Электрические системы транспортных средств: децентрализованные, доменные и зоны архитектуры
Традиционные децентрализованные архитектуры транспортных средств состоят из до 100 управляющих единиц, каждая из которых назначала определенную функцию, такую как управление блоком управления двигателем (ECU), подушки безопасности, ABS/ESP, система регулировки сидений или климат -контроль. Каждый контроллер работает автономно и общается с другими единицами управления через шлюз. Поскольку функции транспортного средства добавляются или улучшаются, для каждой новой функции добавляется блок управления. Все типы транспортных средств резко изменились в последние годы, с транспортных средств Van Fleet до автобусов до автомобилей, и увеличение количества функций значительно увеличило содержание проводки и межконтакта каждого транспортного средства.
Управляющие единицы в архитектуре домена организованы в функциональные области, каждый из которых отвечает за определенную область транспортного средства, такую как трансмиссия, информационно -развлекательная система или функции безопасности. Отдельный высокопроизводительный компьютер (HPC) выполняет первичное управление доменом и координирует контрольные единицы в его домене. Например, домен безопасности контролирует контрольные единицы для систем помощи водителям, ABS/ESP и рулевых системам. Архитектура домена уменьшает количество контрольных единиц и уменьшает объем необходимой проводки и установки по сравнению с традиционными децентрализованными архитектурами, тем самым эффективно снижая вес и затраты. Дополнительные функции могут быть легко интегрированы в обновления или новые проекты.
В региональной архитектуре сборка основана не на домене, а на местном регионе. Например, несколько функций объединяются в одну область внутри автомобиля. Такие функции, как трансмиссионная и информационно -развлекательная система, могут быть объединены и обработаны в одном контроллере зоны. Центральный HPC выполняет основной контроль различных контроллеров зон, уменьшая количество контрольных единиц и последующее количество проводки на 50 процентов.
Рисунок 1: Схематическое представление архитектуры электрической системы высокопроизводительного автомобиля. Иллюстрация: EPT Gmbh
Высокая надежность и требования к производительности
HPC и их соответствующие модули взаимосвязи должны быть разработаны для самых высоких требований к производительности. Например, обработка данных визуализации и датчиков в автоматизированных системах безопасности вождения требует безопасных, высокоскоростных скоростей передачи данных и короткого времени задержки. В то же время сигнализация не должна терпеть неудачу ни при каких обстоятельствах. Высокая производительность, быстрая и, прежде всего, надежные скорости передачи данных - иногда в суровых условиях окружающей среды - являются требованиями для разъемов в этих системах.
«Читаемость» сигнала может быть проиллюстрирована глазной диаграммой, которая показывает, могут ли сигналы, излучаемые в приемнике уникально назначены цифровому состоянию 1 или 0. Для этого сигналы регистрируются, наложены и отображаются с помощью осциллографа с помощью определенных путей передачи. Таким образом, сигнальные маршруты могут быть отображены и перекрыты. Согласно теории, переходы логических состояний бесконечно крутые, а сигнальные линии полностью наложены. Внешние нарушительные факторы и внутреннее повреждение пары сигналов сплющивают повышение сигнала, в то время как уровень амплитуды меняется.
Рис. 2: Глазные диаграммы используются для оценки качества сигнала при скорости передачи цифровых данных. Иллюстрация: EPT GmbH (Colibri)
Так называемое «глазное пятно» можно увидеть в центре диаграммы. Невозможно четко назначить сигналы в этой области.
Обе диаграммы глаз иллюстрируют влияние длины и импеданса кабеля с использованием разъемов плавонгиторов Colibri 16+ ГБ/с и 10 Гбит/с. Этот пример иллюстрирует, как значительные улучшения в целостности сигнала могут быть реализованы путем дальнейшей разработки контактной конструкции. Используя более короткую длину кабеля и импеданс 100 Ом, глазная диаграмма варианта Colibrie 16+ Гбит/с может быть сформирована гораздо более четко, чем предыдущий вариант Colibri 10 Гбит/с - пара сигналов может быть четко интерпретирована.
Рисунок 3: Оптимизированный контактный контакт Colibri обеспечивает низкую скорость передачи данных с низкой скоростью. Иллюстрация: EPT GmbH (Colibri)
Высокоскоростные сигналы требуют специальной защиты сигналов, потому что они особенно подвержены электромагнитным влияниям. В этом случае разъем может действовать как источник и приемник помех. Экранирующие пластины будут защищать чувствительные сигналы от внешних влияний.
