Avec le développement rapide de l'industrie automobile, la complexité des systèmes électroniques automobiles ne cesse d'augmenter et les exigences en matière de systèmes de communication sont de plus en plus strictes. Les faisceaux de fibres optiques, en tant que support avancé de transmission de signaux, sont de plus en plus utilisés dans l'industrie automobile. La fibre optique, avec ses avantages de vitesse élevée, de fiabilité élevée, de faibles pertes et de résistance aux interférences électromagnétiques, modifie progressivement la manière dont les données sont transmises dans les automobiles, démontrant un énorme potentiel d'application dans le domaine de la communication automobile. Cet article traite des caractéristiques de base des faisceaux de fibres optiques et de leurs applications dans l'automobile, en analysant leurs avantages et leurs perspectives de développement.
Avec l'intelligence et la connectivité croissantes de la technologie automobile, la demande en matière de communication et de transmission de données augmente, faisant de la sécurité et de la stabilité des systèmes de communication électroniques embarqués un axe de recherche clé. La technologie de communication par fibre optique, en tant que technologie de communication avancée, fournit de nouvelles idées pour le développement de systèmes de communication électroniques embarqués. Cet article analyse les caractéristiques de la technologie de communication par fibre optique, examine ses applications dans les automobiles du futur sous plusieurs angles, explore ses avantages et prévoit ses tendances de développement.

1.Aperçu technique des faisceaux de fibres optiques

Les câbles à fibres optiques utilisent des ondes lumineuses comme supports et des fibres optiques comme support de transmission, offrant des avantages tels qu'une vitesse élevée, une fiabilité élevée, de faibles pertes et une résistance aux interférences électromagnétiques. Leurs taux de transmission sont bien supérieurs à ceux des fils de cuivre ou des câbles coaxiaux traditionnels, répondant ainsi aux exigences de communication en temps réel et à volume élevé des systèmes embarqués. La liaison de communication par fibre optique se compose principalement de connecteurs optiques et de supports de fibre optique pour permettre une transmission de signal à grande vitesse.
①Connecteur fibre optique
Les connecteurs de fibre optique sont des dispositifs optiques passifs qui permettent des connexions mobiles entre les fibres optiques. Ils comprennent principalement le renforcement des fibres, l'alignement des fibres, l'accouplement flexible, le verrouillage du connecteur, la fixation du câble, l'anti-rotation de la virole et la mise en mémoire tampon du câble (voir Figure 1). Les connecteurs de fibre optique utilisent généralement des ferrules et des manchons en céramique pour l'alignement des fibres, avec des ressorts assurant un accouplement flexible des extrémités des ferrules. Avant l'accouplement, le ressort est dans un état précomprimé, empêchant la virole de bouger en raison de la force de verrouillage. Pendant l'accouplement, la rétraction de la virole génère une compression secondaire, renvoyant la force du ressort à la virole, garantissant que les deux viroles d'accouplement restent en contact et pressées l'une contre l'autre tout au long du processus d'accouplement.

②Conducteur à fibre optique
Les fibres optiques sont cylindriques et se composent principalement d'un noyau, d'une gaine et d'un revêtement (voir Figure 2). Le principe de transmission des fibres optiques exploite le phénomène de réflexion interne totale. Autrement dit, lorsque la lumière arrive d'un milieu optiquement plus dense (avec un indice de réfraction relativement élevé) vers un milieu optiquement moins dense (avec un indice de réfraction relativement faible), si l'angle d'incidence est supérieur à l'angle critique pour une réflexion interne totale, la lumière ne sera plus réfractée, mais sera complètement réfléchie dans le milieu d'origine, garantissant que le signal optique peut se propager dans la fibre optique sans fuite.

La fibre optique présente les caractéristiques suivantes :
(1) Vitesse de transmission élevée, longue distance et contenu élevé : la fibre optique a une vitesse de transmission très élevée, peut transmettre des données sur de longues distances et peut transmettre une grande quantité de données en même temps.
(2) Non affecté par les interférences électromagnétiques : la fibre optique transmet des signaux optiques et n'est pas affectée par les ondes électromagnétiques, la qualité du signal est donc plus stable.
(3) Large bande passante : la fibre optique a une très large bande passante, qui peut prendre en charge la transmission de données à haut débit.
(4) Faible perte : la perte de transmission de la fibre optique est très faible et, en théorie, elle peut transmettre des centaines de kilomètres, voire des distances plus longues, sans perte de qualité du signal.
(5) Haute sécurité : la transmission par fibre optique ne génère pas de rayonnement électromagnétique et ne peut pas être écoutée par des ondes électromagnétiques externes, elle est donc plus adaptée à certains scénarios avec des exigences élevées en matière de sécurité des données.
(6) Petite taille et poids léger : Par rapport aux câbles en cuivre traditionnels, la fibre optique est plus petite et plus légère, ce qui la rend plus facile à déployer et à entretenir. Cet avantage est encore plus évident dans les réseaux de communication à grande échelle.

