自動車産業の急速な発展に伴い、車載電子システムの複雑さはますます増大しており、通信システムの要件はますます厳しくなっています。光ファイバーハーネスは、高度な信号伝送キャリアとして、自動車業界でますます広く使用されています。高速、高信頼性、低損失、電磁干渉耐性などの利点を持つ光ファイバーは、自動車内でのデータ伝送方法を徐々に変えつつあり、自動車通信分野での大きな応用可能性を実証しています。この記事では、光ファイバーハーネスの基本特性と自動車への応用について説明し、その利点と開発の見通しを分析します。
自動車技術のインテリジェンスと接続性の向上に伴い、通信とデータ伝送の需要が増大しており、車載電子通信システムのセキュリティと安定性が主要な研究焦点となっています。光ファイバー通信技術は、高度な通信技術として、車載電子通信システムの開発に新たなアイデアをもたらします。本稿では、光ファイバー通信技術の特徴を分析し、将来の自動車への応用を多面的に考察し、その利点を探り、開発動向を予測する。

1.光ファイバーハーネスの技術概要

光ファイバーケーブルは、キャリアとして光波を使用し、伝送媒体として光ファイバーを使用するため、高速、高信頼性、低損失、電磁干渉耐性などの利点があります。そ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、車載システムの大容量リアルタイム通信要件を満たします。光ファイバー通信リンクは主に、高速信号伝送を実現するための光コネクターと光ファイバーキャリアで構成されています。
①光ファイバーコネクタ
光ファイバーコネクタは、光ファイバー間の可動接続を可能にする受動的な光デバイスです。これらは主に、ファイバの強化、ファイバの位置合わせ、柔軟な嵌合、コネクタのロック、ケーブルの固定、フェルールの回転防止、およびケーブルの緩衝で構成されます (図 1 を参照)。光ファイバ コネクタは通常、ファイバの位置合わせにセラミック フェルールとセラミック スリーブを使用し、バネによりフェルール端の柔軟な嵌合が保証されます。嵌合前、スプリングはあらかじめ圧縮された状態にあり、ロック力によるフェルールの移動を防ぎます。嵌合中、フェルールの後退により二次圧縮が発生し、ばね力がフェルールにフィードバックされ、嵌合プロセス全体を通じて 2 つの嵌合フェルールが確実に接触し、互いに押し付けられた状態が維持されます。

②光ファイバー導体
光ファイバーは円筒形で、主にコア、クラッド、コーティングで構成されています (図 2 を参照)。光ファイバーの伝送原理は全反射現象を利用したものです。つまり、光が光学的に密度の高い媒体（屈折率が比較的高い）から光学的に密度が低い媒体（屈折率が比較的低い）に入射する場合、入射角が内部全反射の臨界角より大きい場合、光は屈折せず、完全に反射して元の媒体に戻り、光信号が漏れなく光ファイバ内を伝播することが保証されます。

光ファイバーには次のような特徴があります。
(1) 高速伝送、長距離、高コンテンツ：光ファイバーは伝送速度が非常に速く、長距離のデータ伝送が可能であり、一度に大量のデータを伝送することができます。
(2) 電磁干渉の影響を受けない：光ファイバーは光信号を伝送するため、電磁波の影響を受けず、信号品質がより安定します。
(3) 広い帯域幅: 光ファイバーは非常に広い帯域幅を持っており、高速データ伝送をサポートできます。
(4) 低損失: 光ファイバーの伝送損失は非常に低く、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、さらにはそれ以上の距離を伝送できます。
(5) 高いセキュリティ: 光ファイバー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ることがないため、高いデータ セキュリティ要件が必要な一部のシナリオに適しています。
(6) 小型軽量: 従来の銅線ケーブルと比較して、光ファイバーは小型かつ軽量であるため、導入と保守が容易です。この利点は、大規模な通信ネットワークではさらに顕著になります。

