Universal Serial Bus (USB) Typ-C-Anschlüsse spezifizieren und vereinfachen Verbindungen zwischen gängigen Verbrauchergeräten. Die Verwendung von USB-C für schnelle, sicherheitsunabhängige Funktionen wie Infotainment kommt auch den Entwicklern von Fahrzeugsystemen zugute. Herkömmliche USB-C-Steckverbinder, die speziell für Verbraucheranwendungen entwickelt wurden, bieten jedoch nicht die Robustheit, Zuverlässigkeit und Sicherheit, die im Automobilumfeld erforderlich sind.
In diesem Artikel werden kurz USB-C und die Herausforderungen beschrieben, mit denen Designer bei der Integration von USB-C in das Fahrzeugdesign konfrontiert sind. Anschließend werden die HiUSB-C-Anschlüsse beschrieben, mit denen Designer diese Herausforderungen meistern können.
Die Entwicklung von USB
Vom ursprünglichen USB-Grundtyp A haben USB-Anschlüsse viele herkömmliche Busse wie Parallelanschlüsse und RS-232 in Verbraucher-, Prüfinstrumenten- und sogar Industrieanwendungen ersetzt. Dies zeichnet sich durch Benutzerfreundlichkeit, niedrige Kosten, geringe Größe, schnelles und einfaches Ein- und Ausstecken, Stromversorgungs- und digitale Signalverarbeitungsfunktionen sowie umfassende Herstellerunterstützung durch Plug and Play aus. Die verbesserte USB-C-Version ermöglicht kleinere Abmessungen, höhere Geschwindigkeiten, eine größere Belastbarkeit sowie positive und negative Anschlüsse.
Der große Erfolg des USB-C-Anschlusses hat ihn zum einheitlichen Standard gemacht, der von allen neuen Smartphones und kleinen Verbrauchergeräten implementiert werden muss, was zu extrem hohen Umsätzen und einer stärkeren Geräteinteroperabilität führt.g. Der Standard-USB-C ist 8,4 mm x 2,6 mm groß und bietet 24 Pins. Für den Steckerkörper und den Stift wird ein symmetrisches Design (positiver und negativer Blindstopfen) übernommen, und ein Frostschutzschlüssel ist nicht erforderlich. Dieser Anschluss kann auch zur gleichzeitigen Datenübertragung und zum Aufladen verwendet werden, mit erweiterter Funktionalität zur Unterstützung des DisplayPort Alt-Modus und HDMI-Adaptern und -Brücken für die Audio- und Videodatenübertragung.
Diese Funktionen sind für Entwickler von Unterhaltungssystemen für Kraftfahrzeuge von großem Nutzen. In dieser Hinsicht hat USB-C das Potenzial, Kosten, Komfort und Gewicht im Vergleich zu anderen Verbindungsarten zu reduzieren und gleichzeitig ein umfangreiches bestehendes USB-Ressourcen-Ökosystem aufzubauen.
Obwohl USB-C breite Perspektiven in Automobilanwendungen hat, müssen Entwickler eine Reihe von Herausforderungen bewältigen, darunter starke Vibrationen und Temperaturschwankungen, hohe elektromagnetische Interferenzen (EMI) und potenziell gefährliche Ausfälle, die durch unübertroffene USB-Kabel und -Anschlüsse verursacht werden.
Wir bringen USB-C in die Automobilwelt
Um den Bedarf an einem geeigneten Steckverbinder zu decken, bietet Hi USB-C-Steckverbinder der AU1-Serie an, die den besonderen Anforderungen der Automobilumgebung gerecht werden. Diese Steckverbinderserie überbrückt die Verbindung zwischen internen und externen Geräten und unterstützt Standards wie USB 3.2 Gen2, DisplayPort 1.4 und HDMI. Diese Gerätefamilie baut auf der bestehenden HiCX-Serie auf und arbeitet nahtlos mit dieser zusammen (Abbildung 1).
HIROSE AUTOMOBILE-USB-C-ANSCHLUSS
Abbildung 1: Der USB-C-Stecker der Fahrzeugklasse AU1 (unten) nutzt die CX-Serie (oben) als Komponente. Bildquelle: Hallo)
Diese innovative Kombination ermöglicht: 1) stabile und schnelle Datenübertragungsrate von bis zu 20 Gbit/s (gemäß USB 3.2 Gen 2 × 2-Standard), 2) 240 W Leistungsstufe (gemäß USB Power Transmission 3.1 Extended Power Range Standard: 48 V, 5 A), 3) zuverlässige Verbindung für das gesamte Infotainmentsystem des Fahrzeugs; Daher kann es erweiterte Funktionen unterstützen und eine nahtlose Systemintegration realisieren.
Die Steckverbinder der AU1-Serie sind fest eingesteckt, stoß- und hitzebeständig und können auch in rauen Umgebungen eine zuverlässige Leistung aufrechterhalten. Auf diese Weise kann die Serie diesen beliebten Steckverbindertyp in anspruchsvolleren Umgebungen als das ursprüngliche Design verwenden.
Die Serie von Steckverbinderbaugruppen unterstützt die gerade und rechtwinklige Montage (Abbildung 2) und ermöglicht Designern Flexibilität bei der Verkabelung in einer stark eingeschränkten Automobilumgebung.