2.Avantages des faisceaux de fibres optiques dans les applications automobiles intelligentes

Lorsque le taux de transmission des fils de cuivre atteint 10 Go/s ou plus, des fils de cuivre plus épais seront nécessaires pour répondre aux exigences de débit. Cependant, dans l'environnement d'aménagement automobile, l'épaississement des fils de cuivre entraîne une augmentation du poids du véhicule et du coût du véhicule, qui ne peuvent pas répondre aux exigences de l'environnement d'aménagement à grande vitesse et de faible poids du véhicule. La technologie des câbles à fibres optiques peut améliorer considérablement la qualité et la fiabilité des communications et réduire les interférences électromagnétiques sans ajouter de poids supplémentaire, améliorant ainsi la sécurité et la stabilité du véhicule.
(1) Le taux de transmission du câble à fibre optique est bien supérieur à celui des fils de cuivre ou des câbles coaxiaux traditionnels. Il peut transmettre des millions de mégaoctets de données par seconde, ce qui peut répondre aux besoins de communication des automobiles modernes en matière de volume de données important et de performances en temps réel élevées. La vitesse la plus élevée des réseaux traditionnels en fil de cuivre ne peut atteindre que 10 Go/s, ce qui est difficile à répondre aux exigences de transmission à grande vitesse.
(2) La perte de transmission de la fibre optique est extrêmement faible. La perte par kilomètre est généralement inférieure à 0,0035 dB/m, ce qui peut garantir que le signal conserve une haute qualité pendant la transmission longue distance. En revanche, la perte de transmission des réseaux traditionnels en fil de cuivre est de 0,5 dB/m, ce qui est important lors d'une transmission longue distance.
(3) La technologie de communication par fibre optique utilise des ondes lumineuses pour transmettre des signaux dans des fibres optiques, qui présentent une immunité significative aux interférences électromagnétiques par rapport à la transmission traditionnelle par fil de cuivre.
(4) Par rapport aux fils métalliques traditionnels, la fibre optique en plastique (POF), en tant que type de fibre optique automobile, peut réduire considérablement le poids du véhicule et améliorer son économie.

3. Scénarios d'application des faisceaux de fibres optiques dans les automobiles

Les faisceaux de fibres optiques sont actuellement largement utilisés dans les domaines de la médecine, des communications, d'Internet et de l'industrie. Cependant, leur application dans le domaine automobile se heurte à plusieurs défis, notamment un manque de fondements théoriques de base, de spécifications et de normes techniques, des normes de test peu claires et un manque d'expérience pratique dans les applications automobiles.

①Application des faisceaux de câbles à fibres optiques dans les zones de déploiement
L'utilisation de faisceaux de fibres optiques dans l'automobile diffère de celle utilisée dans d'autres domaines et les caractéristiques environnementales de la zone d'utilisation doivent être pleinement prises en compte. Par exemple, les exigences en matière de vibrations concernent des domaines tels que le moteur et le châssis ; les performances d'étanchéité doivent être prises en compte dans des zones telles que le compartiment moteur et le train de roulement ; et les exigences de performance à haute température des conducteurs et connecteurs à fibre optique doivent être prises en compte dans les zones à haute température. Selon les différents environnements d'utilisation des automobiles, les zones d'aménagement de l'ensemble du véhicule peuvent être grossièrement divisées en zones humides, zones potentiellement humides et zones sèches.
(1) Les zones humides font référence aux zones où les fils et les connecteurs sont susceptibles d'entrer en contact avec des liquides dans des scénarios d'utilisation normale, tels que les connecteurs de faisceaux dans les zones extérieures à l'habitacle telles que le châssis et le compartiment moteur. Par temps de pluie ou de neige, ces zones entreront dans une certaine mesure en contact avec divers liquides, que ce soit pendant la conduite ou lors du stationnement.
(2) Les zones potentiellement humides font référence aux zones où les connecteurs du faisceau peuvent entrer en contact avec des liquides dans certains scénarios d'utilisation quotidienne, par exemple lorsque les portes sont ouvertes sous la pluie, que des gobelets d'eau sont renversés, que des objets gelés fondent ou que de la condensation coule. Par exemple, le plancher de l'habitacle, les accoudoirs de porte, les surfaces des sièges, etc.
(3) Les zones absolument sèches font référence aux zones où les connecteurs du faisceau de câbles sont peu susceptibles d'entrer en contact avec des liquides dans des scénarios d'utilisation normale du véhicule, comme l'intérieur du tableau de bord et l'intérieur de la garniture de toit. Il convient de noter que les exigences d'étanchéité à l'eau pour les connecteurs de faisceaux de câbles diminuent séquentiellement des zones humides, des zones potentiellement humides aux zones sèches.

