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変わりゆく自動車の世界

過酷な環境下での使用に耐える産業用・商用車両用途のため、データ伝送速度が最高 1Gbps で、低レイテンシでの高速データ伝送が可能な Ethernet ソリューションに注目すべき時が来ました。

著者

Joachim Barth (TE Connectivity Data Connectivity Product Development Manager)、Christian Manko (TE Connectivity Data Connectivity Product Manager)

「ATZheavy duty worldwide」誌より引用

産業用・商用車両を取り巻く変化に対応する、Ethernet 接続

ヘビーデューティー車両メーカーは、より安全で環境に優しく、より生産性の高い車両を求めて目まぐるしく変化する規制や顧客需要に追いつこうと、懸命に努力しています。そして、従来の CAN バス ネットワークではもはや、先端機能に不可欠となるデータ接続の増加には対処できないという事実に、気付き始めています。高度な機能に対する需要やデータへのニーズが増大の一途をたどるにつれ、ヘビーデューティー車両の設計者にとっては、100 Mbps (100BASE-T1) や 1 Gbps (1000BASE-T1) のシングルペア Ethernet プロトコルの重要性が高まっています。

 

建機農機・商用車・2 輪車のメーカーがこのプロトコルを扱うようになったのは比較的最近のことで、この市場を想定した Ethernet コンポーネント専用の製品開発も、ごく限られたものでした。一方で、2005 年以降 Ethernet の導入が進んだことで、自動車産業はその恩恵を受けています。ヘビーデューティー車両の設計者は、自動車業界向けの Ethernet コネクタと、建設・鉱業・農業など産業・商業分野の現場における過酷な環境に耐えるよう開発された Ethernet コネクタの両方を利用できる状況にあります。

車載 Ethernet 技術を商用車用途に利用する

産業用・商用車両の設計者は、車載の接続システムおよびネットワークのアップグレードに意識を向けていますが、高速データ用途の多くは、過去数年間に自動車業界で開発されてきたコネクタ技術を流用して設計できます。

 

乗用車や軽量トラックの設計者は、診断や車載インフォテインメント、リア/サイド ビュー カメラ システム、適応走行制御といった機能を実現する目的で、Ethernet ネットワークやコンポーネントを利用してきました。Ethernet を利用することで、帯域幅を拡張して、必要とされるデータのさらなる大容量化に対応することも可能になります。先進運転支援システム (ADAS) やその他の自動機能が普及し、さらにはレーダーやライダ、その他センサを必要とする完全自律走行に向かう流れの中で、現在、そして将来のデータ接続ニーズに対処できるよう、 Ethernet ネットワークを採り入れることが設計者の急務となっています。

並んで停車する 2 台のバス

ヘビーデューティー車両の設計者は、車室内など頑丈なコネクタや長めのケーブルが不要で、物理的障害や極端な衝撃にさらされることのない場所には、車載用 Ethernet コネクタを使用することもできるでしょう。この方法は、コスト管理や省スペース、軽量化にも役立ちます。

 

たとえば、TE Connectivity (TE) が提供する MATEnet コネクタは元来、IEEE 車載 Ethernet ネットワーキング用に開発されました。MATEnet コネクタは拡張可能なモジュール型で、マルチポート用途やシールド/非シールド用途など、様々な構成で利用できます。ADAS センサ、360° カメラ システム、テレマティック ユニット、オンボード診断、ダッシュボードのインフォテインメント アプリケーションなど、中容量~大容量のデータや低レイテンシを必要とする用途に適しています。MATEnet コネクタは IEEE 100BASE-T1/1000BASE-T1 に準拠しており、最大 100 Mbps から 1 Gbps までのデータ伝送速度に対応しています。また、コネクタはシールド/非シールドのツイストペア ケーブルで利用できます。MATEnet 相互接続は、実績ある NanoMQS 端子を利用しています。これは自動車グレードの小型端子であり、振動に対して特に高い堅牢性を提供します。 

 

