Elektronik til køretøjer afhænger af stadig mindre stik

Bilproducenter tilføjer eller forbedrer løbende funktioner til deres køretøjer, hvoraf mange er afhængige af elektroniske styreenheder (ECU'er). Men pladsen er begrænset, og derfor er der hele tiden behov for miniaturiserede og mere effektive stik til at håndtere strøm og kommunikation for at sikre, at elektronik og elektriske systemer fungerer.

Sidespejle nu om dage er et godt eksempel: Det er ikke usædvanligt, at disse enheder indeholder motorer, indikatorer til overvågning af blinde vinkler, blinklys, varmeelementer, jordbelysning, antenner til nøglefri adgangssystemer og endda ultralydsgeneratorer til at blæse vanddråber væk. Det er en masse elektronik - som skal være vandtæt og meget modstandsdygtig over for vibrationer - der er samlet i et relativt kompakt hus.

Bilindustrien er i gang med en massiv transformation, drevet af fortsat computerisering af egenskaber og funktioner og massive investeringer fra regeringer og industri, der har til formål at fremskynde en overgang væk fra forbrændingsmotorer.

Biler er i stigende grad mobile computersystemer, som bilproducenterne forestiller sig skal bane vejen for nye indtægtsskabende forbundne bil-tjenester. Avancerede førerassistentsystemer (ADAS), autonom kørsel, forebyggende vedligeholdelse og modeller med delt ejerskab bidrager også til skiftet i fokus mod softwaredrevne køretøjer.

Disse kræfter vil også påvirke komponentleverandørerne, som skal tilpasse sig i en meget forstyrrende overgang, hvor bilproducenterne finjusterer deres strategier for at matche forbrugernes forventninger og krav, som hurtigt kan skifte.Flere bilproducenter har f.eks. fremskyndet eller bremset deres planer om at skifte til elbiler, og styring af forsyningskæden er stadig et vedvarende problem, der kan komplicere leverandørforholdene.

En ting som man kan planlægge efter, er den fortsatte efterspørgsel efter miniaturisering af komponenter, da bilproducenterne forsøger at tilføje flere elektroniske funktioner inden for et samlet køretøjsareal, der kun varierer lidt fra år til år.

Komponentleverandører skal designe mindre produkter, og de skal også planlægge at øge disse produkters ydeevne, da producenterne forsøger at drage fordel af flere ECU'er på begrænset plads. Stik - som ofte er den sidste tanke, når designere planlægger nye produkter - bliver mere og mere kritiske i designprocessen, efterhånden som producenterne søger efter mindre moduler og kabelføring.

Sats stort ved at blive mindre og mere pålidelige

Kabler og stik udgør i det væsentlige centralnervesystemet og skal blive mere innovative og kompakte for at understøtte den voksende rolle, som computere og sensorer spiller. I nogle tilfælde er de traditionelle stik i nutidens køretøjer større end de moduler, der er afhængige af dem. De skal blive mindre, mere pålidelige og muliggøre mere fleksible konfigurationer på trange og overfyldte steder, hvilket gør dem stadig sværere at servicere.

Miniaturiseringen af stik er ofte sket på bekostning af ydeevnen, hvilket er uacceptabelt for producenter, der arbejder med strenge testkriterier og søger konkurrencemæssige fordele.

Sidespejlene, der blev nævnt tidligere, illustrerer behovet for mere sofistikerede funktioner, der øger de tekniske krav til stik. Bilkunder og komponentleverandører efterspørger stik, der er pladsbesparende, kan overføre store strømme, er nemmere at arbejde med og kan modstå vand og kraftige vibrationer.

Ingeniører hos JAE Electronics, en global top 10 interconnect leverandør, tog udfordringen op ved at designe et vandtæt bilstik, der giver den ydeevne, det design og den fleksibilitet, der er nødvendig for at matche kundernes krav til teknologiske fremskridt inden for bilindustrien.

JAE har udviklet MX80-serien af in-line ben- og stikforbindelser til bilindustrien, som svarer til ledningsstørrelser på 0,13 til 1,0 mm² og har et driftstemperaturområde på -40 °C til +125 °C. Ingeniørerne startede med terminalerne inde i stikkene og evaluerede flere aspekter, herunder fjedergeometri, strømhåndtering, mekanisk låsning, ledningsstørrelsesområde, krympeoptimering, forebyggelse af skader, adgang til testprober, installation og fjernelse, bred driftstemperatur, forsegling og vibrationsevne.

Efter at have defineret disse krav gik JAE-teamet i gang med det egentlige stikdesign, herunder støbning, materialevalg og samling. Ved at udnytte virksomhedens erfaring med at fremstille miniaturiserede stik af høj kvalitet gik de i gang med at udvikle et kompakt stik med høj ydeevne, der kunne opfylde de strenge krav til vandmodstand, høje strømme og høj pålidelighed.

