차량 전기 시스템 : 분산, 도메인 및 구역 아키텍처
전통적인 분산 차량 아키텍처는 최대 100 개의 제어 장치로 구성되며, 각각은 엔진 제어 장치 (ECU), 에어백, ABS/ESP, 시트 조정 시스템 또는 기후 제어와 같은 정의 된 기능을 할당했습니다. 각 컨트롤러는 자율적으로 작동하며 게이트웨이를 통해 다른 제어 장치와 통신합니다. 차량 기능이 추가되거나 개선됨에 따라 각각의 새로운 기능에 대해 제어 장치가 추가됩니다. 최근 밴 함대 차량에서 버스, 자동차에 이르기까지 모든 차량 유형은 극적으로 변경되었으며, 기능의 수가 증가하면 각 차량의 배선 및 상호 연결 함량이 크게 증가했습니다.
도메인 아키텍처의 제어 장치는 기능 영역으로 구성되며, 각각 파워 트레인, 인포테인먼트 시스템 또는 안전 기능과 같은 차량의 특정 영역을 담당합니다. 별도의 고성능 컴퓨터 (HPC)는 도메인의 1 차 제어를 수행하고 도메인 내의 제어 장치를 조정합니다. 예를 들어 안전 도메인은 운전자 지원 시스템, ABS/ESP 및 조향 시스템의 제어 장치를 감독합니다. 도메인 아키텍처는 제어 장치 수를 줄이고 전통적인 분산 아키텍처에 비해 필요한 배선 및 설치 작업의 양을 줄여서 무게와 비용을 효과적으로 줄입니다. 추가 기능을 업그레이드 또는 새로운 디자인에 쉽게 통합 할 수 있습니다.
지역 아키텍처에서 빌드는 도메인이 아니라 지역 지역을 기반으로합니다. 예를 들어, 여러 기능이 차량 내의 한 영역으로 번들로 제공됩니다. 구동계 및 인포테인먼트 시스템과 같은 기능은 단일 영역 컨트롤러에서 결합 및 처리 될 수 있습니다. 중앙 HPC는 다양한 영역 컨트롤러의 1 차 제어를 수행하여 제어 장치의 수와 결과적인 배선량을 50 % 줄입니다.
그림 1 : 고성능 차량의 전기 시스템 아키텍처의 개략도. 일러스트레이션 : EPT GMBH
높은 신뢰성 및 성능 요구 사항
HPC 및 해당 상호 연결 모듈은 최고 성능 요구 사항을 위해 설계해야합니다. 예를 들어, 자동화 된 구동 안전 시스템에서 이미징 및 센서 데이터 처리에는 안전한 고속 데이터 전송 속도와 짧은 대기 시간 시간이 필요합니다. 동시에, 어떤 상황에서도 신호 전달이 실패해서는 안됩니다. 고성능, 빠르며 무엇보다도 신뢰할 수있는 데이터 전송 속도 (때로는 가혹한 환경 조건)가 이러한 시스템의 커넥터에 대한 요구 사항입니다.
신호의 "가독성"은 눈 다이어그램으로 설명 할 수 있으며, 수신기에서 방출 된 신호가 디지털 상태 1 또는 0에 고유하게 할당 될 수 있는지 여부를 보여줍니다.이 목적을 위해 신호는 정의 된 전송 경로를 통해 오실로스코프로 기록되고, 중첩되며 표시됩니다. 이러한 방식으로, 신호 경로는 매핑되어 겹칠 수 있습니다. 이론에 따르면, 논리적 상태의 전이는 무한히 가파르고 신호 라인이 완전히 겹쳐집니다. 외부 방해 요인과 신호 쌍의 내부 손상은 신호 상승을 평평하게하는 동안 진폭 수준이 변합니다.
그림 2 : 아이 다이어그램은 디지털 데이터 전송 속도에서 신호 품질을 평가하는 데 사용됩니다. 일러스트레이션 : EPT GMBH (Colibri)
소위 "눈 패치"는 다이어그램 중앙에서 볼 수 있습니다. 이 영역에서 신호를 명확하게 할당 할 수는 없습니다.
두 아이 다이어그램은 16+ GB/S 및 10GB/S EPT Colibri 플러그 커넥터를 사용한 케이블 길이 및 임피던스의 영향을 보여줍니다. 이 예제는 접촉 설계를 추가로 개발함으로써 신호 무결성의 상당한 개선을 실현할 수있는 방법을 보여줍니다. 더 짧은 케이블 길이와 100 Ω의 임피던스를 사용함으로써, 16 gb/s colibri 변형의 눈 다이어그램은 이전 10GB/s colibri 변종보다 훨씬 더 명확하게 형성 될 수 있습니다 - 신호 쌍은 명확하게 해석 될 수 있습니다.
그림 3 : Colibri의 최적화 된 접촉 설계는 저소도, 고속 데이터 속도를 가능하게합니다. 일러스트레이션 : EPT GMBH (Colibri)
고속 신호는 특히 전자기적 영향에 민감하기 때문에 특별한 신호 보호가 필요합니다. 이 경우 커넥터는 소스 및 간섭 수신자 역할을 할 수 있습니다. 차폐 플레이트는 외부 영향으로부터 민감한 신호를 보호합니다.
