Fordonselektronik är beroende av allt mindre kontaktdon

Biltillverkare lägger kontinuerligt till och förbättrar funktioner i sina fordon, varav många är beroende av elektroniska styrenheter (ECU). Utrymmet är dock begränsat, vilket leder till en ständig strävan efter miniatyriserade och mer effektiva kontaktdon för att hantera strömflöde och kommunikation så att en fungerande elektronik och elektriska system kan säkerställas.

Dagens sidospeglar är ett utmärkt exempel: Det är inte ovanligt att dessa enheter innehåller motorer, indikeringar för övervakning av döda vinkeln, körriktningsvisare, värmeelement, markbelysning, antenner för nyckellösa system och till och med ultraljudsgeneratorer för att blåsa bort vattendroppar. Det är mycket elektronik - som måste vara vattentät och mycket motståndskraftig mot vibrationer - som ska rymmas i ett relativt kompakt hölje.

Bilindustrin står inför en omfattande omvandling, som drivs på av en fortsatt datorisering av egenskaper och funktioner, och massiva investeringar från regeringar och industri med syfte att påskynda en övergång från användningen av förbränningsmotorer.

Fordonen blir alltmer mobila datorsystem som biltillverkarna vill ska bana väg för nya intäktsgenererande tjänster för uppkopplade bilar. Avancerade förarassistanssystem (ADAS), autonom körning, förebyggande underhåll och modeller för delat ägande bidrar också till att tyngdpunkten förskjuts mot mjukvarudrivna fordon.

Dessa krafter kommer även att påverka komponentleverantörerna som måste anpassa sig i en mycket omvälvande övergångsfas när biltillverkarna finjusterar sina strategier för att motsvara konsumenternas förväntningar och krav, som snabbt kan förändras.Flera biltillverkare har exempelvis påskyndat eller bromsat sina planer på att övergå till elfordon, och hanteringen av leveranskedjan är fortfarande ett problem som kan försvåra leverantörsrelationerna.

En säker faktor att planera för är den fortsatta efterfrågan på miniatyrisering av komponenter när biltillverkare försöker lägga till mer elektronikfunktioner inom en övergripande fordonsstorlek som varierar lite från år till år.

Komponentleverantörerna måste konstruera mindre produkter, och de måste även planera för att öka prestandan hos dessa produkter när tillverkarna försöker dra nytta av fler elektroniska styrenheter i ett begränsat utrymme. Kontaktdon - som ofta är den sista tanken när konstruktörer planerar nya produkter - blir allt viktigare i konstruktionsprocessen när tillverkare letar efter mindre moduler och mindre kabelförläggning.

Att satsa stort genom att bli mindre och mer tillförlitlig

Kablar och kontaktdon utgör i huvudsak det centrala nervsystemet och måste bli mer innovativa och kompakta för att stödja den växande rollen för datorer och sensorer. I vissa fall kan de traditionella kontaktdonen i dagens fordon vara större än de moduler som är beroende av dem. De måste bli mindre, mer tillförlitliga och möjliggöra mer flexibla konfigurationer i trånga och välutnyttjade utrymmen, vilket gör dem allt svårare att underhålla.

Miniatyriseringen av kontaktdon har ofta skett på bekostnad av prestanda, vilket inte är acceptabelt för tillverkare som arbetar med stränga testkriterier och letar konkurrensfördelar.

De sidospeglar som nämndes tidigare illustrerar behovet av mer sofistikerade funktioner som höjer de tekniska kraven på kontaktdonen. Fordonskunder och komponentleverantörer efterfrågar kontaktdon som sparar utrymme, tål höga strömmar, förbättrar funktionen och står emot vatten och kraftiga vibrationer.

Ingenjörerna på JAE Electronics, en av världens tio största leverantörer av sammankopplingar, antog utmaningen och konstruerade ett vattentätt kontaktdon för fordonsindustrin som tillhandahåller den prestanda, design och flexibilitet som krävs för att bemöta kundernas krav på tekniska framsteg inom fordonsindustrin.

JAE har utvecklat serienMX80 med stift- och hylskontaktdon för fordonsindustrin som motsvarar ledningsstorlekar på 0,13 till 1 mm² och har ett drifttemperaturområde på -40 °C till +125 °C. Ingenjörerna började med anslutningarna inuti kontaktdonen och utvärderade flera aspekter, inklusive fjädergeometri, strömhantering, mekanisk låsning, trådstorleksintervall, optimering för krimpning, förebyggande av skador, åtkomst för testprober, montering och demontering, stort drifttemperaturområde, tätning och vibrationsprestanda.

Efter att ha definierat dessa krav tog JAE-teamet sig an själva konstruktionen av kontaktdonet, inklusive gjutning, materialval och montering. De utnyttjade företagets erfarenhet av att tillverka miniatyriserade kontaktdon av hög kvalitet och började utveckla ett kompakt kontaktdon med hög prestanda som kunde uppfylla de stränga kraven på vattentålighet, höga strömmar och hög tillförlitlighet.

