Ajoneuvoelektroniikka on riippuvainen yhä pienemmistä liittimistä

Autonvalmistajat lisäävät tai parantavat jatkuvasti ajoneuvojensa ominaisuuksia ja toimintoja, joista monet ovat riippuvaisia elektronisista ohjausyksiköistä (ECU). Tilaa on kuitenkin rajoitetusti, minkä vuoksi virransyöttöön ja tiedonsiirtoon tarvitaan koko ajan pienempiä ja tehokkaampia liittimiä, jotta elektroniikan ja sähköjärjestelmien toiminta voidaan taata.

Nykyiset ovipeilit ovat tästä hyvä esimerkki: ei ole epätavallista, että näissä laitteissa on moottoreita, kuolleen kulman ilmaisimia, suuntavilkkuja, lämmityselementtejä, maavaloja, avaimettoman avausjärjestelmän antenneja ja jopa ultraääniaaltogeneraattoreita vesipisaroiden puhaltamiseksi pois. Tässä on paljon elektroniikkaa – ja kaiken täytyy olla vesitiivistä ja erittäin tärinänkestävää – suhteellisen kompaktiin koteloon sijoitettuna.

Autoteollisuus on massiivisen muutoksen kourissa. Sitä vauhdittavat ominaisuuksien ja toimintojen jatkuva tietokoneistaminen sekä hallitusten ja teollisuuden massiiviset investoinnit, joilla pyritään nopeuttamaan siirtymistä pois polttomoottoreista.

Ajoneuvot ovat yhä enemmän liikkuvia tietokonejärjestelmiä, joiden autonvalmistajat odottavat tasoittavan tietä uusille verkkoon kytkettäville tuloja tuottaville autopalveluille. Myös kehittyneet kuljettajan apujärjestelmät (ADAS), autonominen ajaminen, ennakoiva huolto ja jaetun omistamisen mallit edistävät osaltaan painopisteen siirtymistä kohti ohjelmistokäyttöisiä ajoneuvoja.

Nämä voimat vaikuttavat myös komponenttitoimittajiin, joiden täytyy sopeutua erittäin disruptiiviseen siirtymään, kun autonvalmistajat hienosäätävät strategioitaan vastaamaan kuluttajien nopeasti muuttuvia odotuksia ja vaatimuksia.Monet autonvalmistajat ovat esimerkiksi nopeuttaneet tai hidastaneet suunnitelmiaan siirtyä sähköajoneuvoihin (EV), ja toimitusketjun hallinta on edelleen jatkuva ongelma, joka voi vaikeuttaa toimittajasuhteita.

Yksi varma seikka on komponenttien miniatyrisoinnin jatkuva tarve, koska autonvalmistajat pyrkivät lisäämään enemmän elektroniikkaominaisuuksia ajoneuvojen kokonaispinta-alaan, joka muuttuu hyvin vähän vuodesta toiseen.

Komponenttitoimittajien on kehitettävä pienempiä tuotteita ja suunniteltava myös näiden tuotteiden suorituskyvyn parantamista, sillä valmistajat haluavat hyödyntää suurempaa elektronisten ohjausyksiköiden määrää rajallisessa tilassa. Liittimistä – joita ajatellaan usein viimeisenä suunniteltaessa uusia tuotteita – on tulossa yhä kriittisempiä tekijöitä suunnitteluprosessissa, koska valmistajat tavoittelevat pienempiä moduuleja ja reitityskaapeleita.

Menestystä pienemmällä koolla ja paremmalla luotettavuudella

Kaapelit ja liittimet muodostavat käytännössä keskushermoston, ja niistä täytyy tulla entistä innovatiivisempia ja kompaktimpia voidakseen tukea tietokoneiden ja antureiden kasvavaa roolia. Nykypäivän ajoneuvoissa käytettävät perinteiset liittimet voivat olla joissakin tapauksissa kooltaan suurempia kuin niistä riippuvaiset moduulit. Niistä täytyy tehdä pienempiä ja luotettavampia, ja niiden on mahdollistettava joustavammat konfiguraatiot pienissä ja ahtaissa tiloissa, mikä tekee niiden huollosta yhä vaikeampaa.