Die Steckverbinder der AU1-Serie von HIROSE unterstützen gerade und rechteckige Anordnungen (zum Vergrößern anklicken)
Abbildung 2: Steckverbinder der AU1-Serie unterstützen gerade und rechteckige Anordnungen; Das Demoboard zeigt die Verwendung von Steckverbindern. Bildquelle: Hallo)
Sorgen Sie für eine sichere, genaue und korrekte Verbindung
Es gibt zwei einzigartige Designs für diese Steckverbinder: das Connector Position Assurance (CPA)-Gerät und den Deadlock-Schlüssel. Der CPACPA-Mechanismus gewährleistet eine zuverlässige und genaue Einführung. Die fingerbetätigte Verriegelungsstruktur (Abb. 3) gewährleistet eine zuverlässige mechanische Kopplung und ein Klickgeräusch, sodass der Benutzer den erfolgreichen Verriegelungsvorgang bestätigen kann.
Der CPA-Mechanismus von Hirose stellt sicher, dass die passenden Steckverbinder vollständig eingerastet sind
Abbildung 3: Der CPA-Mechanismus stellt sicher, dass die passenden Steckverbinder vollständig eingerastet sind, dann verriegelt und gesichert sind und verbunden bleiben, bis sie manuell gelöst werden. Bildquelle: Hallo)
Während des Betriebs kann der CPA-Mechanismus nicht bewegt werden, bis die Verbindung abgeschlossen ist. Wenn der Stecker vollständig eingesteckt ist, drückt die Steckdose den CPA-Mechanismus nach unten in die verriegelte Position und zeigt damit an, dass der Stecker wie vorgesehen eingesteckt wurde. Um die Passung zu entfernen, ziehen Sie am CPA-Mechanismus und lösen Sie die Hilfsverriegelung; Beim Auskuppeln ist ein hörbares Klicken zu hören.
Wenn eine axiale oder radiale Abweichung vorliegt, klicken die beiden zusammenpassenden Teile nicht, um den Benutzer vor einer falschen Verbindung zu warnen. Die Nennlebensdauer dieser Steckverbinder beträgt mehr als 10.000 Steckzyklen und liegt damit weit über der erwarteten Lebensdauer im Automobilumfeld.
Der Frostschutzschlüssel hilft zu verhindern, dass das falsche Kabel an die Zielschnittstelle angeschlossen wird. Wie bereits erwähnt, ist eine der praktischen Eigenschaften des Consumer-USB-C-Kabels, dass es umkehrbar ist. Dies bedeutet auch, dass sie weder über einen Sperrschlüssel noch über physische Identifikationsmittel verfügen, sodass nicht identifiziert werden muss, welcher Stecker letztendlich mit welcher Buchse verbunden ist. Bei Verbraucheranwendungen, bei denen zum Ein- und Ausstecken einfach ein Kabel genommen werden muss, ist das Fehlen einer Deadlock-Schlüsselposition von Vorteil. Bei Automobilanwendungen ist die Wahrscheinlichkeit jedoch höher, dass sie „eingesteckt“ werden, und bei der Installation dichter Automobilkabelbäume besteht die Gefahr von Verkabelungsfehlern. In diesen Fällen können solche Nichtübereinstimmungen zu Frustration führen, da die Verbindung nicht funktionsfähig ist, zu Schäden an Peripheriegeräten und zu potenziellen Gefahren für Systeme und Benutzer.
Um eine fehlerhafte Verkabelung zu verhindern, unterstützen die USB-C-Anschlüsse der Fahrzeugklasse AU1 zwei Schlüsselpositionscodes für physikalische Interferenzen: Standard (schwarz) und „A-Schlüssel“ (grau/primär) (Abbildung 4). Diese beiden Schlüsselpositionsanordnungen tragen dazu bei, dass es bei zwei benachbarten Kabeln und Steckverbindern nicht zu Steckfehlern kommt. Unterschiedliche Farben helfen auch bei der Identifizierung dieser beiden Schlüsselpositionscodes.
Anordnung der mechanischen Frostschutztasten
Abbildung 4: Der Benutzer kann eine der beiden mechanischen Tastenanordnungen verwenden, um Kabelverbindungsfehler zu minimieren; Anschlüsse mit Standardschlüsseln sind schwarz und Anschlüsse mit „A-Schlüssel“ sind grau (männlich)/primär (weiblich). Bildquelle: Hallo)
Standard- und elektrische Leistung
Spezifische Zahlen definieren die Umweltverträglichkeit und elektrische Leistung dieser Hiconnectors. Im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit arbeiten diese Steckverbinder im Temperaturbereich von - 40 °C bis +105 °C. Sie sind außerdem wasser- und staubdicht; Je nach Steckertyp kann die Schutzart IP54, IP68 oder IP69K erreicht werden. IP69K ist der strengste der drei Staub- und Wasserdichtigkeitsstandards.
Diese Steckverbinder erfüllen die Standards USCAR-2 und USCAR-30 für Zuverlässigkeit. USCAR-2 ist der Leistungsstandard für elektrische Steckverbindersysteme in Automobilqualität, der die Anforderungen an Anschlüsse, Steckverbinder und Komponenten in Niederspannungsanwendungen in Straßenfahrzeugen umreißt. USCAR-30 ist die Leistungsspezifikation für fahrzeugmontierte USB-Verbindungssysteme und deckt verschiedene Anforderungen für USB-Stecker, Kabel und elektrische Verbindungen zwischen Verbraucherperipheriegeräten und fahrzeugmontierten USB-Hosts ab.
Elektrisch ist der Stromversorgungsstift (A4/A9/B4/B9 (VBUS)) für USB-C-Spezifikationen auf 1,25 A ausgelegt, während der Nicht-Stromversorgungsstift für 20 VAC und VDC auf 0,25 A ausgelegt ist. Der maximale anfängliche Kontaktwiderstand beträgt 40 mΩ. Nach einer Reihe von Standard-Stresstests steigt der Kontaktwiderstand leicht an, überschreitet jedoch nicht 50 mΩ.