysokowytrzymałych lekkich polimerów oraz zoptymalizowanych grubości izolacji.
   • Wysoka odporność temperaturowa/napięciowa: Zastosowanie polietylenu sieciowanego (XLPE), gumy silikonowej oraz innych zaawansowanych materiałów izolacyjnych zapewniających doskonałą stabilność termiczną i wytrzymałość dielektryczną.
   • Automatyzacja i spójność: Zwiększone wykorzystanie automatycznego cięcia, zdejmowania izolacji, opresowania i testowania gwarantuje wyższą precyzję, mniejszą liczbę wad oraz poprawę niezawodności na dłuższą metę.
2. Innowacyjny projekt konstrukcyjny:
   • Modułowość: Podział monolitycznej wiązki kablowej na mniejsze, wstępnie zmontowane moduły podwiązki upraszcza instalację, poprawia serwisowanie oraz umożliwia elastyczność platformową.
   • Zintegrowane złącza: Rozwój kompaktowych złączy o dużej liczbie pinów integrujących wiele funkcji (zasilanie, dane, RF) zmniejsza ich gabaryty i liczbę punktów połączeń.
   • symulacja i optymalizacja 3D: Wykorzystanie zaawansowanych narzędzi CAD/CAE do wirtualnego projektowania tras kabli, optymalizacji ich długości, minimalizowania zagięć, przewidywania kolizji oraz weryfikacji dopasowania znacznie przed przystąpieniem do montażu fizycznego.
3. Inteligentne możliwości transmisji:
   • Kablowanie szybkiej transmisji: Wdrożenie ekranowanych przewodów skręconych (STP), kabli koncentrycznych oraz dedykowanych protokołów szybkiej transmisji (np. Automotive Ethernet) wspierających prędkości przekazów rzędu 10 Gbps i więcej.
   • Zintegrowane czujniki: Wbudowanie czujników temperatury, wibracji lub wilgotności wewnątrz wiązek przewodów lub złączy umożliwia monitorowanie stanu technicznego w czasie rzeczywistym oraz prowadzenie konserwacji predykcyjnej.
   • Udoskonalone ekranowanie: Zaawansowane ekranowanie wielowarstwowe (folia, plecionka, przewody odprowadzające) oraz zoptymalizowane strategie uziemienia pozwalają skutecznie zwalczać zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) w środowiskach bogatych w dane.

Optymalizacja wiązek kablowych dla dominujących architektur elektrycznych/elektronicznych

Różne podejścia architektoniczne wymagają dopasowanych strategii wiązek kablowych:

1. Architektura kontrolera domeny: Centralizuje funkcje (np. nadwozie, podwozie, rozrywka pokładowa) w konkretnych kontrolerach domeny. Wymaga: Wysoko zintegrowanych, specyficznych dla domeny wiązek kablowych z ograniczonym okablowaniem punkt-po-punkcie, skupionych na szybkich połączeniach danych pomiędzy kontrolerami a ich peryferiami.
2. Zcentralizowana platforma obliczeniowa (strefowa): Posiada wydajne komputery centralne połączone za pomocą szybkich szkieletów z prostszymi modułami strefowymi. Wymaga: Wiązki szkieletowe o ultra-wysokiej niezawodności i dużej przepustowości, często z zabezpieczeniem nadmiarowym (podwójne ścieżki) dla krytycznych systemów, takich jak ADAS/AD. Wiązki strefowe są prostsze i krótsze.
3. Hibrydowa architektura wysokiego/niskiego napięcia: Zarządza skomplikowanymi interakcjami między wysokonapięciowymi bateriami trakcyjnymi a niskonapięciowymi systemami sterującymi/czujnikowymi. Wymaga: Ścisłe oddzielenie fizyczne oraz skuteczne ekranowanie obwodów HV i LV. Obwody HV wymagają specjalistycznych złącz, izolacji i blokad bezpieczeństwa. Obwody LV wymagają zoptymalizowanego ekranowania przed zakłóceniami HV. Lekkie złącza są kluczowe dla systemów ładowania dużym prądem.

Trendy przyszłości kształtujące przewody samochodowe

Ewolucja trwa:

1. Integracja strukturalna: Obwody będą coraz częściej wbudowywane w panele karoserii lub struktury kompozytowe ("przewód w karoserii") w celu oszczędzenia miejsca, masy oraz poprawy ochrony.
2. Materiały zrównoważone: Rosnący nacisk na zastosowanie plastików pochodzenia biologicznego, materiałów nadających się do recyklingu oraz ograniczenie ogólnego zużycia materiałów w celu spełnienia wymogów środowiskowych i celów zrównoważonego rozwoju.
3. Projektowanie i optymalizacja wspierane przez sztuczną inteligencję: Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe skrócą cykle projektowania wiązek przewodów, zoptymalizują trasowanie pod kątem masy/kosztów, pozwolą przewidywać działanie w różnych warunkach oraz poprawią kontrolę jakości podczas produkcji.

Podsumowanie: Strategiczne znaczenie innowacji w dziedzinie okablowania

Skromna wiązka kablowa przekształciła się w kluczowy strategiczny komponent. Innowacyjne rozwiązania wiązek kablowych są podstawą osiągnięcia założonych parametrów działania, bezpieczeństwa, efektywności i kosztów nowoczesnych pojazdów o złożonej architekturze elektrycznej/elektronicznej. Bezpośrednio wpływają one na zasięg pojazdu, integralność danych, bezpieczeństwo funkcjonalne, złożoność montażu oraz ogólną niezawodność systemu.

Dla producentów OEM i dostawców pierwszego stopnia w branży motoryzacyjnej główny wniosek jest oczywisty: Współpraca przy projektowaniu wiązek kablowych musi rozpocząć się na wstępnym etapie rozwoju pojazdu. Bliska współpraca między zespołami inżynieryjnymi a specjalistami od wiązek przewodów już od fazy koncepcyjnej zapewnia optymalną integrację, wykorzystanie najnowszych innowacji, ograniczenie ryzyka oraz ostatecznie dostarczenie solidnej infrastruktury elektrycznej niezbędnej dla przyszłości mobilności. Inwestowanie w zaawansowaną technologię wiązek przewodów to inwestycja w podstawowe funkcjonalności i konkurencyjność nowej generacji pojazdów.