②Solutions d'application de faisceaux de fibres optiques
En plus de répondre aux exigences de performances électriques, l'application de câbles à fibres optiques dans les automobiles nécessite souvent de répondre à des exigences de performances mécaniques. Il est nécessaire de prendre en compte la température nominale, les exigences en matière de vibrations et les exigences en matière d'étanchéité des câbles à fibres optiques. Les solutions sont les suivantes :
(1) Câbles à fibres optiques : Premièrement, la conception de la dissipation thermique est réalisée en sélectionnant des matériaux résistants aux températures élevées et en optimisant la disposition globale du véhicule. Par exemple, des matériaux métalliques résistants aux hautes températures tels que le fil de silicone et le fil XLPE sont sélectionnés. Ces matériaux peuvent maintenir l’isolation dans des environnements à haute température. Deuxièmement, des procédés spéciaux sont utilisés, tels que le revêtement double couche et la technologie de durcissement aux ultraviolets. Enfin, la disposition dans le véhicule est optimisée. Par exemple, la disposition du faisceau de câbles évite le trajet du tuyau d'échappement du moteur et la zone de vortex à haute température. Une disposition plus optimisée est obtenue grâce à la gestion thermique.
Dans le même temps, un emballage d'isolation thermique résistant aux hautes températures peut également être utilisé dans le câblage du véhicule. Par exemple, un tube en fibre de verre en feuille d'aluminium résistant aux hautes températures est utilisé pour envelopper l'extérieur du câble à fibre optique, ce qui peut garantir efficacement l'utilisation de câbles à fibre optique dans des environnements à haute température dans les véhicules et améliorer la résistance au vieillissement.
Dans le même temps, afin de garantir que les câbles à fibres optiques peuvent être utilisés dans des environnements humides, le câble optique peut également être conçu avec une structure de protection multicouche pour une imperméabilisation efficace. Plus précisément, la couche la plus externe du câble optique est généralement une gaine en plastique. Cette gaine assure non seulement une protection mécanique mais possède également une certaine fonction imperméable. À l'intérieur de la gaine en plastique se trouve une gaine métallique qui améliore encore la résistance à la pression et les capacités d'étanchéité du câble optique. À l’intérieur de la gaine métallique se trouve une couche barrière gonflable à l’eau, une barrière cruciale contre la pénétration de l’humidité. Si l'humidité pénètre, la couche barrière se dilate rapidement, scellant le chemin d'intrusion et empêchant toute propagation ultérieure. L'âme du câble intègre également des mesures d'étanchéité. La fibre optique est étroitement enveloppée de graisse et liée aux autres composants du noyau. Cette graisse non seulement lubrifie mais, plus important encore, absorbe et retient des traces d'humidité dans le noyau, évitant ainsi d'endommager la fibre.
Grâce à cette structure de protection multicouche, le câble optique peut maintenir la sécheresse et la stabilité de la fibre dans divers environnements difficiles, assurant ainsi une transmission fluide des signaux de communication. Par exemple, la fibre multimode à quartz de la solution de faisceau optique automobile publiée par Yangtze Optical Fiber and Cable répond aux normes de qualité automobile en termes de courbure (rayon 10 mm), de résistance à la traction (150 N), de caractéristiques de température (-40 ℃ ~ 125 ℃), de vieillissement (125 ℃, 3 000 h) et de vibration (V3).
(2) Connecteurs à fibre optique : Les principales méthodes pour améliorer la résistance à la température des connecteurs à fibre optique comprennent la conception de structures de dissipation thermique et la sélection de matériaux résistants aux hautes températures. Grâce à une conception raisonnable de dissipation thermique et à l'utilisation de matériaux résistants aux hautes températures, les performances et la durée de vie des connecteurs à fibre optique dans les environnements à haute température peuvent être efficacement améliorées. Premièrement, la conception d’une structure de dissipation thermique est essentielle pour améliorer la résistance à la température des connecteurs à fibre optique. Les connecteurs à fibre optique génèrent de la chaleur pendant le fonctionnement ; une conception raisonnable de dissipation thermique peut aider à réduire la température du connecteur et assurer son fonctionnement stable.