Kontaktdonsserien förenar hållkraft och miniatyrisering

JAE utvecklade två prototypversioner, varav den ena var inriktad på extrem miniatyrisering och den andra på att hantera den minskade hållkraften till följd av miniatyriseringen. Efter dessa insatser utvecklade JAE en unik konstruktion med en hållare installerad framför gummitätningen för att förbättra hållkraften.

Den nya konstruktionen garanterar korrekt montering av kablage och anslutningens hållkraft, och uppfyller klassificeringen IPX7 för vatteninträngning för att motstå ett vattendjup på 1 meter i 30 minuter. Det finns även en IPX9K-version med 4 positioner som klarar vattenstrålar med hög temperatur och högt tryck.

JAE tillhandahåller stift- och hylsmodeller med 2, 3 och 4 positioner av kontaktdonen MX80. En modell med sex positioner finns endast som kontaktdon av hylstyp. För ökad tillförlitlighet och för att förhindra ofullständig montering har kontaktdonen en TPA-funktion (garanterad anslutningsposition) i höljet som upptäcker ofullständigt införande av anslutningen. Det finns även ett tydligt klickljud som gör det lättare att bekräfta fullständig sammankoppling.

Serien MX80 är lämplig för en mängd olika tillämpningar inom fordons- och transportsektorn, som t.ex:

• Speglar och glasrutor: sidospeglar, taksystem, elektrokromt glas och glasmoduler
• Belysning: främre och bakre stötfångare, dimljus, backljus, bromsljus, belysning av registreringsskylt, körriktningsvisare, strålkastare och omgivningsbelysning
• Sensorer: parkering, bromspedal, kamera, nyckellös dörröppning, däcktryck och vätskebehållare
• Ljud: högtalare (förhindrar skrammel och har stora ledningar) och mikrofon
• Övrigt: fjädring, baklucka, dörrar och motorhuv

Bland komponenterna från JAE finns det kontaktdonet MX80B02PZ1A med två stift (figur 1) och hylskontaktdonet MX80A02SZ1B (figur 2). Dessutom finns stiftkontaktdonet MX80B03PZ1A med tre stift och hylskontaktdonet MX80A03SZ1B, stiftkontaktdonet MX80B04PZ1A med fyra stift och hylskontaktdonet MX80B04PZ1B samt hylskontaktdonet MX80A06SZ1A med sex stift. Stiftkontaktdonen MX80D04PZ1A och hylskontaktdonet MX80E04SZ1A med fyra stift, finns med IPX9-klassificering.

Figur 1: Stiftkontaktdonet MX80B02PZ1A med två stift (Källa: JAE Electronics)

Figur 2: MX80A02SZ1B är en hylskontakt med två stift. (Källa: JAE Electronics)

Serien MX80 från JAE är kompakta, vattentäta stiftkontakter med ett brett urval av strömhanteringsförmåga, beroende på vald trådstorlek: 0,75-1 mm², 0,3-0,5 mm² och 0,13-0,22 mm². Med en trådstorlek på 0,13 mm² är kontaktdonen med 2 stift klassificerade för 4,2 A, 3 stift för 3,7 A och 4 stift för 3,6 A. Med en trådstorlek på 0,35 mm² är dessa värden 7,1 A, 6,4 A respektive 5,4 A, och för en trådstorlek på 1 mm² är värdena 10,3 A, 10 A respektive 9,5 A.

Kontaktdonen är miljötestade enligt standarden USCAR-2 V2 för elektriska kontaktdonssystem i fordon och teststandarden LV214 (allvarlighetsgrad 3) för kontaktdon. De har en flikstorlek på 0,64 mm enlighet standarderna ISO/JASO/EWCAP/VDA, är kompatibla med stiftkontakter med 2,54 mm stiftavstånd och har ett integrerat fäste på stifthusen för att stödja chassimontering med fordonsclips.

Den bakre kåpan, höljet och främre hållaren (figur 3) är gjutna av polybutylentereftalat och glasfiber (PBT-GF10). Tätningarna är av silikongummi. JAE erbjuder kontaktdon (säljs separat och medföljer inte vid leveranstillfället), som inkluderar MX80S08K3F1, tillverkade av kopparlegering och med en tennpläterad yta. Blindpluggar för att täta oanvända hålrum finns både i modeller med IPX7-klassificering(MX80A000XD1) och IPX9K-klassificering(MX60A000XD2).

Figur 3: Utökad bild av stift- och hylskontaktdonen MX80. (Källa: JAE Electronics)

JAE erbjuder även serien MX81 av icke-vattentäta kompakta kontaktdon, som är lämpliga för anslutning av elektroniska enheter i fordon, såsom elektroniska styrenheter och sensorer. Kontaktdonen MX81, inkluderar MX81A002SF1 och använder samma hylsanslutningar som de vattentäta kontaktdonen MX80. Det möjliggör användning av samma kontaktdon och pressverktyg för en stor mängd vattentäta och icke-vattentäta områden i fordonet.

Sammanfattning

Fordonstillverkare vill lägga till fler elektronikfunktioner i befintliga utrymmen. Produktutvecklare som kan dra nytta av en ny typ av mer kompakta och effektiva kontaktdon kommer att kunna leverera mindre komponenter med bättre prestanda, vilket ger tillverkarna större flexibilitet att möta marknadens krav.