HPC - Der Wandel im Automobil Bordnetz
So meistert ein Steckverbinder diese Herausforderung
Erhöhter elektrischer Aufwand, bedingt durch den Wandel zu E-Mobility, Autonomem Fahren und Infotainment- Systemen mit 4K-HD-Auflösung, erfordert neue Bordnetzarchitekturen im Automobilbau. Die klassische dezentrale Bordnetz-Architektur stößt aufgrund Ihrer Komplexität und der geforderten Highspeed-Eigenschaften an ihre Grenzen. ept bietet für die Herausforderungen die passenden Board-to-Board-Steckverbinder.
Definition Bordnetz: Dezentrale, Domänen und Zonen-Architektur
Die klassische dezentrale Architektur im Automobil besteht aus bis zu 100 Steuergeräten, wobei jedem Steuergerät eine definierte Funktion zugeordnet wird: Motorsteuerung, Airbag, ABS / ESP, Sitzverstellung, Klimatisierung, uvm.. Jede Steuerung arbeitet autark und kommuniziert über Gateways zu anderen Steuergeräten.
Im Laufe der vergangenen Jahrzehnte unterlag die dezentrale Architektur einem historischen Wachstum, jede neue Funktionalität wurde um ein weiteres Steuergerät ergänzt. Heute jedoch stößt sie an ihre Grenzen: Zunehmende Funktionalitäten erhöhen den Installations- und Verdrahtungsaufwand innerhalb des Fahrzeuges deutlich.
Bei der Domänen-Architektur werden die Steuergeräte in verschiedene Funktionsbereiche zusammengefasst. Jede Domäne ist für einen bestimmten Bereich des Fahrzeugs zuständig, wie zum Beispiel Antrieb, Infotainment oder Sicherheit. Die übergeordnete Steuerung einer Domäne, wird durch einen eigenständigen High Performance Computer (HPC) ausgeführt. Dieser koordiniert die Steuergeräte innerhalb seiner Domäne. Für den Funktionsbereich Sicherheit wären das beispielsweise Steuergeräte für Fahrerassistenzsysteme, ABS/ESP und Lenksysteme.
Im Vergleich zur dezentralen Architektur verringert sich durch die kleinere Anzahl der verbauten Steuergeräte der Verdrahtungs- und Installationsaufwand. Die Domänen-Architektur kann somit im Vergleich zur dezentralen Architektur auch effektiv zur Kosten- und Gewichtsreduktion beitragen. Zusätzliche Funktionen können darüber hinaus mit geringem Aufwand nachträglich integriert werden.
Bei der Zonenarchitektur erfolgt die Strukturierung nicht anhand der Domänen, sondern nach lokalen Zonen. So werden beispielsweise innerhalb einer Zone im Automobil mehrere Funktionalitäten gebündelt. Demnach können durchaus auch Funktionen wie Antrieb und Infotainment in einem Zonencontroller zusammengefasst und verarbeitet werden. Die übergeordnete Steuerung der verschiedenen Zonencontroller erfolgt dabei durch einen zentralen HPC. Der Vorteil liegt auf der Hand: Eine Reduktion der Steuergeräte sowie ihrer Verkabelung um bis zu 50 Prozent.
Im Laufe der vergangenen Jahrzehnte unterlag die dezentrale Architektur einem historischen Wachstum, jede neue Funktionalität wurde um ein weiteres Steuergerät ergänzt. Heute jedoch stößt sie an ihre Grenzen: Zunehmende Funktionalitäten erhöhen den Installations- und Verdrahtungsaufwand innerhalb des Fahrzeuges deutlich.
Bei der Domänen-Architektur werden die Steuergeräte in verschiedene Funktionsbereiche zusammengefasst. Jede Domäne ist für einen bestimmten Bereich des Fahrzeugs zuständig, wie zum Beispiel Antrieb, Infotainment oder Sicherheit. Die übergeordnete Steuerung einer Domäne, wird durch einen eigenständigen High Performance Computer (HPC) ausgeführt. Dieser koordiniert die Steuergeräte innerhalb seiner Domäne. Für den Funktionsbereich Sicherheit wären das beispielsweise Steuergeräte für Fahrerassistenzsysteme, ABS/ESP und Lenksysteme.