Рисунки 4 и 5: Вмешательство сигнала при использовании экранированных (вверху) и неэкранированных (нижних) разъемов
Разъем может быть описан с учетом электрических условий как функции как источника, так и для раковины, а индуктивность связи LK используется в качестве параметра EMC. Генри (H) используется для выражения этого значения. Это относится к иммунитету и вмешательству. Если индуцированное напряжение (UIND), напряжение генератора (UGEN) и константа генератора (KGEN) известны, можно использовать следующую формулу для определения конкретной максимально допустимой индуктивности связи (L) для применения:
Индуктивность связи также помогает пользователю определить соответствующий разъем для своих требований к EMC и помогает избежать дорогостоящего и чувствительного к времени испытанию и тестирования ошибок. Примером является следующее: при 4,4 кВ, определите специфичную для случая максимальную индуктивность связи для сигналов HDMI, которая будет 47 Picohyen (pH). Если это значение выше, сигнал больше не может передаваться без помех.
Рисунок 6: Неэкранированные (слева) и экранированные (правые) версии разъема.
Электромагнитные влияния могут поставить под угрозу передачу высокоскоростных сигналов. Разъемы, особенно в высокопроизводительных приложениях для транспортных средств, подвергаются воздействию экстремальных условий окружающей среды, таких как вибрация и шок. Разъемы должны быть особенно надежными, чтобы обеспечить непрерывную передачу сигнала даже в суровых условиях. Основными решающими факторами в этом контексте являются контактные контактные, контактные системы и технология завершения.
Стратегический контактный дизайн для надежности в суровых условиях
У обычных двух частей разъемы есть один мужчина и одна женская контакт. Однако в случае сильных шоков мужской разъем может отказаться от женского разъема. Чтобы предотвратить разрыв контакта, для обеспечения избыточности может использоваться двусторонний женский разъем для обеспечения избыточности и, таким образом, повысить надежность контакта, поскольку второй женский контакт гарантирует, что сигнал всегда передается по крайней мере через один контакт (рис. 5).
Нет (слева) и (справа) двусторонние женские контакты, подвергнутые ударам.
Разъемы с гендерно-нейтральными »терминальными системами более надежны. Специальная функция здесь заключается в том, что пара разъемов - Plug и Socket - имеет такую же контактную геометрию. Следовательно, оба имеют как женские, так и мужские контакты. В результате с каждым выводом контактируется два женских контакта, а заглушка и гнездо связаны и не могут быть сняты друг от друга. Двусторонний женский разъем всегда обеспечивает хотя бы один контакт, когда подвергается механическим нагрузкам, в то время как взаимосвязанная геометрия в нейтральной контактной системе гарантирует, что сигнал всегда передается через обоих контактов. Таким образом, эта высокая степень избыточности достигает максимальной надежности контакта (рис. 5).
Рисунок 7: Поперечное сечение разъема Zero8, показывающее нейтральную терминальную систему.
Чтобы достичь долговечного соединения между печатной платой и разъемом, мы рекомендуем использовать технологию поверхностного крепления (SMT) в качестве метода прекращения. Паяная паста используется для припадения разъема к назначенной поверхности подключения печатной платы: припоя. Припой сначала растоплен, а затем закален в так называемой печи. SMT позволяет устанавливать стабильное соединение между разъемом и печатной платой. Однако, чтобы достичь этого. Прежде всего, необходимо поддерживать правильное соотношение булавок, прокладки и вставки, чтобы создать припальные соединения, которые соответствуют IPC A-610. Это единственный способ достичь высококачественного соединения в соответствии с IPC Class 3, что означает, что оно подходит для высокопроизводительной автомобильной электроники. Этот класс предусматривает, что отказы передачи сигнала не должны происходить. Оптимальное соединение припоя может быть распознано равномерным формированием изогнутого лунного лица. Вся окружность контакта должна быть закрыта с приповкой луны, чтобы достичь наилучшей возможной силы удержания на печатной плате. (Рисунок 7).
Рисунок 8: Единое образование изогнутого лунного лица вокруг пайки
Контактные ноги должны быть копланаром для отличного соединения. Это копланарие проверяется полностью автоматизированным процессом.
На первый взгляд, роль разъемов в высокопроизводительных системах транспортных средств может показаться, что он исчезает в безвестности из-за уменьшения количества контрольных единиц. Тем не менее, более пристальный взгляд показывает, что именно из -за этого перехода к централизованной обработке данных через HPC их роль становится все более важной. Надежность передачи сигнала никогда не была более важной.