Optische Busse und Steckverbinder für Autos. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Automobil. Elektronische Geräte

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Die in den letzten Jahren stark weiterentwickelte Automobilelektronik erfordert eine schnelle und zuverlässige Übertragung großer Informationsmengen. Zu diesem Zweck wurde das optische System „MOST“ (Media Oriented System Transport) [1-4] entwickelt. Spezialisten des Konzerns Tyco Electronics waren an der Entwicklung des Konzepts zum Aufbau dieses Systems und der Komponenten dafür beteiligt. Das „MOST“-System wurde erfolgreich getestet und in den AMP-Katalogen gibt es bereits Abschnitte, in denen Sie die Parameter der Systemanschlüsse finden.

Die Hauptelemente des elektronischen Systems des Fahrzeugs sind in Abb. 1 dargestellt. Die Menge und Art der übermittelten Daten hängt von der Komplexität der im Fahrzeug eingesetzten Ausstattung und ihrem Funktionszweck (Steuerung, Regelung, Kommunikation oder Unterhaltung) ab.

Reis. 1. Die Hauptelemente des elektronischen Systems des Autos

Die Komponenten eines schnellen Steuerungssystems (z. B. ein Motor oder ein Antrieb) sind über einen CAN-Bus (in Abb. 1 CAN C) miteinander verbunden. Dieser Bus überträgt elektrische Signale und verwendet Kupferdrähte für den Bus.

Das Kommunikationssystem bietet unidirektionale Datenübertragung, wie Radio (AM/FM), TV-Daten (DAB) und Navigation (GPS) sowie bidirektionale Telefonie (GSM).

Bis vor Kurzem bestand die Unterhaltungselektronik aus einem Radio, einem Laser-Disc-Player, einem Navigationssystem und Telematik. Derzeit umfasst es neben dem klassischen Radiosender ein Autotelefon, einen GPS-Systembildschirm, Serviceelemente und ein neu geschaffenes Sprachalarmsystem. Zukünftig ist die Einführung neuer Module geplant, die die gleichzeitige Nutzung mehrerer Subsysteme ermöglichen (Abb. 1). Alle Elemente von Systemen zur schnellen Regulierung, Steuerung, Kommunikation, Unterhaltung und Sprachbenachrichtigung sind über einen Bus verbunden. Die stark zunehmende Funktionalität aller Subsysteme erfordert eine Steigerung der Busleistung. Die erforderlichen Informationsübertragungsraten sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Nach modernen Ansichten sollte ein systemweiter Bus in Autos über eine optische Leitung aufgebaut werden. Neben einer höheren Leistung bietet die optische Leitung eine gute elektromagnetische Verträglichkeit.

Um die Möglichkeit zu untersuchen, optische Systeme zu bauen und in die Massenproduktion zu bringen, hat ein Firmenkonsortium unter Beteiligung von Tyco Electronics AMP den D2B-Bus entwickelt. Zum ersten Mal wurde dieser Reifen in der neuen S-Klasse der Daimler-Chrysler-Autos eingesetzt. Der Bus vereinte ein Radio- und Navigationssystem, einen Verstärker, einen CD-Player, eine Beschallungsanlage und ein Autotelefon in einem System. Zur Datenübertragung wird eine Glasfaserleitung genutzt. Die Datenübertragungsrate im D2B-Bus beträgt etwa 5.6 Mbit/s.

Aufbau des MOST-Systems

Das MOST-System ist ein Produkt eines Konsortiums deutscher und internationaler Automobilhersteller. Die topologische Struktur des Systems ist ein Ring (Abb. 2). Lichtsignale wandern entlang einer Lichtleitlinie von einem Gerät zum anderen.

Reis. 2. Struktur des MOST-Systems

In jedem Gerät werden die empfangenen Lichtsignale in elektrische Signale umgewandelt, vom MOST-Prozessor verarbeitet und über eine LED wieder in Lichtsignale umgewandelt. Die Datenübertragungsrate beträgt 24.8 Mbit/s. Basierend auf experimentellen Tests wurde festgestellt, dass das System die folgenden Eigenschaften aufweisen sollte:

• das System muss über eine System-Zentraluhr verfügen, die für die Bustaktung sorgt,
• Die Möglichkeit zur Aufrüstung des Systems (Plug and Play) sollte gegeben sein, d.h. ein neues anschließen oder eines der vorhandenen Geräte ausschließen,
• es sollte MOST-Spezifizierer geben, die kleine Signalunterschiede zwischen Systemknoten kompensieren,
• jedes Gerät hat jederzeit Zugriff auf den Bus.

Um eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten, müssen optische Steckverbinder die Anforderungen an elektrische Steckverbinder erfüllen:

• Die Fixierung der Adern in den Steckverbindern muss einer maximalen Kraft zum Trennen von 60 N ohne Beschädigung standhalten.
• der zulässige Temperaturbereich sollte bei einer Luftfeuchtigkeit von 40 % zwischen -85 und +95 C liegen.
• Steckverbinder müssen spezifizierten Klima-, Vibrations- und Schockbelastungen standhalten.

Darüber hinaus ist es bei optischen Systemen zwingend erforderlich, dass der Stromverbrauch der Differenz zwischen der Sendeleistung und der Empfängerempfindlichkeit entspricht. Während des Betriebs kann es zu Kratzern auf der optischen Oberfläche, zur Bildung von Filmen durch Zigarettenrauch und Gasfreisetzung aus Kunststoffen sowie zu Staubablagerungen usw. kommen. Daher müssen Sender mit Anpassungen ausgestattet werden, um die Auswirkungen negativer Faktoren auszugleichen. Tyco Electronics AMP ist bereit, Komponenten für MOST-Systeme zu liefern, die diese Anforderungen erfüllen.

