ファイバー光学ハーネス

01 光ファイバーハーネスの技術概要

光ファイバーハーネスは、光波をキャリアとして、光ファイバーを伝送媒体として使用し、高速、高信頼性、低損失、耐電磁干渉などの利点があります。従来の銅線や同軸ケーブルよりも伝送速度がはるかに高く、大量のデータと高いリアルタイム性能のための車載システムの通信要件を満たすことができます。光ファイバー通信リンクは、主に光コネクタと光ファイバーキャリアを使用して高速信号伝送を実現します。

1.1光ファイバーコネクタ

光ファイバコネクタは、光ファイバ間の可動接続を実現する光パッシブデバイスです。主に、光ファイバ補強、光ファイバアライメント、弾性ドッキング、ヘッドとシートロック、光ケーブル固定、ピン反回転、光ケーブルバッファリングなどの部品で構成されています （ 図 1 参照 ） 。光ファイバコネクタは、通常、光ファイバアライメントにセラミックピンとセラミックスリーブを使用し、ピン端の弾性ドッキングをスプリングを通じて保証します。スプリングはドッキング前に圧縮済みの状態なので、ピンがロック力の下で動かないようにします。ドッキング中、ピンの引き込みによって二次圧縮が発生し、弾性力がピンにフィードバックされるため、ドッキングプロセス中に 2 つのドッキングピンが常に力接触と圧縮の状態にあります。

1.2光ファイバー導体

光ファイバは円筒形で、主にコア層、クラッド層、コーティング層で構成されています （ 図 2 参照 ） 。光ファイバの伝送原理は、光学的に密度の高い媒体から光が入射する光の全内部反射の現象を利用しています。（ 比較的高い屈折率を持つ ） 光学的に希少な媒体への（ 比較的低い屈折率を持つ ） 入射角が全内部反射の臨界角よりも大きい場合、光はもはや屈折されず、元の媒体に完全に反射され、光信号が漏れなく光ファイバーで送信されることを保証します。

光ファイバーは以下の特徴を有する。

(1)高速伝送速度、長距離、大量のコンテンツ ： 光ファイバは非常に高速な伝送速度を持ち、長距離にわたってデータを伝送することができ、大量のデータを同時に伝送することができます。

(2)電磁干渉に対する免疫性 ： 光ファイバは光信号を伝送し、電磁波の影響を受けないため、信号品質はより安定しています。

(3)広い帯域幅 ： 光ファイバは非常に広い帯域幅を持ち、高速データ伝送をサポートできます。

(4)低損失 ： 光ファイバの伝送損失は非常に低い。理論的には、信号品質を損なうことなく数百キロメートル以上を送信できます。

(5)高いセキュリティ ：光ファイバーによる信号伝送は、電磁放射を発生せず、外部の電磁波によって盗聴されないため、データセキュリティ要件が高いシナリオに適しています。

(6)小型 · 軽量 ：従来の銅ケーブルと比較して、光ファイバは小型で軽量であるため、展開やメンテナンスに便利です。この利点は、特に大規模な通信ネットワークでは、より明白です。

0 2 自動車インテリジェンスの応用における光ファイバーハーネスの利点

銅線の伝送レートが 10 GB / s を超えると、レート要件を満たすために厚い銅線が必要になります。しかし、車両のレイアウト環境では、銅線の厚さが車両の全体的な重量と車両のコストを増加させ、車両の高速で低重量のレイアウト環境の要件を満たすことができません。光ファイバーハーネス技術は、通信品質と信頼性を大幅に向上させ、電磁干渉を低減し、同時に、車両の安全性と安定性を向上させ、追加の重量を加えないことができます。

(1)光ファイバーハーネスの伝送速度は、従来の銅線や同軸ケーブルよりもはるかに高く、毎秒数百万メガバイトのデータを伝送することができ、大量のデータと高いリアルタイムパフォーマンスのための近代車の通信要件を満たすことができます。従来の銅線ネットワークの最大レートは 10 GB / s にしか達しないため、高速伝送の要件を満たすことを困難にします。

