Voertuigelektronica is afhankelijk van steeds kleinere connectors

Autofabrikanten voegen voortdurend functies aan hun voertuigen toe of verbeteren deze. Veel van deze functies zijn afhankelijk van elektronische regeleenheden (ECU's). De ruimte is echter beperkt, waardoor er een voortdurende drang is naar geminiaturiseerde en efficiëntere connectors voor de verwerking van stroom en communicatie om te zorgen voor goed functionerende elektronica en elektrische systemen.

De buitenspiegels van tegenwoordig zijn daar een goed voorbeeld van: Het is niet ongewoon dat deze apparaten motors, dodehoekindicators, richtingaanwijzers, verwarmingselementen, grondverlichting, antennes voor keyless entry-systemen en zelfs ultrasone golfgenerators bevatten om waterdruppels af te blazen. Dat is een heleboel elektronica - die allemaal waterdicht en zeer trillingsbestendig moet zijn - in een relatief compacte behuizing.

De auto-industrie ondergaat een enorme transformatie, aangewakkerd door de voortdurende automatisering van functies en kenmerken en door enorme investeringen door overheden en industrie om de overgang van verbrandingsmotoren te versnellen.

Voertuigen worden steeds meer mobiele computersystemen waarvan autofabrikanten denken dat ze de weg vrijmaken voor nieuwe inkomstengenererende connected-car services. Geavanceerde hulpsystemen voor de bestuurder (ADAS), autonoom rijden, voorspellend onderhoud en modellen voor gedeeld eigendom dragen ook bij aan de verschuiving in de richting van softwaregedreven voertuigen.

Deze krachten zullen ook gevolgen hebben voor de toeleveranciers van onderdelen, die zich moeten aanpassen aan een zeer ontwrichtende overgang waarbij autofabrikanten hun strategieën moeten afstemmen op de verwachtingen en eisen van de consument, die snel kunnen veranderen.Verschillende autofabrikanten hebben bijvoorbeeld hun plannen om over te schakelen op elektrische voertuigen (EV's) versneld of vertraagd en het beheer van de toeleveringsketen blijft een hardnekkig probleem dat de relaties met leveranciers kan bemoeilijken.

Een zekerheid om rekening mee te houden is de voortdurende vraag naar de miniaturisatie van componenten, omdat autofabrikanten meer elektronicamogelijkheden proberen toe te voegen binnen een totale voertuigomvang die van jaar tot jaar weinig verschilt.

Onderdelenleveranciers moeten kleinere producten ontwerpen, en ze moeten ook plannen maken om de prestaties van die producten te verbeteren omdat fabrikanten proberen te profiteren van meer ECU's in de beperkte ruimte. Connectoren, die vaak een laatste gedachte zijn wanneer ontwerpers nieuwe producten plannen, worden steeds kritischer in het ontwerpproces nu fabrikanten op zoek gaan naar kleinere modules en routing van kabels.

Groot gaan door klein en betrouwbaarder te worden

Kabels en connectors vormen in wezen het centrale zenuwstelsel en moeten innovatiever en compacter worden om de groeiende rol van computers en sensors te ondersteunen. In sommige gevallen zijn de traditionele connectoren in de huidige voertuigen groter dan de modules die ervan afhankelijk zijn. Ze moeten kleiner en betrouwbaarder worden en flexibelere configuraties mogelijk maken in krappe en drukke ruimtes, waardoor ze steeds moeilijker te onderhouden zijn.

De miniaturisatie van connectors is vaak bereikt ten koste van de prestaties, wat onaanvaardbaar is voor fabrikanten die werken met strenge testcriteria en op zoek zijn naar concurrentievoordelen.

De eerder genoemde buitenspiegels illustreren de behoefte aan geavanceerdere mogelijkheden die de technische vereisten voor connectors verhogen. Automobielklanten en onderdelenleveranciers vragen om connectoren die ruimte besparen, hoge stromen kunnen geleiden, beter verwerkbaar zijn en bestand zijn tegen water en hoge trillingen.

Ingenieurs bij JAE Electronics, een wereldwijde top 10-leverancier van interconnectors, gingen de uitdaging aan door een waterdichte autoconnector te ontwerpen die de prestaties, het ontwerp en de flexibiliteit biedt die nodig zijn om te voldoen aan de eisen van de klant voor technologische vooruitgang in de auto-industrie.

JAE ontwikkelde de MX80-serie in-line pin- en busconnectors voor auto's die overeenkomen met draadmaten van 0,13 tot 1,0 mm² en een bedrijfstemperatuurbereik hebben van -40 °C tot +125 °C. Beginnend met de aansluitingen binnenin de connectors, evalueerden de technici meerdere aspecten, waaronder veergeometrie, stroomverwerking, mechanische vergrendeling, bereik draadgrootte, optimalisatie van de krimp, schadepreventie, toegang tot de testsonde, installatie en verwijdering, brede bedrijfstemperatuur, afdichting en trillingsprestaties.

Na het definiëren van deze vereisten ging het JAE-team aan de slag met het eigenlijke connectorontwerp, inclusief spuitgieten, materiaalselectie en assemblage. Gebruikmakend van de ervaring van het bedrijf in de productie van miniatuurconnectors van hoge kwaliteit, gingen ze aan de slag met de ontwikkeling van een compacte connector met hoge prestaties die kon voldoen aan de strenge eisen voor waterbestendigheid, hoge stromen en hoge betrouwbaarheid.