Im Vergleich zur dezentralen Architektur verringert sich durch die kleinere Anzahl der verbauten Steuergeräte der Verdrahtungs- und Installationsaufwand. Die Domänen-Architektur kann somit im Vergleich zur dezentralen Architektur auch effektiv zur Kosten- und Gewichtsreduktion beitragen. Zusätzliche Funktionen können darüber hinaus mit geringem Aufwand nachträglich integriert werden.
Bei der Zonenarchitektur erfolgt die Strukturierung nicht anhand der Domänen, sondern nach lokalen Zonen. So werden beispielsweise innerhalb einer Zone im Automobil mehrere Funktionalitäten gebündelt. Demnach können durchaus auch Funktionen wie Antrieb und Infotainment in einem Zonencontroller zusammengefasst und verarbeitet werden. Die übergeordnete Steuerung der verschiedenen Zonencontroller erfolgt dabei durch einen zentralen HPC. Der Vorteil liegt auf der Hand: Eine Reduktion der Steuergeräte sowie ihrer Verkabelung um bis zu 50 Prozent.
Anforderungen an den HPC und seine Steckverbinder
Die Anforderungen, die sich daraus an einen HPC ergeben, sind groß: Nicht zuletzt die Verarbeitung der bildgebenden Daten im Infotainment-Bereich oder der Kamerasysteme für Autonomes Fahren erfordern eine sichere Highspeed-Datenübertragung bei kurzen Latenzzeiten. Zugleich darf es unter keinen Umständen zum Ausfall der Signalübertragung kommen – ihre Zuverlässigkeit muss zu jeder Zeit sichergestellt sein.
Hohe Leistungsfähigkeit, schnelle und vor allem zuverlässige Datenübertragung – mitunter unter widrigen Umweltbedingungen – sind somit auch Anforderungen, die sich an den verbauten Steckverbinder ergeben.
Hohe Leistungsfähigkeit, schnelle und vor allem zuverlässige Datenübertragung – mitunter unter widrigen Umweltbedingungen – sind somit auch Anforderungen, die sich an den verbauten Steckverbinder ergeben.
Was müssen Sie bei der Wahl des passenden Steckverbinders im HPC beachten?
Gewährleisten Sie die „Lesbarkeit“ eines Signals beispielsweise mithilfe des sogenannten Augendiagramms. Dieses gibt an, ob ein übertragenes Signal im Empfänger eindeutig den digitalen Zuständen 1 oder 0 zugeordnet werden kann.
Achten Sie besonders auf den Signalschutz Ihrer Highspeed-Signale. Ein Steckverbinder kann dabei sowohl als Störquelle, als auch als Senke fungieren. Aus diesem Grund empfiehlt sich ein Signalschutz mittels Schirmblech, um die sensiblen Signale vor externem Einfluss zu schützen.
Wählen Sie beispielsweise mithilfe der Koppelinduktivität den passenden Steckverbinder bezüglich seiner elektromagnetischen Verträglichkeit aus und umgehen Sie damit kosten- sowie zeitintensive Trial-and-Error-Prüfungen im EMV-Labor.
Wählen Sie eine unterbrechungsfreie Signalübertragung auch unter extremen Umweltbedingungen wie Vibrationen und Schocks. Hierbei spielen in erster Linie Kontaktdesign, Kontaktsystem und Anschlusstechnik eine entscheidende Rolle.
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Wie funktioniert das Augendiagramm im Detail und wie wird es in der Praxis eingesetzt?
Worauf müssen Sie bei einer Schirmung des Steckverbinders achten, was versteht man unter der Koppelinduktivität im Detail und wie hilft diese bei der Auswahl der richtigen Steckverbindung im HPC?
Welches Kontaktdesign, Kontaktsystem und Anschlusstechnologie bietet eine zuverlässige Datenübertragung bei widrigsten Umweltbedingungen und worauf muss geachtet werden?
Die Antworten darauf, mit detaillierten Erklärungen und praxisnahmen Beispielen finden Sie in unserem kostenlosen Whitepaper!
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Fazit
Aktuelle Entwicklungen in der Automotive-Branche stellen immer neue Anforderungen an die verbauten Steckverbinder. Zunächst scheint die Rolle der verbauten Stecker aufgrund der reduzierten Anzahl an Steuergeräten in den Hintergrund zu rücken. Bei genauerer Betrachtung zeigt sich jedoch, dass ihre Rolle gerade durch diesen Wandel zu einer zentralen Datenverarbeitung mittels HPC an Bedeutung gewinnt: Zuverlässigkeit in der Signalübertragung war noch nie so wichtig wie heute.
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