車載イーサネットケーブルの処理

May 06, 2023

今日の車両の電子機器はますます複雑になっています。 より多くのセンサー、制御、インターフェイスが使用されるようになると、より高い帯域幅、より高速なデータ スループット、より信頼性の高いネットワークが必要になります。 車内のケーブルやハーネスの重量も懸念事項です。

イーサネット ケーブルはその問題を解決します。 これらは、大量のデータを処理できる安全な転送メディアです。 また、コントローラー エリア ネットワークやローカル インターコネクト ネットワーク ケーブルよりも 30% 軽量です。

2016 年に、電気電子学会 (IEEE) は最初の車載イーサネット標準、IEEE 802.3bw または 100Base-T1 を発行しました。 100メガビット/秒の帯域幅はコンピュータネットワーキングの100Base-TXファストイーサネット規格に匹敵しますが、安全性を専門とする自動車サプライヤーであるAptivの特殊製品担当グローバルディレクターのミカ・アルペ氏によると、自動車用バージョンには大きな違いがあります。そして接続技術。

どちらの規格も、2 本の銅線がケーブルの長さに沿って撚り合わされた非シールド ツイストペア配線で動作します。 これにより、他のワイヤやコンポーネントに干渉する可能性のある電磁放射やクロストークの発生が減少すると同時に、他の発生源からの干渉にも抵抗する効果があります。

ただし、100Base-TX は 2 つのワイヤ ペアを使用しますが、車載イーサネットは 1 つのペアを使用するため、重量とコストが節約されますと Arpe 氏は説明します。 このペアは「バランス」されており、信号の電圧は等しいが反対であることを意味します。 送信信号と受信信号はどちらも、100Base-TX の個別のペアではなく、単一のペアで伝送されます。

100Base-TX 標準も最大長 100 メートルとして指定されており、その後のイーサネット標準はこの長さに準拠しています。 車載用イーサネットは最大わずか 15 メートルに仕様化されています。これは、車載アプリケーションでは車内のネットワーク コンポーネントまでこれ以上長い距離は必要なく、長さが短いためケーブル配線が軽量になるためです。

IEEE 802.3bw 標準のデータ伝送速度は、多くの初期の自動車アプリケーションをカバーできるため、現在広く使用されています。 しかし、車載コンピュータには高解像度のビデオ ストリームと複数のセンサーからのデータが組み込まれているため、より高速な処理が必要になると Arpe 氏は言います。

したがって、IEEE 802.3bw が完成した直後に、IEEE は 802.3bp、つまり 1000Base-T1 を承認し、シールド付きまたはシールドなしのツイストペア配線上でギガビット速度を実現したと Arpe 氏は言います。 この規格は以前の規格と多くの特徴を共有していますが、周波数は 600 メガヘルツとほぼ 10 倍高くなります。 これは、ケーブルがクロストークに対してより脆弱であることを意味し、エンジニアは車両全体の電磁ノイズを管理する際にこのことを念頭に置き、厳密にテストし、必要に応じてシールドする必要があります。 この規格は、次の 2 ～ 3 世代の車両プラットフォームに十分な帯域幅を提供します。

2020 年に、IEEE は 802.3ch を導入しました。これは、同じ 15 メートル上で毎秒 2.5、5、さらには 10 ギガビットの標準速度でマルチギガビット イーサネットを提供します。 これらの速度ではシールド付きツイストペア線が必要ですが、電気周波数が 7 ギガヘルツを超える場合は、電磁干渉を最小限に抑えるためにシールド付きパラレルペア線の使用が必要になる場合があります。

イーサネットの主な利点は、ネットワークが柔軟であり、再構成が容易であることだと Arpe 氏は言います。 障害が発生した場合、イーサネット ルーターはデータ トラフィックを別の方法でルーティングできます。 これは、車両内の主要なコンピューティング コンポーネントの中断のない接続を確保するために重要です。

また、車両ネットワークにおいて重要なのは、データ信号とともに電力を伝送するイーサネットの機能、つまりパワー・オーバー・データ・ライン (PoDL) と呼ばれる機能です、とアルペ氏は言います。 PoDL は最大 500 ミリアンペアの電力をサポートでき、最適化された衛星カメラなどの特定のセンサーには十分です。 これにより、自動車メーカーはすべてのニーズに対応するためにいくつかのセンサーに 1 対のワイヤを配線できるため、重量が軽減され、ハーネス設計が簡素化されます。

公差が厳しく、生産量が多いため、車載用イーサネット ケーブルは通常、手作業で組み立てられるのではなく、あるプロセスから別のプロセスにワイヤを転送する自動システムで組み立てられます。

たとえば、Komax のモジュラー Lambda 416 は、12 ステップのプロセスでシールド付きツイストペア ケーブルを自動的に剥がして終端します。 最初のステップでは、ワイヤが手動で治具に挿入され、機械がワイヤの端を「ゼロカット」プロセスで事前に認定します。 このプロセスは、シールド ケーブルやツイスト導体を処理する場合に特に役立ちます。 これにより、絶縁体が前方に引っ張られた場合でも、圧着における挿入位置が正しいことが保証されます。

次の 2 つのステーションでは、ケーブルの方向が調整され、外側のジャケットが切断されて部分的に除去されます。 ステーション 4 では、ジャケットが剥がされ、サポート スリーブがケーブルに圧着されます。 ステーション 5 では、編組シールドが剥がされ、外側のジャケットに対して折り畳まれます。 ステーション 6 と 7 では、フォイルに穴が開けられ、ツイストペアから取り除かれます。

ステーション 8 では、ペアがほどかれて広がり、ケーブルの端に Y 字型が作成されます。 ステーション 9 では、ペアの両端が剥がされます。 ステーション 10 では、両端にフェルールが圧着されます。

ステーション 11 では、編組にブラシをかけ、検査します。 最終ステーションでは、端子本体が一対のワイヤ上に圧着され、ケーブルをコネクタに接続できるようになります。

この機械は、圧着力モニタリング、触覚測定および光学測定による包括的な品質管理を提供します。

「シールド付きツイストペア ケーブルとシールドなしツイストペア ケーブルは…加工が難しいです。コネクタはいくつかの要素で構成されており、ピンポイントの精度で相互に位置決めして位置合わせする必要があります」と、Komax の営業、サービス、マーケティング担当副社長の Thomas Haslinger 氏は述べています。 「その結果、これらのケーブルを手作業で加工することはほとんど不可能です。自動化が必須です。」

もう 1 つの自動化オプションは、シュロイニガーの新しい S70 搬送ラインです。 柔軟なモジュール式マシンは、イーサネット、高速データ ケーブル、双方向 UTP および STP ケーブル、標準および高速 FAKRA ケーブル、エアバッグスクイブ ケーブルなどの 2 芯および 4 芯ケーブル、単線および同軸ケーブルを自動的に処理します。アセンブリ、安全スイッチ ハーネス、アンチロック ブレーキ、排気管理システム、温度センサーおよびアプリケーション用のケーブル。

ツールキャリアは、横方向、縦方向、軸方向に割り出すことができます。 部品供給、組立ステーション、コイリングシステム、テストステーションは、個別の要件に応じて統合できます。 システムは周辺機器を使用して拡張することもできます。

2021 年 11 月にミュンヘンで開催された Productronica 見本市で、このマシンはケーブル、コイル、ハイブリッド グループのイノベーション賞を受賞しました。