Voici les méthodes spécifiques :
① Réservez les composants métalliques pour transférer la chaleur et faciliter la dissipation thermique.
② Concevoir des ailettes de dissipation thermique : incorporez des ailettes de dissipation thermique dans la coque du connecteur pour permettre un meilleur contact avec l'air et une meilleure dissipation de la chaleur via les ventilateurs ou le vent naturel.
③ Utilisez une coque métallique : utilisez des matériaux métalliques avec de meilleures performances de dissipation thermique pour améliorer l'efficacité de la dissipation thermique. Deuxièmement, la sélection de matériaux résistant aux hautes températures est également cruciale pour améliorer la résistance à la température des connecteurs de fibres optiques.
Les matériaux ordinaires sont sujets au vieillissement ou à la déformation dans des environnements à haute température, tandis que les matériaux résistants aux hautes températures sont mieux à même de résister aux effets des températures élevées.
① Plastiques techniques de haute qualité : utilisez des plastiques techniques de haute qualité résistants aux températures moyennes et basses pour construire la coque du connecteur et la structure interne, améliorant ainsi la résistance globale à la température.
② Matériaux en alliage spécial : utilisez des matériaux en alliage spécial pour construire les composants clés du connecteur, améliorant ainsi leur résistance aux températures élevées et à la déformation. Par exemple, Lytas Optics propose des connecteurs optiques sans contact, qui présentent une répétabilité d'accouplement plus élevée, une durée de vie d'accouplement plus longue, une perte d'accouplement plus faible et une sensibilité à la poussière plus faible par rapport aux connecteurs optiques traditionnels.
③ Une gaine thermorétractable peut être utilisée pour l'imperméabilisation : appliquez une gaine thermorétractable sur la zone de connexion et utilisez un chauffage pour gaine thermorétractable pour rétrécir le tube. La fonction des gaines thermorétractables est de protéger les fibres optiques et d’empêcher l’humidité et les contaminants de pénétrer. Assurez-vous que la gaine thermorétractable est bien ajustée contre le connecteur et la fibre optique, sans espaces. Appliquez une quantité appropriée de mastic à l'extérieur de la gaine thermorétractable pour améliorer les performances d'étanchéité du connecteur. Assurez-vous que le scellant est appliqué uniformément et remplit tous les espaces et pores possibles, attendez que le scellant sèche et durcisse, puis effectuez un traitement de scellement. (3) La connexion à haut débit est réalisée via la fibre optique et le port de connexion électrique est responsable de l'alimentation du capteur. En résumé, la technologie de communication par fibre optique présente de larges perspectives d'application et un grand potentiel dans les systèmes de communication des véhicules. À l'avenir, la technologie de communication par fibre optique continuera de tirer parti de ses avantages uniques et de fournir un soutien important au développement de systèmes de communication électronique pour véhicules. Dans le même temps, avec le progrès et l'innovation continus de la technologie et l'amélioration continue de l'échelle, le coût de la communication par fibre optique dans les applications automobiles sera encore réduit, les solutions deviendront plus matures et elles deviendront la solution privilégiée pour résoudre les besoins de communication à haut débit dans le développement de véhicules intelligents.

4.Conclusion

Le développement de véhicules intelligents impose des exigences aux systèmes de communication, exigeant une vitesse élevée, de faibles pertes et une forte résistance aux interférences. Par rapport aux fils de cuivre automobiles, les fils de communication à fibre optique offrent plusieurs avantages. Cet article analyse brièvement les scénarios d'application des faisceaux de fibres optiques et les solutions correspondantes. Avec le développement des véhicules intelligents, la fibre optique automobile sera largement utilisée dans les automobiles.
(Source : [1] Automotive Knowledge. 2024, 24 (11), Auteur : Jian Zhongjian, Liu Zhiqiang, Wang Dengke. Institut de recherche en ingénierie automobile du groupe GAC
[2] Faisceau de câblage Chine. 2026, 5)