Connectorserie verzoent retentiekracht en miniaturisatie

JAE ontwikkelde twee prototype-ontwerpversies, waarvan de ene gericht was op ultieme miniaturisatie en de tweede op het aanpakken van de verminderde retentiekracht als gevolg van miniaturisatie. Na deze inspanningen ontwikkelde JAE een uniek ontwerp met een houder die voor de rubberen afdichting is geplaatst om de retentie te verbeteren.

Het nieuwe ontwerp zorgt voor een goede assemblage van de kabelboom en klemmen en voldoet aan de IPX7-beschermingsklasse voor waterdiepten van 1 meter gedurende 30 minuten. Er is ook een 4-positie IPX9K-versie verkrijgbaar, die bestand is tegen waterstralen van hoge temperatuur en hoge druk.

JAE levert 2-, 3- en 4-positie in-line pin- en socket-versies van de MX80-connectors. Een versie met 6 posities is alleen verkrijgbaar als connector met socket. Voor extra betrouwbaarheid en om onvolledige montage te voorkomen, zijn de connectors voorzien van een TPA-functie (Terminal Position Assurance) op de behuizingen om onvolledige plaatsing van de aansluitklemmen te detecteren. Er is ook een duidelijk hoorbare klik om de paring te bevestigen.

De MX80-serie is geschikt voor een breed scala aan toepassingen in de auto- en transportsector, waaronder:

• Spiegels en beglazing: buitenspiegels, daksystemen, elektrochromisch glas en beglazingsmodules
• Verlichting: voor- en achterbumper, mistlamp, achteruitrijlicht, stoplicht, kentekenplaatverlichting, richtingaanwijzer, plaslamp en sfeerverlichting
• Sensor: parkeerstand, rempedaal, camera, sleutelvrije toegangsmodule, bandenspanning en vloeistofreservoir
• Audio: luidspreker (anti-ratel en grote draadmaat) en microfoon
• Overige: ophanging, achterklep, deuren en motorkapschakelaar

Tot het componentenportfolio van JAE behoren de 2-pins MX80B02PZ1A (Afbeelding 1) in-line connector en MX80A02SZ1B (Afbeelding 2) socketconnector. Ook verkrijgbaar zijn de 3-pins MX80B03PZ1A in-line en MX80A03SZ1B-socketconnectors; de 4-pins MX80B04PZ1A in-line en MX80B04PZ1B-socketconnectors; en de 6-pins MX80A06SZ1A-socketconnector. Connectoren met IPX9K-classificatie zijn verkrijgbaar in 4-pins MX80D04PZ1A in-line en MX80E04SZ1A-socketformaten.

Afbeelding 1: De MX80B02PZ1A 2-pins in-line connectorbehuizing (Bron: JAE Electronics)

Afbeelding 2: De 2-positie socketconnector van de MX80A02SZ1B. (Bron: JAE Electronics)

De JAE MX80-serie is een compacte, waterdichte in-line connector met een uitgebreide reeks stroomvoerende eigenschappen, afhankelijk van de gekozen draadgrootte: 0,75 ~ 1,0 mm², 0,3 ~ 0,5 mm² en 0,13 ~ 0,22 mm². Met een draadgrootte van 0,13 mm² zijn 2-pins connectors berekend op 4,2 A, 3-pins op 3,7 A en 4-pins op 3,6 A. Bij een draad van 0,35 mm² zijn deze waarden respectievelijk 7,1 A, 6,4 A en 5,4 A, en bij een draad van 1,0 mm² zijn de waarden respectievelijk 10,3 A, 10,0 A en 9,5 A.

De connectors zijn getest volgens de USCAR-2 V2-prestatienorm voor elektrische connectorsystemen voor auto's en de LV214 (severity 3) connectortestnorm. Ze hebben de ISO/JASO/EWCAP/VDA-norm 0,64 mm tabgrootte, zijn compatibel met pincontacten met een pitch van 2,54 mm en bevatten een geïntegreerde beugel op pinbehuizingen ter ondersteuning van chassisbevestigingsklemmen voor voertuigen.

Achterdeksels, behuizingen en voorste houders (Afbeelding 3) zijn gegoten uit polybutyleentereftalaat en glasvezel (PBT-GF10) materiaal. Afdichtingen zijn van siliconenrubber. JAE biedt contacten (afzonderlijk verkocht en niet geïntegreerd op het moment van levering), waaronder de MX80S08K3F1, gemaakt van koperlegering en een vertinde afwerking. Dummypluggen om ongebruikte holtes af te dichten zijn verkrijgbaar in IPX7(MX80A000XD1) en IPX9K (MX60A000XD2) uitvoering.

Afbeelding 3: Uitgebreide weergaven van MX80 in-line pin- en busconnectors. (Bron: JAE Electronics)

JAE biedt ook een MX81-serie niet-waterdichte compacte connectors, die geschikt zijn voor het aansluiten van elektronische apparaten in voertuigen, zoals ECU's en sensors. De MX81-connectors, waaronder de MX81A002SF1, maken gebruik van dezelfde socketklemmen als de waterdichte connectors van de MX80-serie. Hierdoor kunnen dezelfde klemmen en krimpgereedschappen worden gebruikt voor een groot aantal waterdichte en niet-waterdichte delen van het voertuig.

Conclusie

Autofabrikanten willen meer elektronische mogelijkheden en functies toevoegen aan bestaande ruimtes. Productontwerpers die gebruik kunnen maken van een nieuwe generatie compactere en efficiëntere connectors zullen kleinere componenten kunnen leveren met betere prestaties, waardoor fabrikanten meer flexibiliteit krijgen om aan de vraag van de markt te voldoen.