L'elettronica dei veicoli dipende da connettori sempre più piccoli

Le case automobilistiche aggiungono o migliorano continuamente le caratteristiche e le funzioni dei veicoli, molte delle quali dipendono dalle unità di controllo elettronico (ECU). Tuttavia, lo spazio è limitato e ciò spinge a cercare connettori miniaturizzati e più efficienti per gestire il flusso di energia e le comunicazioni e garantire il funzionamento dei sistemi elettronici ed elettrici.

Gli odierni specchietti retrovisori ne sono un esempio lampante: non è raro che questi dispositivi incorporino motorini, indicatori di monitoraggio dell'angolo morto, frecce direzionali, elementi riscaldanti, illuminatori del manto stradale, antenne del sistema di accesso senza chiave e persino generatori di onde ultrasoniche per eliminare le goccioline d'acqua. Si tratta di una moltitudine di componenti elettronici, tutti impermeabili e altamente resistenti alle vibrazioni, racchiusi in un involucro relativamente compatto.

Il settore automotive è in piena trasformazione, alimentata dalla continua informatizzazione di caratteristiche e funzioni e da massicci investimenti da parte di governi e industrie volti ad accelerare la transizione dai motori a combustione interna.

I veicoli sono sistemi informatici sempre più mobili che, secondo le case automobilistiche, aprono la strada a nuovi servizi di auto connesse che generano profitti. Anche i sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS), la guida autonoma, la manutenzione predittiva e i modelli di proprietà condivisa contribuiscono a spostare l'attenzione verso i veicoli guidati dal software.

Queste forze si ripercuoteranno anche sui fornitori di componenti, che dovranno aspettarsi una transizione dirompente, mentre le case automobilistiche mettono a punto le loro strategie per soddisfare le aspettative e le richieste dei consumatori, che possono cambiare rapidamente.Ad esempio, diverse case automobilistiche hanno accelerato o rallentato i loro piani di transizione ai veicoli elettrici (EV) e la gestione della supply chain rimane un problema costante che può complicare le relazioni con i fornitori.

Una certezza da tener presente è la continua spinta verso la miniaturizzazione dei componenti, in quanto le case automobilistiche cercano di aggiungere più funzionalità elettroniche all'interno di un ingombro complessivo del veicolo che varia poco di anno in anno.

I fornitori di componenti devono progettare prodotti più piccoli e devono anche pianificare l'aumento delle prestazioni di tali prodotti, dato che i produttori cercano di trarre vantaggio da un numero maggiore di ECU che affollano uno spazio limitato. I connettori, che spesso sono l'ultimo pensiero dei progettisti di nuovi prodotti, stanno diventando sempre più critici nel processo di progettazione, in quanto i produttori cercano moduli e cavi più piccoli.

Diventare grandi diventando piccoli e più affidabili

I cavi e i connettori costituiscono essenzialmente il sistema nervoso centrale e devono diventare più innovativi e compatti per supportare il ruolo in espansione di computer e sensori. In alcuni casi, i connettori tradizionali dei veicoli odierni possono essere di dimensioni maggiori rispetto ai moduli che dipendono da essi. Devono diventare più piccoli, più affidabili e offrire configurazioni più flessibili in spazi ristretti e affollati, rendendo sempre più difficile la manutenzione.

La miniaturizzazione dei connettori è avvenuta spesso a scapito delle prestazioni, il che è inaccettabile per i produttori che operano secondo rigorosi criteri di prova e che cercano di ottenere vantaggi competitivi.

Gli specchietti citati in precedenza illustrano la necessità di funzionalità più sofisticate che aumentano i requisiti tecnici dei connettori. I clienti del settore automotive e i fornitori di componenti richiedono connettori che consentano di risparmiare spazio, trasportare correnti elevate, migliorare la lavorabilità e resistere all'acqua e a vibrazioni elevate.

Gli ingegneri di JAE Electronics, fornitore di interconnessioni tra i primi 10 al mondo, hanno raccolto la sfida progettando un connettore impermeabile per il settore automotive in grado di fornire le prestazioni, il design e la flessibilità necessari per soddisfare le richieste dei clienti in merito ai progressi tecnologici del settore.

JAE ha sviluppato la serie MX80 di connettori maschio e femmina in linea automotive che corrispondono a fili di sezione compresa tra 0,13 e 1,0 mm² e con un intervallo della temperatura di funzionamento compreso tra -40 °C e +125 °C. Partendo dai terminali all'interno dei connettori, gli ingegneri hanno valutato diversi aspetti, tra cui la geometria delle molle, la gestione della corrente, il bloccaggio meccanico, la sezione dei fili, l'ottimizzazione della crimpatura, la prevenzione dei danni, l'accesso alla sonda di prova, l'installazione e la rimozione, l'ampia temperatura di funzionamento, la tenuta e le prestazioni di vibrazione.

Dopo aver definito questi requisiti, il team di JAE ha affrontato la progettazione del connettore vero e proprio, compresi lo stampaggio, la selezione dei materiali e l'assemblaggio. Sfruttando l'esperienza dell'azienda nella produzione di connettori miniaturizzati di alta qualità, ha iniziato a sviluppare un connettore compatto ad alte prestazioni in grado di soddisfare i requisiti di resistenza all'acqua, correnti elevate e alta affidabilità.