Liittimien miniatyrisointi on usein saavutettu suorituskyvyn kustannuksella, mikä ei käy päinsä tiukkojen testauskriteerien puitteissa toimiville ja kilpailuetuja hakeville valmistajille.

Edellä mainitut ovipeilit havainnollistavat liittimien teknisiä vaatimuksia lisäävien sofistikoituneempien ominaisuuksien tarvetta. Autoalan asiakkaat ja komponenttitoimittajat vaativat liittimiä, jotka säästävät tilaa, siirtävät suuria virtoja, parantavat muokattavuutta ja kestävät vettä sekä voimakasta tärinää.

JAE Electronicsin – yksi maailman 10 suurimmasta liittimien toimittajasta – insinöörit tarttuivat haasteeseen kehittämällä vesitiiviin autoliittimen, joka tarjoaa tarvittavan suorituskyvyn, muotoilun ja joustavuuden vastaukseksi autoteollisuuden tekniseen kehitykseen liittyviin asiakasvaatimuksiin.

JAE kehitti ajoneuvojen inline-uros- ja naarasliittimien Mx80-sarjan, joka vastaa johdinkokoja 0,13–1,0 mm² ja jonka käyttölämpötila-alue on −40 ... +125 °C. Insinöörit arvioivat ensin useita näkökohtia alkaen liittimien sisällä olevista liitännöistä, kuten jousigeometriaa, virrankestoa, mekaanista lukitusta, johdinpoikkipinta-aluetta, puristuksen optimointia, vaurioiden ehkäisyä, testimittauspään saavutettavuutta, asennusta ja irrotusta, laajaa käyttölämpötila-aluetta, tiivistystä ja tärinänkestävyyttä.

Kun nämä vaatimukset oli määritelty, JAEn tiimi aloitti itse liittimen suunnittelun, mukaan lukien muotoilu, materiaalien valinta ja kokoonpano. Hyödyntämällä yrityksen kokemusta korkealaatuisten miniatyrisoitujen liittimien valmistuksesta se ryhtyi kehittämään kompaktia ja suorituskykyistä liitintä, joka täyttäisi vedenkestävyyden, korkean virtaluokituksen ja korkean luotettavuuden tiukat vaatimukset.

Liitinsarja sovittaa yhteen pitovoiman ja miniatyrisoinnin

JAE kehitti kaksi prototyyppiversiota, joista toinen keskittyi äärimmäiseen miniatyrisointiin ja toinen miniatyrisoinnista johtuvaan pitovoiman vähenemiseen. Näiden ponnistelujen jälkeen JAE kehitti ainutlaatuisen rakenteen, jossa lukitus on asennettu kumitiivisteen eteen pidon parantamiseksi.

Uusi rakenne varmistaa, että johtosarja asennetaan oikealla tavalla, ja että liittimet pysyvät paikoillaan. Se täyttää IPX7-kotelointiluokan vesitiiviysvaatimukset kestäen upotuksen 1 metrin syvyyteen 30 minuutin ajaksi. Saatavana on myös 4-nastainen IPX9K-versio, joka kestää erittäin kuumia vesisuihkuja korkealla paineella.

JAE tarjoaa MX80-liittimistä 2-, 3- ja 4-nastaiset inline-uros- ja naarasversiot. 6-nastainen versio on saatavana vain kantatyyppisenä liittimenä. Luotettavuuden lisäämiseksi ja puutteellisen asennuksen estämiseksi liitinkoteloissa käytetään TPA (Terminal Position Assurance) -tekniikkaa, joka tunnistaa, jos liitin työnnetään sisään vajavaisesti. Lisäksi onnistunut kytkentä antaa selvästi kuuluvan naksauksen.

MX80-sarja soveltuu monenlaisiin auto- ja kuljetusajoneuvosovelluksiin, muun muassa:

• peilit ja lasit: ovipeilit, kattojärjestelmät, sähkökromaattiset lasit ja lasitusmoduulit
• valaistus: etu- ja takapuskuri, sumuvalo, peruutusvalo, jarruvalo, rekisterikilven valaistus, suuntamerkki, maavalot ja ympäristövalot
• anturit: pysäköinti, jarrupoljin, kamera, avaimeton avausmoduuli, rengaspaine ja nestesäiliö
• audio: kaiutin (räminänesto ja suuri johtokoko) ja mikrofoni
• muut: jousitus, takaluukku, ovet ja konepellin kytkin.

