A gépjárműelektronikában egyre kisebb csatlakozókat használnak

A gépjárműgyártók folyamatosan bővítik és fejlesztik járműveik szolgáltatásait és funkcióit, amelyek közül sok az elektronikus vezérlőegységektől (ECU, electronic control unit) függ. A hely azonban korlátozott, ezért folyamatosan miniatürizált és mind hatékonyabb csatlakozókat keresnek az áramtovábbítás és a kommunikáció kezelésére, hogy biztosítsák az elektronikus és villamos rendszerek működését.

A mai visszapillantó tükrök erre a legjobb példa: nem ritka, hogy ezek az eszközök villanymotorokat, holttérfigyelő kijelzőket, irányjelző lámpákat, fűtőelemeket, talajmegvilágító világítótesteket, a kulcs nélküli beléptetőrendszer antennáit, sőt még a vízcseppek lefújására szolgáló ultrahanghullám-generátorokat is tartalmaznak. Ez rengeteg elektronikát jelent – amelyeknek mind víz- és rezgésállóaknak kell lenniük – egy viszonylag kis méretű házban.

A gépjárműipar hatalmas átalakuláson megy keresztül, amelyet a funkciók folyamatos számítógépesítése, valamint a kormányok és az ipar hatalmas beruházásai táplálnak. Ezek célja a belső égésű motorokról való átállás felgyorsítása.

A járművek egyre inkább mozgó számítógépes rendszerek, amelyek a gépjárműgyártók elképzelései szerint utat nyitnak az új, bevételt generáló, internetre kapcsolt gépjárműves szolgáltatások felé. A fejlett vezetőtámogató rendszerek (ADAS, advanced driver assistance system), az önvezetés, a megelőző karbantartás és a járműmegosztó szolgáltatások szintén hozzájárulnak a szoftveresen vezetett járművek felé történő hangsúlyeltolódáshoz.

Ezek a változások hatással lesznek az alkatrész-beszállítókra is, amelyeknek egy rendkívül megterhelő átmenet közepette kell ezekhez alkalmazkodniuk, ahogy a gépjárműgyártók finomhangolják a stratégiáikat, hogy megfeleljenek a fogyasztói elvárásoknak és igényeknek, amelyek gyorsan változhatnak. Számos gépjárműgyártó például felgyorsította vagy épp lassította a villanyjárművekre (EV, electric vehicle) való átállásra vonatkozó terveit, és továbbra is állandó probléma az ellátási lánc kezelése, ami megnehezítheti a beszállítói kapcsolatokat.

Az egyik biztos pont, amivel számolni kell, az a folyamatos igény az alkatrészek miniatürizálására, mivel a gépjárműgyártók egyre több elektronikus képességgel igyekeznek bővíteni a szolgáltatásokat a jármű teljes alapterületén, amely egyik évről a másikra szinte alig változik valamit.

Az alkatrészgyártóknak kisebb termékeket kell tervezniük, és meg kell oldaniuk kell ezen termékek teljesítményének növelését is, ahogy a gépjárműgyártók keresik annak a módját, hogy hogyan használhatnák ki a több ECU használata jelentette előnyöket, a rendelkezésre álló szűkös helyre zsúfolva be a több elektronikus vezérlőegységet. A csatlakozók – amelyekre gyakran utoljára gondolnak a tervezők, amikor új termékeket terveznek – egyre kritikusabbá válnak a tervezési folyamatban, mivel a gyártók egyre kisebb modulokat és egyre rövidebb kábelvezetési útvonalakat keresnek.

Nagy lépés a kicsivé és megbízhatóbbá válásnak köszönhetően

A kábelek és csatlakozók lényegében a központi idegrendszert alkotják, és a számítógépek és érzékelők egyre növekvő szerepének elősegítése érdekében ötletesebbé és kisebb méretűvé kell válniuk. A mai járművekben található hagyományos csatlakozók bizonyos esetekben nagyobb méretűek lehetnek, mint a tőlük függő modulok. Kisebbé és megbízhatóbbá kell válniuk, és rugalmasabb összeállításokat kell lehetővé tenniük szűk és zsúfolt helyeken, ami egyre jobban megnehezíti a szervizelésüket.

A csatlakozók miniatürizálása gyakran a teljesítőképesség rovására történt, ami a szigorú tesztelési előírások szerint működő és versenyelőnyökre törekvő gyártók számára elfogadhatatlan.