TE のような企業が、設計の初期段階においてメーカーにとって大きな役割を果たすことができるのも、車載 Ethernet 用途に関して 10 年以上にわたって培った経験と、センサや産業用・商用輸送部門におけるエンジニアリングの専門知識があればこそです。TE のエンジニアと製品エキスパートは協力して OEM 設計者をサポートし、必要な場所にのみ Ethernet を利用し、車載 Ethernet コネクタを適所に配置して、顧客が要求する高度な機能のための高速データ処理を実現する、質量・空間・コストを最適化した車両アーキテクチャ構築を手助けしています。

制御パネル

ヘビーデューティ車両向け Ethernet 製品の開発における留意事項

産業用・商用車両が直面する環境や課題は、乗用車や軽量トラックと比較してはるかに過酷です。これに加えて、サイズの違いだけを取っても、Ethernet 用途で信号の完全性を実現するには、数多くの難問が待ち受けています。車両内では、Ethernet 信号は最大 15 m の伝達距離を実現するよう定められています。オンハイウェイ トラック、建設車両、採掘車などヘビーデューティー車両の場合、こうした過酷な条件に耐えながら、この規定を上回る最大 40 m の長さでも信号の完全性を維持できなくてはなりません。

 

自動車において、安全性や自動機能をリアルタイムで把握させてくれるセンサ・カメラ システムは通常、障害物が少なく、同じようなパターンや路面状態が続く路上で動作すれば事足ります。建設用・農業用車両の場合、こうしたシステムにはより高い識別能力が必要になるでしょう。システムには、データの表示・検知・伝送を行って、路面にある物体がたとえば棒であるのか、ロープなのか、鋼製のパイプであるのか、ケーブルなのかを識別して、踏み越えても害がないか、安全上のリスクになったり、車両故障の原因となったりするおそれがないかを判別できる必要があります。このようなケースでは、高感度のカメラやセンサ、あるいはマルチスペクトル センサが必要になるでしょう。こうした高度な機能を実現するには、1 Gbps Ethernet が必要になります。

建設作業員

こうしたヘビーデューティー車両用のセンサ・ケーブル・Ethernet コネクタは、シャーシ内外の過酷な環境にも十分耐えられるよう、堅牢さと頑丈さを備えていることが必要不可欠です。これらコンポーネントは、ほこり、土、極端な高温や低温、湿度、強い振動にさらされる用途にも耐えるよう設計する必要があります。現場での修理が可能であれば、申し分ありません。

 

製品開発にあたって、設計の開始段階から一貫して機能的安全性を考慮に入れることを、設計者にとっての大前提に据える必要があります。自動化によって、車両に搭載された基本的な操縦機能や自動機能の多くが、安全性に関連するものとなった結果、運転者やその他現場作業員、ハイウェイを走行する他の車両や軽量トラックに対するリスクは低減されています。システム故障の可能性を最小限に抑え、万が一故障が発生した場合も、システムは車両が適切に反応できる状態を維持できるようでなくてはなりません。メーカーの設計、品質管理、開発プロセスは、安全に関するこうした留意事項を最優先に据えたものとする必要があります。

 

これらの難問を解決することによって、メーカーは顧客の競争力を高めることができます。新しい Ethernet ネットワークおよびコネクタによって、より多くのデバイスをネットワークにシームレスに統合できるようになり、車両内のデータ接続が高速化されます。その結果、エンド ユーザーの側から見れば、安全性や生産性が大幅に向上するからです。

インフォテインメントのアイコン

過酷な環境に対応する、新しい Ethernet コネクタ技術およびソリューション

現在、産業用・商用車両のための堅牢な Ethernet コネクタには、最高 100 Mbps でデータ伝送を行う用途向けと、最高 1 Gbps でのデータ伝送が必要な用途向けという、2 つのカテゴリーがあります。産業用・商用車両の業界向けに設計された Ethernet コネクタが、自動車用コネクタをベースにしている場合もあれば、元々乗用車に使われていたシリーズを拡張する場合もあります。

 

TE では、自動車用 MCON 端子をより堅牢なハウジングと組み合わせ、100BASE-T1 仕様に適合するよう設計をアップグレードして、「enetSEAL+」と呼ばれる新しいシール型イーサネット コネクタを開発しました。この新世代型 enetSEAL+ コネクタは、最高 100 Mbps までのデータ接続に対応可能で、多機能ディスプレイ・テレマティックス・テレメトリ ユニット・インフォテインメント モジュール・メディア アクセス コントローラなどの用途向けに、堅牢な全二重電線対電線接続を提供します。外部カメラと検知モジュールを接続すれば、Ethernet 差動信号伝達通信プロトコルを利用して、オペレータによる状況認識や安全性を向上させることが可能です。ヘビーデューティー車両市場にとっては、シール型 enetSEAL+ コネクタも現場での修理が可能である点も重要なポイントです。