JAEn komponenttivalikoimaan kuuluvat 2-nastainen inline-urosliitin MX80B02PZ1A (kuva 1) ja naarasliitin MX80A02SZ1B (kuva 2). Saatavilla on myös 3-nastainen inline-urosliitin MX80B03PZ1A ja MX80A03SZ1B -naarasliitin, 4-nastainen inline-urosliitin MX80B04PZ1A ja MX80B04PZ1B -naarasliitin sekä 6-nastainen naarasliitin MX80A06SZ1A. IPX9K-luokiteltuja liittimiä on saatavana 4-nastaisena inline-urosmallina MX80D04PZ1A ja naarasmallina MX80E04SZ1A.

Kuva 1: 2-nastainen inline-liitinkotelo MX80B02PZ1A (Lähde: JAE Electronics)

Kuva 2: 2-nastainen naarasliitin MX80A02SZ1B (Lähde: JAE Electronics)

JAEn MX80-sarjan liittimet ovat kompakteja, vesitiiviitä inline-liittimiä, jotka tarjoavat laajan valikoiman virtaluokituksia valitun johdinkoon mukaan: 0,75 – 1,0 mm², 0,3 – 0,5 mm² ja 0,13 – 0,22 mm². Johdinkoossa 0,13 mm² 2-nastaisten liittimien virtaluokitus on 4,2 ampeeria, 3-nastaisten 3,7 ampeeria ja 4-nastaisten 3,6 ampeeria. Johdinkoossa 0,35 mm² nämä luokitukset ovat vastaavasti 7,1 A, 6,4 A ja 5,4 A, ja johdinkoossa on 1,0 mm² nämä luokitukset ovat 10,3 A, 10,0 A ja 9,5 A.

Liittimille suoritetaan ympäristötestaus autoteollisuuden sähköisten liitinjärjestelmien suorituskykystandardin USCAR-2 V2 ja liitinten testausstandardin LV214 (vakavuusaste 3) mukaisesti. Niissä käytetään ISO/JASO/EWCAP/VDA-standardin mukaista 0,64 mm:n laattakokoa ja ne ovat yhteensopivia 2,54 mm:n nastajaon koskettimien kanssa. Uroskotelossa on myös kiinnike sen kiinnittämiseksi ajoneuvoon.

Takakuoret, kotelot ja etupidikkeet (kuva 3) on valettu polybuteenitereftalaatti- ja lasikuitumateriaalista (PBT-GF10). Tiivisteet ovat silikonikumia. JAE tarjoaa myös koskettimia (myydään erikseen, näitä ei ole integroitu liittimeen toimitusajankohtana), kuten MX80S08K3F1, joka on valmistettu tinapinnoitetusta kupariseosmateriaalista. Käyttämättömien aukkojen sulkemiseen käytettäviä peitetulppia on saatavana sekä IPX7- (MX80A000XD1) että IPX9K-luokiteltuina versioina (MX60A000XD2).

Kuva 3: Laajennetut näkymät MX80-sarjan inline-uros- ja -naarasliittimistä. (Lähde: JAE Electronics)

JAE tarjoaa myös MX81-sarjan ei-vesitiiviitä kompakteja liittimiä, jotka soveltuvat ajoneuvon elektronisten laitteiden liittämiseen, esimerkkeinä ohjausyksiköt ja anturit. MX81-liittimet, kuten MX81A002SF1, käyttävät samoja naarasliittimiä kuin MX80-sarjan vesitiiviit liittimet. Tämä mahdollistaa samojen liittimien ja puristustyökalujen käytön ajoneuvon erilaisilla vesitiiviillä ja ei-vesitiiviillä alueilla.

Yhteenveto

Moottoriajoneuvojen valmistajat haluavat lisätä nykyisiin tiloihin enemmän elektronisia ominaisuuksia ja toimintoja. Sellaiset tuotesuunnittelijat, jotka pystyvät hyödyntämään uudenlaisia kompaktimpia ja tehokkaampia liittimiä, voivat kehittää pienempiä ja suorituskykyisempiä komponentteja. Tämä tarjoaa valmistajille enemmän joustavuutta vastata markkinoiden vaatimuksiin.