La serie di connettori concilia forza di ritegno e miniaturizzazione

JAE ha sviluppato due versioni prototipo, una incentrata sulla miniaturizzazione finale e l'altra sulla riduzione della forza di ritegno dovuta alla miniaturizzazione. In seguito a questi sforzi, JAE ha sviluppato un design unico con un fermo installato davanti alla guarnizione di gomma per migliorare la ritenzione.

Il nuovo design garantisce il corretto assemblaggio del cablaggio e il ritegno del terminale e soddisfa il grado di protezione IPX7 a profondità d'acqua di 1 metro per 30 minuti. È disponibile anche una versione IPX9K a 4 posizioni, in grado di resistere a getti d'acqua ad alta temperatura e pressione.

JAE fornisce versioni maschio e femmina in linea a 2, 3 e 4 posizioni dei connettori MX80. La versione a 6 posizioni è disponibile solo come connettore di tipo femmina. Per una maggiore affidabilità e per evitare assemblaggi incompleti, i connettori incorporano una funzione di garanzia di posizione del terminale (TPA) sugli alloggiamenti per rilevare l'inserimento incompleto. È fornito anche un chiaro clic acustico che aiuta a confermare l'avvenuto accoppiamento.

La serie MX80 è adatta a un'ampia gamma di applicazioni automotive e per veicoli da trasporto, tra cui:

• Specchi e vetri: specchietti retrovisori esterni, sistemi tettuccio, vetri elettrocromici e moduli vetri
• Illuminazione: paraurti anteriore e posteriore, fendinebbia, luce di retromarcia, luce di stop, illuminazione targa, indicatore di direzione, lampada pozzanghera, illuminazione ambientale
• Sensore: parcheggio, pedale del freno, telecamera, modulo di accesso senza chiave, pressione pneumatici e serbatoio di liquidi
• Audio: altoparlante (antivibrazioni e cavo di grandi dimensioni), microfono
• Altro: sospensioni, portellone, porte e interruttore cofano

La gamma di componenti di JAE comprende il connettore in linea a 2 pin MX80B02PZ1A (Figura 1) e il connettore femmina MX80A02SZ1B (Figura 2). Sono inoltre disponibili i connettori in linea a 3 pin MX80B03PZ1A e femmina MX80A03SZ1B, i connettori in linea a 4 pin MX80B04PZ1A e femmina MX80B04PZ1B e il connettore femmina a 6 pin MX80A06SZ1A. I connettori con grado di protezione IPX9K sono disponibili nei formati MX80D04PZ1A in linea e MX80E04SZ1A a 4 pin.

Figura 1: Alloggiamento del connettore in linea a 2 pin MX80B02PZ1A (Immagine per gentile concessione di JAE Electronics)

Figura 2: Connettore femmina a 2 posizioni MX80A02SZ1B (Immagine per gentile concessione di JAE Electronics)

La serie MX80 di JAE è costituita da connettori in linea compatti e impermeabili con un ampio intervallo di capacità di trasporto di potenza, a seconda della sezione del filo scelto: 0,75 ~ 1,0 mm², 0,3 ~ 0,5 mm² e 0,13 ~ 0,22 mm². Con un cavo di 0,13 mm², i connettori a 2 pin sono dimensionati per 4,2 A, quelli a 3 pin per 3,7 A e quelli a 4 pin per 3,6 A. Con fili da 0,35 mm², i valori nominali sono rispettivamente di 7,1 A, 6,4 A e 5,4 A, mentre per fili da 1,0 mm² i valori nominali sono rispettivamente di 10,3 A, 10,0 A e 9,5 A.

I connettori sono testati dal punto di vista ambientale secondo lo standard di prestazioni USCAR-2 V2 per i sistemi di connettori elettrici automotive e lo standard di test dei connettori LV214 (severità 3). Presentano una linguetta di dimensione standard ISO/JASO/EWCAP/VDA di 0,64 mm, sono compatibili con i contatti maschio con passo di 2,54 mm e incorporano una staffa integrata negli alloggiamenti dei pin per supportare le clip di fissaggio del telaio del veicolo.

I coperchi posteriori, gli alloggiamenti e i fermi anteriori (Figura 3) sono stampati in polibutilene tereftalato e fibra di vetro (PBT-GF10). Le guarnizioni sono in gomma siliconica. JAE offre contatti (venduti separatamente e non integrati al momento della consegna), tra cui il modello MX80S08K3F1, realizzato in lega di rame con finitura stagnata. I tappi ciechi per sigillare le cavità inutilizzate sono disponibili nelle versioni IPX7 (MX80A000XD1) e IPX9K (MX60A000XD2).

Figura 3: Viste espanse dei connettori maschio e femmina in linea MX80. (Immagine per gentile concessione di JAE Electronics)

JAE offre anche una serie di connettori compatti non impermeabili MX81, adatti a collegare dispositivi elettronici di bordo come ECU e sensori. I connettori MX81, compreso il modello MX81A002SF1, utilizzano gli stessi terminali della serie MX80. Ciò consente di utilizzare gli stessi terminali e attrezzi di crimpatura in molte aree impermeabili e non impermeabili del veicolo.

Conclusione

I produttori di autoveicoli vogliono aggiungere più caratteristiche e funzioni elettroniche negli spazi esistenti. I progettisti di prodotti in grado di sfruttare una nuova serie di connettori più compatti ed efficienti saranno in grado di fornire componenti più piccoli con maggiori prestazioni, offrendo ai produttori una maggiore flessibilità per soddisfare le richieste del mercato.