(2)光ファイバの伝送損失は極めて低く、キロメートルあたりの損失は通常 0.0 0 3 5 dB / m 未満であり、長距離伝送中に信号が高品質を維持することを保証することができます。対照的に、従来の銅線ネットワークの伝送損失は 0.5 dB / m であり、長距離伝送では損失が大きい。

(3)光ファイバー通信技術は、光波を使用して光ファイバーで信号を伝送します。従来の銅線伝送と比較して、電磁干渉に対する耐性が高い。

(4)従来の金属ワイヤと比較して、自動車用光ファイバの一種であるプラスチック光ファイバは、車両の質量を大幅に低減し、車両の経済性を向上させることができます。

0 3 自動車における光ファイバーハーネスの応用シナリオ

光ファイバーハーネスは、現在、医療分野、通信分野、インターネット分野、医療分野、産業などの分野で広く使用されています。しかし、車載分野への応用は、基礎理論の欠如、技術仕様規格の欠如、試験基準の不明確さ、車載応用実践の欠如など、様々な課題に直面しています。

3.1レイアウトエリアにおける光ファイバーハーネスの応用

自動車における光ファイバーハーネスの使用は、他の分野での使用とは異なり、使用領域の環境特性を十分に考慮する必要があります。例えば、エンジンやシャーシなどの領域では振動要件、エンジンコンパートメントや車体下部などの領域では防水性能を考慮する必要があり、高温領域では光ファイバー導体やコネクタの耐高温要件を考慮する必要があります。自動車の異なる使用環境に応じて、車両全体のレイアウト領域は、大まかにウェットエリア、潜在的なウェットエリア、ドライエリアに分けることができます。

(1)濡れ領域とは、シャーシやエンジンコンパートメントなどの乗客室外のワイヤハーネスコネクタなど、通常の使用シナリオでワイヤやコネクタが液体に接触する可能性が確実な領域を指します。雨や雪の天気では、運転中でも駐車中でも、これらの領域は多かれ少なかれ様々な液体に接触します。

(2)潜在的な濡れ領域とは、雨が降ってドアが開いたとき、水カップがこぼれたとき、凍結したものが溶けたとき、凝縮された水が滴下したときなど、ワイヤハーネスのコネクタが液体と接触する可能性がある領域を指します。例えば、乗客室の床、ドアアームレスト、座席の表面などです。

(3)絶対乾燥領域とは、インストルメントパネルの内側や屋根の内側など、通常の車両使用シナリオでは、ワイヤハーネスコネクタが液体と接触する可能性が非常に低い領域を指します。ワイヤハーネスコネクタの防水およびシール要件は、濡れ領域、潜在的な濡れ領域から乾燥領域まで順次減少することに注意する必要があります。

3.2光ファイバーハーネスの応用ソリューション

自動車における光ファイバーハーネスの適用は、電気的性能要件を満たすだけでなく、機械的性能要件を満たす必要があることが多く、光ファイバーワイヤの温度等級、振動要件、防水要件を考慮する必要があります。解決策は以下のとおりです。

(1)光ファイバーケーブル： まず，耐高温材料を選択し，車両レイアウト案を最適化して放熱設計を行う。例えば、シリコン線やXLPE電線などの耐高温電線材料が選択され、これらの材料は高温環境下で絶縁を維持することができる。第二に、二層コーティングと紫外光硬化技術のような特殊な技術を採用する。最後に，車内レイアウト案を最適化する.例えば、ワイヤハーネス配置方式では、エンジン排気管の経路や高温渦流領域を回避し、熱管理によりより最適な配置方式が得られる。また，車両配線には耐高温断熱被覆を用いることも可能である。例えば、光ファイバハーネスの外部に耐高温アルミニウム箔ガラス繊維管を被覆することにより、車両高温環境における光ケーブルの使用を効果的に保証することができ、耐劣化性能を向上させることができる。また、光ケーブルが湿った地域環境で使用できることを確保するために、光ケーブルを多層保護構造を有するように設計することができ、効率的な防水を行うことができる。

