Procesamiento de cables Ethernet para automóviles

May 06, 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 en el vehículo también es una 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 la red de área del controlador o de la 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 100Base-TX Fast Ethernet para redes informáticas, existen diferencias clave en la versión automotriz, según Mika Arpe, directora global de productos especiales de Aptiv, un proveedor automotriz especializado en seguridad. y tecnología de conectividad.

Ambos estándares se ejecutan en cableado de par trenzado sin blindaje, en el que dos hilos de cobre se trenzan juntos 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 usa dos pares de cables, mientras que Automotive Ethernet usa un solo par, lo que ahorra peso y costos, 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. Automotive Ethernet se especificó para un máximo de solo 15 metros, ya que las aplicaciones automotrices no necesitan una distancia más larga para conectar los componentes de la red dentro de un vehículo, y la longitud más corta permite un cableado más ligero.

La velocidad de transmisión de datos del estándar IEEE 802.3bw puede cubrir muchas aplicaciones automotrices iniciales, por lo que hoy en día se usa ampliamente. Pero, a medida que las computadoras automotrices incorporan flujos de video de mayor definición y datos de múltiples sensores, serían necesarias velocidades más altas, dice Arpe.

Por lo tanto, poco después de que se finalizó IEEE 802.3bw, IEEE ratificó 802.3bp, o 1000Base-T1, proporcionando velocidades de 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, a 600 megahercios. Esto significa que los cables son más vulnerables a la diafonía, y los ingenieros deben tener esto en cuenta al gestionar el ruido electromagnético en todo el vehículo, realizando pruebas rigurosas y blindando donde sea necesario. Este estándar proporcionará suficiente ancho de banda para las próximas dos o tres generaciones de plataformas de vehículos.

En 2020, el 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. Los cables de par trenzado blindados son necesarios a estas velocidades, 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 fáciles, dice Arpe. Si hay una falla, un enrutador Ethernet puede enrutar el tráfico de datos de una manera diferente. Esto es importante para garantizar la 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 función denominada alimentación a través de líneas de datos (PoDL), dice Arpe. PoDL puede admitir hasta 500 miliamperios de potencia, suficiente para ciertos sensores, como una cámara satelital optimizada. Esto permite a los fabricantes de vehículos conectar 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 de 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 blindados en un proceso de 12 pasos. En el primer paso, se inserta manualmente un cable en un accesorio y la máquina precalifica el extremo del cable con un proceso de "corte cero". Este proceso es particularmente útil cuando se procesan cables blindados o conductores trenzados. Asegura que la posición de inserción en el engaste sea correcta incluso si el aislamiento se tira hacia adelante.

En las siguientes dos estaciones, se orienta el cable y se corta y retira parcialmente la cubierta exterior. En la estación 4, se retira la funda y se engarza un manguito de soporte al cable. En la estación 5, el escudo trenzado se retira y se pliega contra la cubierta 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 al final 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, la trenza se cepilla y se inspecciona. En la última estación, se engarza un cuerpo de terminal sobre el par de cables, lo que permite enchufar el cable en un conector.

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

"Los cables de par trenzado blindados y sin blindaje... son difíciles de procesar. Los conectores constan de varios elementos que deben colocarse y alinearse entre sí con precisión milimétrica", dice 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 de transferencia S70 de Schleuniger. La máquina modular y flexible procesa automáticamente cables de dos y cuatro conductores, alambres simples y cables coaxiales, incluidos Ethernet, cables de datos de alta velocidad, cables UTP y STP de dos vías, cables FAKRA estándar y de alta velocidad, cable de detonador de bolsa 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 indexar lateral, vertical y axialmente. La alimentación de piezas, las estaciones de montaje, los sistemas de bobinado y las estaciones de prueba se pueden integrar de acuerdo con los requisitos individuales. El sistema también se puede ampliar con dispositivos periféricos.

En la feria comercial Productronica en Munich en noviembre de 2021, la máquina recibió un Premio a la Innovación en el Grupo de Cables, Bobinas e Híbridos.