 

その他の特徴:

      最適で高品質な設計によって、製造コストとサービス コストを削減。

      IP67 および IP69 (バックシェル付属の場合) 等級に準拠した、防水・防塵性能。

      より高い信頼性を実現する、多接点技術。

      内蔵の二次ロック機能により、端子を確実に保持。

      パススルーや ECU 用途に対応した 2 種類のコーディングと複数のパネル厚により、モジュールとして使用可能。

OEM では、既存ハーネス メーカーのサプライ チェーンを活用可能。

過酷な環境におけるデータ接続

TE の HDSCnet+ Ethernet コネクタは、最大 1 Gbps のデータ伝送速度が可能な、堅牢で過酷な環境下での使用に耐える熱可塑性樹脂コネクタです。TE が提供する MATEnet 相互接続システムとの互換性を備えており、電線対電線接続や電線対デバイス接続を提供します。極めて過酷な環境で動作するよう設計されているため、ヘビーデューティー車両の設計者は、複数のハイブリッド インタフェースを導入した柔軟な設計や、非シールドまたはシールド ツイストペア ケーブルの使用による拡張性向上などを実現できます。

 

HDSCnet+ Ethernet コネクタの利点:

 

      長期使用の信頼性を改善し、製造コストとサービス コストを削減できるよう最適化

      内蔵の二次ロック機能が端子を保持し、確実な接続を実現

      事前ロック位置で提供される信頼性の高いスライド ロック機構により、確実な取り扱いと低挿入力を実現

      電線対電線および電線対基板に対応するモジュール用途を想定した設計。インライン・防水フランジ・PCB 実装の各種取り付けオプションに対応

IP67 および IP69 (バックシェル付属の場合) 等級に準拠した、防水・防塵性能。

 

どちらのソリューションも、レーダー・ライダ・カメラ・テレマティック ユニット・オンボード診断・ヘッドアップ ディスプレイ・計器類・インフォテインメント用途のほか Ethernet アーキテクチャなど、あらゆる過酷な環境用途に対応しています。

農地を走行するトラクタ

設計の初期段階で、Ethernet 通信のエキスパートを投入

設計における目標到達点は、常に技術トレンドよりも先を行くこと。特に、寿命の長い車両を設計する場合はなおさらです。市場での競争力を維持し、自動化のトレンドや機能性を先取りして、安全性・生産性・持続可能性に対する顧客の需要を満たすためにも、設計者やメーカーは最新の設計に Ethernet を取り入れ、現在、そして今後も増大するデータ接続要件に対応していく必要があります。建機農機・商用車・2 輪車の分野において、Ethernet は比較的新しい技術であるため、Ethernet のほか自動車・トラック・ヘビーデューティー車両業界に普及している通信プロトコルについて、設計の初期段階でエンジニアやプロダクト マネージャーの意見を聞いておくことが重要になります。

 

TE では、自動車、建機農機・商用車・2 輪車、データ通信といった業界における用途やシステムについて、豊富な専門知識を培ってきました。TE のエンジニアや製品エキスパートは顧客と緊密に連携して、過酷な条件でも信号の完全性を維持する一方で、センシングおよびコンピューティング能力の増強を必要とする、最先端の機能を設計するために必要なトポロジとテクノロジについて、助言を提供しています。当社はこの市場の定評あるリーダーとして、高速データにおける経験や実績、過酷な環境における信頼性を存分に活かし、Ethernet による堅牢な車載ネットワークを可能にする上で欠かすことのできない端子・コネクタ・ケーブルを設計・製造しています。

 

 

将来登場する自律走行型ヘビー デューティー車両では、レーダー約 16 基、ライダ約 10 基、カメラ約 10 台といった具合に、かなりの数のセンサが必要になるでしょう。これはつまり、30 を超えるケーブルとリンクを、EMI 耐性を備え、すっきりと取り回しできるものにする、ということを意味します。