A korábban említett ajtótükrök jól példázzák a kifinomultabb képességek szükségességét, amelyek növelik a csatlakozókkal szemben támasztott műszaki követelményeket. A gépjárműipari ügyfelek és az alkatrész-beszállítók olyan csatlakozókat követelnek, amelyek helytakarékosak, nagy áramok vezetésére is képesek, javítják a szerelhetőséget, valamint vízállóak, és elviselik az erős rezgéseket.

A JAE Electronics cégnek, a világ első 10 csatlakozóbeszállítója közé tartozó vállalatnak a mérnökei felvették a kesztyűt, és olyan vízálló gépjárműipari csatlakozót terveztek, amely egyszerre nyújtja a gépjárműipari műszaki fejlesztésekhez szükséges teljesítőképességet, kialakítást és rugalmasságot, hogy megfeleljen az ügyfelek igényeinek.

A JAE kifejlesztette az MX80 sorozatú, gépjárművekbe szerelhető, egysoros érintkezőelrendezésű, dugó és aljzat kialakítású csatlakozókat, amelyekbe 0,13 és 1,0 mm² közötti keresztmetszetű vezetékek csatlakoztathatóak, és amelyek –40 °C és +125 °C közötti üzemi hőmérséklet-tartományban használhatóak. A mérnökök a csatlakozók belsejében lévő érintkezőkkel kezdve több szempontot is értékeltek, beleértve a geometria kialakítást, a kezelt áramerősséget, a mechanikus rögzítést, a vezetékméret-tartományt, az érintkezőrászorítás optimalizálását, a sérülések megelőzését, az ellenőrző szondával való hozzáférést, a be- és kiszerelést, a tág üzemi hőmérséklet-tartományt, a tömítést és a rezgésállóságot.

A követelmények meghatározása után a JAE csapata nekilátott a tényleges csatlakozótervezésnek, beleértve a fröccsöntést, az anyagválasztást és az összeszerelést. A vállalat kiváló minőségű miniatürizált csatlakozók gyártásában szerzett tapasztalatait felhasználva nekiláttak egy olyan kis méretű, kiváló teljesítőképességű csatlakozó kifejlesztésének, amely teljesíti a vízállóságra, a nagy áramerősség kezelésére és a nagy megbízhatóságra vonatkozó szigorú követelményeket.

A csatlakozósorozat, amelynek tagjaiban össze van hangolva a rögzítőerő és a miniatürizálás

A JAE két prototípustervezési irányban indult el, amelyek közül az egyik a végső miniatürizálásra, a másik pedig a miniatürizálás miatti kisebb rözgítőerő kezelésére összpontosított. Ezeket a próbálkozásokat követően a JAE egy egyedi szerkezeti kialakítású csatlakozót feljesztett ki, amelynél a rögzítőelem a jobb rögzítés érdekében a gumitömítés elé van szerelve.

Az új kialakítás elősegíti a kábelköteg megfelelő összeszerelését és a csatlakozók rögzítését, és megfelel az IPX7 vízállósági besorolásnak, ami azt jelenti, hogy 1 méter mély vízbe merítve 30 percig ellenáll a víz behatolásának. A csatlakozóból kapható 4 érintkezős IPX9K változat is, amely a magas hőmérsékletű, nagynyomású vízsugaraknak is képes ellenállni.

A JAE az MX80 csatlakozók 2, 3 és 4 érintkezős, egysoros érintkezőelrendezésű, dugó és aljzat kialakítású változatait kínálja. A 6 érintkezős változat csak aljzat kialakítású csatlakozóként kapható. A nagyobb megbízhatóság és a tökéletlen összeszerelés elkerülése érdekében a csatlakozók háza érintkezőhelyzet-érzékelő (TPA, Terminal Position Assurance) funkcióval van ellátva, amely azt érzékeli, ha az érintkezők nem megfelelő módon vannak beszerelve. A csatlakozók megfelelő összedugását egyértelműen hallható kattanás is jelzi.