Stikserier forener fastholdelseskraft og miniaturisering

JAE udviklede to prototypedesignversioner, hvoraf den ene fokuserede på ultimativ miniaturisering, og den anden på at håndtere den reducerede holdekraft som følge af miniaturisering. Efter disse bestræbelser udviklede JAE et unikt design med en holder installeret foran gummitætningen for at forbedre fastholdelsen.

Det nye design sikrer korrekt samling af ledningsnet og fastholdelse af terminalerne, og det opfylder IPX7-klassificeringen for vandindtrængning, så det kan modstå vanddybder på 1 meter i 30 minutter. Der findes også en 4-positions IPX9K-version, der kan modstå vandstråler med høj temperatur og højt tryk.

JAE leverer 2-, 3- og 4-positions in-line ben- og stikversioner af MX80-stikkene. En version med 6 positioner er kun tilgængelig som et stik af sokkeltypen. For at øge pålideligheden og forhindre ufuldstændig samling har stikkene en TPA-funktion (Terminal Position Assurance) på husene, som registrerer ufuldstændig isætning af terminalerne. Der er også et tydeligt hørbart klik, som bekræfter, at tilslutningen er fuldført.

MX80-serien er velegnet til en lang række anvendelser i biler og transportkøretøjer, bl.a:

• Spejle og ruder: Sidespejle, tagsystemer, elektrokromt glas og rudemoduler
• Belysning: kofanger for og bag, tågelygter, baklys, stoplys, nummerpladebelysning, blinklys, pandelampe og omgivelsesbelysning
• Sensor: parkering, bremsepedal, kamera, nøglefrit adgangsmodul, dæktryk og væskebeholder
• Audio: højttaler (anti-skralde og stor ledningsstørrelse) og mikrofon
• Andre: affjedring, bagklap, døre og motorhjelmsafbryder

Blandt JAE's komponenter er den 2-benede MX80B02PZ1A (figur 1) in-line stik og MX80A02SZ1B (figur 2) stikforbindelser. Der findes også 3-bens MX80B03PZ1A in-line og MX80A03SZ1B stikforbindelser; 4-bens MX80B04PZ1A in-line og MX80B04PZ1B stikforbindelser; og 6-bens MX80A06SZ1A stikforbindelser. IPX9K-klassificerede stik fås i 4-bens MX80D04PZ1A in-line og MX80E04SZ1A sokket-format.

Figur 1: MX80B02PZ1A 2-bens in-line stikhus (Kilde: JAE Electronics)

Figur 2: MX80A02SZ1B 2-positions sokkel-stik. (Kilde: JAE Electronics)

JAE MX80-serien er kompakte, vandtætte in-line-stik med et omfattende udvalg af strømførende egenskaber, afhængigt af den valgte ledningsstørrelse: 0,75 ~ 1,0 mm², 0,3 ~ 0,5 mm² og 0,13 ~ 0,22 mm². Med en ledningsstørrelse på 0,13 mm² er 2-bens stik klassificeret til 4,2 A, 3-bens til 3,7 A og 4-bens til 3,6 A. Med en ledningsstørrelse på 0,35 mm² er disse værdier henholdsvis 7,1 A, 6,4 A og 5,4 A, og for en ledningsstørrelse på 1,0 mm² er de respektive værdier 10,3 A, 10,0 A og 9,5 A.

Stikkene er miljøtestet i henhold til USCAR-2 V2-ydelsesstandarden for elektriske stiksystemer til biler og LV214 (sværhedsgrad 3) teststandarden for stik. De har ISO/JASO/EWCAP/VDA-standard 0,64 mm tapstørrelse, er kompatible med stik med 2,54 mm benafstand og har et integreret beslag på benhusene, der understøtter chassisfastgørelse af køretøjsklips.

Bagdæksler, kabinetter og frontholdere (figur 3) er støbt af polybutylenterephthalat og glasfiber (PBT-GF10). Pakningerne er af silikongummi. JAE tilbyder kontakter (sælges separat og er ikke integreret på leveringstidspunktet), herunder MX80S08K3F1, der er fremstillet af kobberlegering og har en tinbelægning. Dummy-hanstik til forsegling af ubrugte hulrum fås både i IPX7 (MX80A000XD1) og IPX9K (MX60A000XD2) klassificerede versioner.

Figur 3: Udvidet visning af MX80 in-line ben- og stikforbindelser. (Kilde: JAE Electronics)

JAE tilbyder også en MX81-serie af ikke-vandtætte kompakte stik, der er velegnede til at forbinde elektroniske enheder i køretøjer, såsom ECU'er og sensorer. MX81-stikkene, inklusive MX81A002SF1, bruger de samme sokkelterminaler som MX80-serien af vandtætte stik. Det gør det muligt at bruge de samme terminaler og krympeværktøjer til en bred vifte af vandtætte og ikke-vandtætte områder i køretøjet.

Konklusion

Bilproducenterne ønsker at tilføje flere elektronikforstærkede egenskaber og funktioner i eksisterende rum. Produktdesignere, der kan udnytte en ny type mere kompakte og effektive stik, vil kunne levere mindre komponenter med større ydeevne, hvilket giver producenterne mere fleksibilitet til at imødekomme markedets krav.