Procesamiento de cables Ethernet para automóviles

Jul 22, 2023

La electrónica de los vehículos actuales es cada vez más compleja. Con más sensores, controles e interfaces que utilizan un mayor ancho de banda, se requiere un rendimiento de datos más rápido y redes más confiables. El peso de los cables y arneses del vehículo también es motivo de preocupación.

Los cables Ethernet resuelven ese problema. Son un medio de transferencia seguro que puede manejar grandes cantidades de datos. Y son un 30 por ciento más livianos que los cables de red de área de controlador o de red de interconexión local.

En 2016, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) publicó el primer estándar de Ethernet automotriz, IEEE 802.3bw o 100Base-T1. Si bien el ancho de banda de 100 megabits por segundo es comparable al estándar Fast Ethernet 100Base-TX para redes de computadoras, existen diferencias clave en la versión para automóviles, según Mika Arpe, director global de productos especiales de Aptiv, un proveedor de automóviles especializado en seguridad. y tecnología de conectividad.

Ambos estándares funcionan con cableado de par trenzado sin blindaje, en el que dos cables de cobre se entrelazan a lo largo del cable. Esto tiene el efecto de producir menos radiación electromagnética y diafonía que podría interferir con otros cables o componentes, al mismo tiempo que resiste la interferencia de otras fuentes.

Sin embargo, 100Base-TX utiliza dos pares de cables, mientras que Automotive Ethernet utiliza un solo par, lo que ahorra peso y coste, explica Arpe. El par está "equilibrado", lo que significa que las señales tienen voltajes iguales pero opuestos. Las señales de transmisión y recepción se realizan en un solo par, en lugar de en pares separados de 100Base-TX.

El estándar 100Base-TX también se especificó para una longitud máxima de 100 metros, una longitud a la que se han adherido los estándares Ethernet posteriores. Se especificó Ethernet para automóviles para un máximo de solo 15 metros, ya que las aplicaciones automotrices no necesitan una distancia más larga para conectar en red los componentes dentro de un vehículo, y la longitud más corta permite un cableado más liviano.

La velocidad de transmisión de datos del estándar IEEE 802.3bw puede cubrir muchas aplicaciones automotrices iniciales, por lo que se usa ampliamente en la actualidad. Pero, como las computadoras de los automóviles incorporan secuencias de vídeo de mayor definición y datos de múltiples sensores, serían necesarias velocidades más altas, afirma Arpe.

Por lo tanto, poco después de que se finalizara IEEE 802.3bw, IEEE ratificó 802.3bp, o 1000Base-T1, que proporciona velocidades gigabit sobre cableado de par trenzado blindado o no blindado, dice Arpe. Este estándar comparte muchos atributos con su predecesor, pero la frecuencia es casi 10 veces mayor, 600 megahercios. Esto significa que los cables son más vulnerables a las interferencias y los ingenieros deben tener esto en cuenta mientras gestionan el ruido electromagnético en todo el vehículo, realizando pruebas rigurosas y blindando cuando sea necesario. Este estándar proporcionará suficiente ancho de banda para las próximas dos o tres generaciones de plataformas de vehículos.

En 2020, IEEE introdujo 802.3ch, que proporciona Ethernet multigigabit a velocidades estándar de 2,5, 5 e incluso 10 gigabits por segundo en los mismos 15 metros. A estas velocidades se necesitan cables de par trenzado blindados, pero las frecuencias eléctricas superiores a 7 gigahercios pueden requerir el uso de cables de par paralelo blindados para minimizar la interferencia electromagnética.

Un beneficio clave de Ethernet es que es una red flexible que permite reconfiguraciones sencillas, afirma Arpe. Si hay una falla, un enrutador Ethernet puede enrutar el tráfico de datos de una manera diferente. Esto es importante para garantizar una conectividad ininterrumpida de los principales componentes informáticos de un vehículo.

También es fundamental en las redes de vehículos la capacidad de Ethernet para transportar energía eléctrica junto con la señal de datos, una característica llamada alimentación a través de líneas de datos (PoDL), dice Arpe. PoDL puede soportar hasta 500 miliamperios de potencia, suficiente para ciertos sensores, como una cámara satelital optimizada. Esto permite a los fabricantes de vehículos pasar un solo par de cables a algunos sensores para todas sus necesidades, reduciendo el peso y simplificando el diseño del arnés.

Debido a las estrictas tolerancias y los altos volúmenes de producción, los cables Ethernet para automóviles generalmente no se ensamblan manualmente, sino en sistemas automatizados que transfieren cables de un proceso a otro.

Por ejemplo, el Lambda 416 modular de Komax pela y termina automáticamente cables de par trenzado apantallados en un proceso de 12 pasos. En el primer paso, se inserta manualmente un cable en un dispositivo y la máquina precalifica el extremo del cable con un proceso de “corte cero”. Este proceso es particularmente útil cuando se procesan cables apantallados o conductores trenzados. Garantiza que la posición de inserción en el engarce sea correcta incluso si se tira del aislamiento hacia adelante.

En las dos estaciones siguientes, se orienta el cable y se corta y retira parcialmente la cubierta exterior. En la estación 4, se retira la cubierta y se engarza un manguito de soporte al cable. En la estación 5, el escudo trenzado se retira y se dobla contra la chaqueta exterior. En las estaciones 6 y 7, la lámina se perfora y se retira del par trenzado.

En la estación 8, el par se desenrosca y se separa, creando una forma de Y en el extremo del cable. En la estación 9, se pela cada extremo del par. Y en la estación 10, se engarzan casquillos en cada extremo.

En la estación 11, se cepilla e inspecciona la trenza. En la última estación, se engarza un cuerpo terminal sobre el par de cables, lo que permite que el cable se conecte a un conector.

La máquina proporciona un control de calidad integral con monitoreo de la fuerza de engarzado, así como medición táctil y óptica.

“Los cables de par trenzado blindados y no blindados... son difíciles de procesar. Los conectores constan de varios elementos que deben posicionarse y alinearse entre sí con precisión milimétrica”, afirma Thomas Haslinger, vicepresidente de ventas, servicio y marketing de Komax. “Como resultado, estos cables son casi imposibles de procesar a mano. La automatización es imprescindible”.

Otra opción automatizada es la nueva línea transfer S70 de Schleuniger. La máquina flexible y modular procesa automáticamente cables de dos y cuatro conductores, hilos simples y cables coaxiales, incluidos Ethernet, cables de datos de alta velocidad, cables UTP y STP bidireccionales, cables FAKRA estándar y de alta velocidad, cables de detonador de bolsas de aire. conjuntos, arneses de interruptores de seguridad y cables para frenos antibloqueo, sistemas de gestión de escape, sensores de temperatura y aplicaciones.

El portaherramientas se puede orientar lateral, vertical y axialmente. La alimentación de piezas, las estaciones de montaje, los sistemas de bobinado y las estaciones de prueba se pueden integrar según las necesidades individuales. El sistema también se puede ampliar con dispositivos periféricos.

En noviembre de 2021, en la feria Productronica de Múnich, la máquina recibió el premio a la innovación en el grupo Cables, bobinas e híbridos.