그림 4 및 5 : 차폐 (상단) 및 차폐되지 않은 (하단) 커넥터를 사용할 때의 신호 간섭
커넥터는 전기 조건을 소스 및 싱크의 함수로 고려하여 설명 할 수 있으며, 커플 링 인덕턴스 LK는 EMC 매개 변수로 사용됩니다. Henry (H)는이 값을 표현하는 데 사용됩니다. 이는 면역 및 간섭 방출에 적용됩니다. 유도 된 전압 (UIND), 발전기 전압 (UGEN) 및 발전기 상수 (KGEN)가 알려진 경우 다음 공식을 사용하여 응용 분야의 특정 최대 허용 커플 링 인덕턴스 (L)를 결정할 수 있습니다.
커플 링 인덕턴스는 또한 사용자가 EMC 요구 사항에 대한 적절한 커넥터를 정의하고 비용이 많이 들고 시간 민감한 시행 착오 테스트를 피하는 데 도움이됩니다. 예를 들어 다음과 같습니다. 4.4 kV에서 HDMI 신호에 대한 사례 별 최대 커플 링 인덕턴스가 47 피코 헨 (pH) 인 것을 결정하십시오. 이 값이 더 높으면 간섭없이 더 이상 신호를 전송할 수 없습니다.
그림 6 : 커넥터의 차폐 (왼쪽) 및 차폐 (오른쪽) 버전.
전자기 영향은 고속 신호의 전염을 위태롭게 할 수 있습니다. 특히 고성능 차량 응용 분야에서 커넥터는 진동 및 충격과 같은 극한의 환경 조건에 노출됩니다. 가혹한 환경에서도 중단되지 않은 신호 전송을 보장하려면 커넥터가 특히 강력해야합니다. 이러한 맥락에서 주요 결정적인 요소는 접촉 설계, 접촉 시스템 및 종료 기술입니다.
가혹한 환경에서 신뢰성을위한 전략적 접촉 설계
기존의 2 피스 커넥터에는 1 명의 남성과 1 명의 여성 접촉이 있습니다. 그러나 충격이 강한 경우 수컷 커넥터는 암 커넥터에서 분리 될 수 있습니다. 이러한 접촉 파손을 방지하기 위해, 두 번째 여성 접촉은 신호가 항상 하나 이상의 접촉을 통해 신호가 항상 전송되도록 보장하기 때문에,이 접촉 파손을 사용하여 이중화를 제공하여 접촉 신뢰성을 높일 수 있습니다 (그림 5).
No (왼쪽) 및 (오른쪽) 충격에 노출 된 양면 여성 접촉.
"성 중립"터미널 시스템과의 커넥터가 더 강력합니다. 여기서 특별한 특징은 커넥터 쌍 (플러그 및 소켓)이 접촉 지오메트리와 동일하다는 것입니다. 따라서 둘 다 여성과 남성 접촉이 모두 있습니다. 결과적으로, 각 핀은 두 개의 암컷 접점으로 접촉하고 플러그와 소켓이 연동되어 서로 들어 올릴 수 없습니다. 양면 여성 커넥터는 기계적 부하에 노출 될 때 항상 적어도 하나의 접촉을 보장하는 반면, 중립 접촉 시스템의 연동 형상은 신호가 항상 두 접점을 통해 항상 전송되도록합니다. 따라서이 높은 이중화는 최대 접촉 신뢰성을 달성합니다 (그림 5).
그림 7 : 성 중립 말기 시스템을 보여주는 Zero8 커넥터의 단면.
PCB와 커넥터 사이의 내구성있는 연결을 달성하기 위해 SMT (Surface Mount Technology)를 종료 기술로 사용하는 것이 좋습니다. 솔더 페이스트는 커넥터를 PCB의 지정된 연결 표면에 솔더 패드 인 솔더 패드에 솔더하는 데 사용됩니다. 솔더는 먼저 녹은 다음 소위 리플 로우 오븐에서 경화됩니다. SMT를 사용하면 커넥터와 PCB 사이에 안정적인 연결을 설정할 수 있습니다. 그러나이를 달성하려면 많은 기준이 충족되어야합니다. 우선, IPC A-610을 준수하는 솔더 조인트를 만들려면 핀, 패드 및 페이스트의 올바른 비율을 유지해야합니다. 이것은 IPC 클래스 3에 따라 고품질 연결을 달성하는 유일한 방법입니다. 이는 고성능 자동차 전자 제품에 적합하다는 것을 의미합니다. 이 클래스는 신호 전송 실패가 발생하지 않아야한다고 규정합니다. 최적의 솔더 연결은 구부러진 달 얼굴의 균일 한 형성에 의해 인식 될 수 있습니다. 접촉의 전체 둘레는 PCB에서 최상의 가능한 유지력을 달성하기 위해 Moon-Curve 솔더로 닫아야합니다. (그림 7).
그림 8 : 납땜 발 주위
접촉 발은 탁월한 연결을 위해서는 coplanar 여야합니다. 이 coplanarity는 완전 자동화 된 프로세스로 점검됩니다.
언뜻보기에, 고성능 차량 시스템에서 커넥터의 역할은 제어 장치 수의 감소로 인해 모호하게 사라질 수 있습니다. 그러나 자세히 살펴보면 HPC를 통한 중앙 집중식 데이터 처리로의 전환으로 인해 그들의 역할이 점점 더 중요 해지고 있음이 정확하게 나타납니다. 신호 전송의 신뢰성은 결코 더 중요하지 않았습니다.