Az MX80 sorozat számos gépjárműipari és egyéb járműipari felhasználási területre is alkalmas, többek között az alábbiakra:

• tükrök és üvegezés: visszapillantó tükrök, tetőrendszerek, elektrokromatikus üvegek és ablakmodulok
• világítás: első és hátsó lökhárító, ködlámpa, tolatólámpa, féklámpa, rendszámtábla-megvilágítás, jelzőfény, talajmegvilágító lámpa és külső megvilágítás
• érzékelő: parkolás, fékpedál, kamera, kulcs nélküli beléptetőmodul, abroncsnyomás és folyadéktartály
• hang: hangszóró (zörgésgátló és nagy átmérőjű vezeték) és mikrofon
• egyéb: felfüggesztés, hátsó ajtó, ajtók és motorháztető-kapcsoló

A JAE termékválasztékában megtalálható a 2 érintkezős, egysoros érintkezőelrendezésű MX80B02PZ1A (1. ábra) dugó és az MX80A02SZ1B (2. ábra) aljzat. Szintén kapható a 3 érintkezős, egysoros érintkezőelrendezésű MX80B03PZ1A dugó és MX80A03SZ1B aljzat, a 4 érintkezős, egysoros érintkezőelrendezésű MX80B04PZ1A dugó és MX80B04PZ1B aljzat, valamint a 6 érintkezős MX80A06SZ1A aljzat kialakítású csatlakozó. Az IPX9K védettségi minősítésű csatlakozók 4 érintkezős, egysoros érintkezőelrendezésű MX80D04PZ1A dugó és MX80E04SZ1A aljzat formájában kaphatóak.

1. ábra: Az MX80B02PZ1A 2 érintkezős, egysoros érintkezőelrendezésű dugó (Forrás: JAE Electronics)

2. ábra: Az MX80A02SZ1B 2 érintkezős, egysoros érintkezőelrendezésű aljzat (kép: JAE Electronics)

A JAE MX80 sorozat kis méretű, vízálló, egysoros érintkezőelrendezésű csatlakozókból áll, amelyeknek a választott vezetékmérettől (0,75–1,0 mm², 0,3–0,5 mm² és 0,13–0,22 mm²) függően különböző az áramterhelhetőségük. A 2 érintkezős csatlakozóknak 0,13 mm² vezeték-keresztmetszet esetén 4,2 A, a 3 érintkezősöknek 3,7 A, a 4 érintkezősöknek pedig 3,6 A a névleges áramterhelhetősége. 0,35 mm² vezeték-keresztmetszet esetén ezek a névleges értékek 7,1 A, 6,4 A és 5,4 A, 1,0 mm² esetén pedig 10,3 A, 10,0 A és 9,5 A.

A csatlakozókat környezetvédelmi szempontból a gépjárműipari villamos csatlakozórendszerekre vonatkozó USCAR-2 V2 teljesítőképességi szabvány és az LV214 (3. súlyosságú) csatlakozóvizsgálati szabvány szerint tesztelték. A csatlakozók fülmérete az ISO/JASO/EWCAP/VDA szabványnak megfelelően 0,64 mm, 2,54 mm az érintkező-osztástávolságuk, és a dugó kialakítású házakon egy konzol van kialakítva a jármű alvázához való rögzítés elősegítésére.

A hátsó burkolatok, maguk házak és az első rögzítőelemek (3. ábra) polibutilén-tereftalát és üvegszál keverékéből (PBT-GF10) készülnek. A tömítések szilikongumiból vannak. A JAE kínál (külön megvásárolható és szállításkor be nem épített) érintkezőket is, köztük az MX80S08K3F1 jelűt, amely rézötvözetből készült, és ónbevonattal van ellátva. A nem használt furatok lezárására szolgáló vakdugók IPX7 (MX80A000XD1) és IPX9K (MX60A000XD2) védettségi minősítésű változatban is kaphatóak.

3. ábra: Az MX80 egysoros érintkezőelrendezésű dugó és aljzat robbantott ábrája (kép: JAE Electronics)

A JAE kínálatában szerepelnek az MX81 sorozatú kis méretű, nem vízálló csatlakozók is, amelyek a járműbe épített elektronikus eszközök, például ECU-k és érzékelők csatlakoztatására alkalmasak. Az MX81 csatlakozók, beleértve az MX81A002SF1 jelűt is, ugyanazokat a (dugóba és aljzatba való) érintkezőket használják, mint az MX80 sorozatú vízálló csatlakozók. Ez lehetővé teszi ugyanazon érintkezők és rányomószerszámok használatát a jármű vízálló és nem vízálló területeinek széles skáláján.

Összegzés

A gépjárműgyártók több elektronikával feljavított szolgáltatást és funkciót szeretnének a meglévő terekbe beépíteni. Azok a terméktervezők, akik ki tudják használni a kis méretű és hatékony csatlakozók új fajtáit, képesek lesznek kisebb méretű, nagyobb teljesítőképességű alkatrészeket gyártani, és nagyobb rugalmasságot kínálnak a gyártóknak a piaci igények kielégítésére.