MOST-Systemkomponenten

Das komplexeste Element des MOST-Systems ist der MOST-Prozessor und seine Software. Das zweite Element ist der Datenbus. Bei der Entwicklung von Anforderungen an den Bus sollte man den großen Unterschied zwischen den verbundenen Elementen berücksichtigen. Das dritte Element des MOST-Systems ist das Kommunikationssystem. Es umfasst die Verbindung eines Glasfasersenders (FOT) mit dem MOST-Prozessor, die Verbindung einer Glasfaser mit dem FOT und Anschlüsse in jedem Gerät, Hülsen und die Lichtleiterdrähte selbst. Die Hauptelemente des Kommunikationssystems des MOST-Systems sind in Fig. 3 gezeigt.

Bindegeräte an Lichtleitlinien

Um Leuchten an Lichtleitlinien zu binden, entwickelt Tyco Electronics AMP Produkte, die das Einfügen neuer Elemente ermöglichen. Es gibt Anschlüsse für eine und zwei Lichtleiterleitungen, die aufgrund ihrer besonderen Form als „Pigtail“ bezeichnet werden (Abb. 4). Der Grund für die Trennung optischer Steckverbinder von Anschlusselementen mit elektrooptischen Wandlern war die Möglichkeit eines wirksameren Schutzes vor elektromagnetischen Einflüssen, die Austauschbarkeit von Sende- und Empfangselementen sowie ein wirksamerer Schutz der optischen Oberfläche. Für Sonderfälle stehen „Pigtail“-Integralelemente zum Verkauf zur Verfügung, die auf bestehende Geräte abgestimmt sind. Sie sind kompakt und austauschbar. Die Sende- und Empfangselemente der Funktionsmodule des MOST-Systems bestehen aus einem CMOS-Chip und einer Hochgeschwindigkeits-PIN-Diode. Die Übertragungsgeschwindigkeit dieser Elemente kann 25 Mbit/s erreichen.

Reis. 3 Kommunikationssystemkomponenten eines MOST-Systems a) Lichtleiteranschlüsse 1, 2 b) Standardmodule 3, 4, 5 c) Lichtleiterleitungen

Standardmodule

Zur Anbindung von Geräten an den MOST-Bus gibt es ein komplettes Sortiment an Modulen (Abb. 5) mit 2 oder 4 optischen Anschlüssen und 12, 20 oder 40 elektrischen Kontakten. Alle Komponenten entsprechen den vom MOST-Konsortium festgelegten Anforderungen und verfügen über die entsprechenden optischen, elektrischen und mechanischen Parameter.

Abb.4. „Pigtail“-Anschlüsse für eine und zwei Lichtleitlinien

Abb.5. Module: a) 2 optische Anschlüsse und 20 elektrische Kontakte b) 4 optische Anschlüsse und 40 elektrische Kontakte

Tests haben gezeigt, dass ein guter Schutz von optischen Oberflächen sowie Geräte- und Kabelsteckverbindern gewährleistet werden kann.

Kupplungen

Für den Anschluss neuer Geräte an den MOST-Bus, für die Kabelbaumkommunikation und für Servicezwecke werden Optokoppler benötigt. Es wurden einpolige und zweipolige Kupplungsvarianten entwickelt. Sie sind gemäß den Richtlinien des MOST-Konsortiums mit den zweipoligen Steckverbindern der oben beschriebenen Module kompatibel.

Lichtleiterdrähte

Basierend auf den Tests des bisherigen D2B-Systems wurde ein neuer Lichtwellenleiter für den MOST-Bus entwickelt. Es hat eine bessere Elastizität, ist feuer- und druckbeständig und verändert die Transparenz nicht. Der spezielle Innenmantel garantiert hervorragende mechanische und optische Eigenschaften und sorgt für eine einfache Bearbeitbarkeit. Der Betriebstemperaturbereich moderner Kunstlichtleiter liegt zwischen -40 und +85 °C bei einem optischen Verlust von 0.2 dB/m. Eine Biegung mit einem Radius von 25 mm ist zulässig. Bei einem Biegeradius von 15 mm kommt es zu einer leichten Dämpfungserhöhung. Weitere Informationen zu AMP MOST-Systemsteckverbindern finden Sie unter tycoelectronics.com und kontaktieren Sie das Technical Advisory Center, amp@pit.spb.ru.

Literatur

1. 1. Kap. Thiel, R. König: Media Oriented Systems Transport (MOST) ein Standard für Multimedia Networking im Fahrzeug; Tagung Elektronik im Kraftfahrzeug 1998, VDI-Bericht 1415, VDI-Verlag, Düsseldorf 1998.
2. 2. D. Schramm: Lichtwellenleiter-Erfahrungen und Potentiale/ Tagung Forschritt und Zukunft der Automobiltechnik; Verlag Moderne Industrie, Stuttgart 1999.
3. 3. W. Heckel, S. Schröder: Kunststofflichtwellenleiter für optische Überwachungssysteme im Automobil; Vde-Fachberict Kontaktverhalten und Schalten, VDE-Verlag, Berlin, Offenbach 1999.
4. 4. A. Engel, D. Schramm: Optisches Bussystem für automobile Netzwerke: F@M Special, 7-8/2000, S 53-56, Carl Hanser Verlag, München.

Autor: Petrakov Valery; Veröffentlichung: radioradar.net

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