具体的には，光ケーブルの最外層は通常プラスチックシースであり，機械的保護だけでなく，一定の防水機能を有している。プラスチックシース内に金属シースを有し，光ケーブルの耐圧防水能力をさらに強化した。金属シース内部には，吸水膨張した遮水層があり，これが水浸透防止の重要なバリアである。水が侵入すると遮水層は急速に膨張し，侵入経路を閉鎖し，水のさらなる拡散を防ぐ。光ケーブルのコア部分も防水対策を講じている。光ファイバは軟膏でしっかりと包まれ、コア内の他の部品と接着されている。この軟膏は潤滑作用を果たすだけでなく，コア中の微量水を吸収·ロックし，水が光ファイバを破壊することを防止することが重要である。この一連の多層保護構造により、光ケーブルは様々な劣悪な環境下で光ファイバの乾燥安定を維持し、通信信号の円滑な伝送を確保することができる。例えば，竜飛光ファイバが発表した車載石英マルチモード光ファイバハーネス解決策は，屈曲(半径10 mm)，引張強度(150 N)，温度特性(−40°Cから125°C)，劣化(125°C，3000 h)，振動(V 3)などで自動車規格に適合している。

(2)光ファイバーコネクタ： 光ファイバコネクタの耐温性を改善する主な方法は、放熱構造の設計と耐高温材料の選択です。合理的な放熱設計と耐高温材料の使用により、高温環境における光ファイバコネクタの性能と耐用年数を効果的に向上させることができます。

まず、放熱構造の設計は、光ファイバコネクタの耐温性を向上させる鍵です。光ファイバコネクタは動作中に熱を発生させ、合理的な放熱設計はコネクタの温度を低減し、安定した動作を確保するのに役立ちます。以下は具体的な方法である。

♪‘熱放散を助けるために、予約された金属部品を通じて熱を伝達する金属部品を備えています。

♪‘ ¡ 放熱フィン設計 ： コネクタの外側のシェルに放熱フィン設計を設計し、空気との接触を良くし、ファンまたは自然風を通じて熱を放散させます。

♪‘ ¢金属の外側のシェルを使用します：放熱性能の良い金属材料を使用して、外側のシェルを放熱効率を向上させます。

第二に、耐高温材料の選択は、光ファイバコネクタの耐温性を向上させる重要な手段でもあります。高温環境では、通常の材料は老化や変形しやすくなりますが、耐高温材料は高温の影響に抵抗することができます。

♪‘高品質のエンジニアリングプラスチック ： 中低温耐性を備えた高品質のエンジニアリングプラスチックを選択し、コネクタの外側シェルと内部構造が全体的な耐温性を向上させます。

♪‘ ¡ 特殊合金材料： 特殊な合金材料を使用して、コネクタの主要コンポーネントを作って、耐高温性と耐変形能力を向上させます。例えば、 Letas Optics は、従来の光コネクタに比べて、プラグインとプラグアウトの再現性が高く、プラグインとプラグアウトの寿命が長く、挿入損失が低く、粉塵感度が低いという特性を備えた非接触光コネクタを発売しました。

♪‘ ¢防水処理では、熱収縮可能なチューブを使用することができます ： 熱収縮チューブを接続部分に置き、熱収縮チューブヒーターを使用して熱収縮チューブを加熱し、収縮します。熱収縮チューブの機能は、光ファイバーを保護し、水や汚染物質の侵入を防ぐことです。熱収縮チューブが継手と光ファイバに隙間なくしっかりとフィットしていることを確認します。熱収縮チューブの外側に適切な量のシーラントを塗布し、ジョイントの防水性能を高めます。シール剤を均等に塗布し、可能なすべての隙間や細孔を埋め、シール剤が乾燥して硬くなるのを待ってシール処理します。

(3)高速接続は光ファイバで実現し、電気接続ポートはセンサーの電源供給を担当しています。

結論として、光ファイバー通信技術は、車載通信システムにおいて幅広い応用展望と大きな可能性を秘めています。今後も、光ファイバー通信技術は独自の利点を発揮し、車載電子通信システムの開発を強力にサポートしていきます。同時に、技術の継続的な進歩と革新と規模の継続的な改善に伴い、車載アプリケーションにおける光ファイバー通信のコストはさらに削減され、ソリューションはより成熟し、自動車インテリジェンスの開発における高速通信要件を解決するための好ましい選択肢になるでしょう。