2.インテリジェント自動車アプリケーションにおける光ファイバーハーネスの利点

銅線の伝送速度が 10GB/s 以上に達すると、速度要件を満たすためにより太い銅線が必要になります。しかし、自動車のレイアウト環境においては、銅線の太化は車両の重量増加やコストの増加につながり、車両の高速・軽量のレイアウト環境の要求に応えることができなくなる。光ファイバー ケーブル技術により、通信の品質と信頼性が大幅に向上し、余分な重量を追加することなく電磁干渉が軽減されるため、車両の安全性と安定性が向上します。
(1) 光ファイバーケーブルの伝送速度は、従来の銅線や同軸ケーブルよりもはるかに高速です。毎秒数百万メガバイトのデータを送信できるため、大容量のデータと高いリアルタイム性能を求める現代の自動車の通信ニーズを満たすことができます。従来の銅線ネットワークの最高速度は 10GB/s にしか達せず、高速伝送の要件を満たすのは困難です。
(2) 光ファイバの伝送損失は極めて低い。キロメートルあたりの損失は通常 0.0035 dB/m 未満であり、長距離伝送中に信号が高品質を維持できることが保証されます。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、長距離伝送では大きくなります。
(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内で信号を送信します。これは、従来の銅線伝送と比較して、電磁干渉に対する大幅な耐性を備えています。
(4) 自動車用光ファイバーの一種であるプラスチック光ファイバー (POF) は、従来の金属ワイヤーと比較して、車両の重量を大幅に軽減し、車両の経済性を向上させることができます。

3.自動車における光ファイバーハーネスの適用シナリオ

光ファイバーハーネスは現在、医療、通信、インターネット、産業の分野で広く使用されています。しかし、自動車分野での応用は、基本的な理論的基礎、技術仕様と規格の欠如、不明確な試験基準、自動車応用における実践経験の不足など、いくつかの課題に直面しています。


①光ファイバーケーブル束の展開地域への適用
自動車での光ファイバーハーネスの使用は他の分野と異なり、使用領域の環境特性を十分に考慮する必要があります。たとえば、振動要件はエンジンやシャーシなどの領域に関係します。エンジンルームや足回りなどは防水性能を考慮する必要があります。高温領域では、光ファイバー導体とコネクタの高温性能要件を考慮する必要があります。自動車の使用環境の違いに応じて、車両全体のレイアウト領域は湿潤領域、潜在的湿潤領域、乾燥領域に大別されます。
(1) 濡れエリアとは、シャシーやエンジンルームなどの車室外のハーネスコネクタなど、通常の使用状況で電線やコネクタが液体と接触する可能性があるエリアを指します。雨や雪の天候では、運転中や駐車中であっても、これらの領域はさまざまな液体とある程度接触します。
(2) 濡れの可能性のあるエリアとは、雨の中でドアが開いたり、コップに水をこぼしたり、凍ったものが溶けたり、結露が滴ったりする場合など、日常の特定の使用シナリオでハーネス コネクタが液体と接触する可能性のあるエリアを指します。例えば、客室フロア、ドアアームレスト、シート表面など。
(3) 完全に乾燥したエリアとは、ダッシュボードの内側やヘッドライナーの内側など、通常の車両の使用シナリオにおいてワイヤリング ハーネスのコネクタが液体と接触する可能性が低いエリアを指します。ワイヤリング ハーネス コネクタの防水シール要件は、濡れたエリア、潜在的に濡れたエリア、乾燥したエリアへと順に減少することに注意してください。

②光ファイバーハーネス応用ソリューション
電気的性能要件を満たすことに加えて、自動車における光ファイバー ケーブルの適用では、多くの場合、機械的性能要件を満たす必要があります。光ファイバーケーブルの温度定格、振動要件、防水要件を考慮する必要があります。解決策は次のとおりです。
(1) 光ファイバーケーブル：まず、耐高温材料の選定と車両全体のレイアウトの最適化による放熱設計を行います。例えば、シリコーン線やXLPE線などの高温に強い線材が選択されます。これらの材料は、高温環境でも断熱性を維持できます。第二に、二層コーティングや紫外線硬化技術などの特殊なプロセスが使用されています。最後に、エンジンの排気管経路や高温渦領域を避けたワイヤーハーネスのレイアウトなど、車内レイアウトの最適化を図りました。熱管理により、より最適化されたレイアウトが得られます。
同時に、高温耐性断熱ラッピングは、車両の配線レイアウトにも使用できます。たとえば、光ファイバーケーブルの外側を包むために高温耐性のアルミ箔ガラスファイバーチューブが使用されており、これにより、車両の高温環境での光ファイバーケーブルの使用を効果的に確保し、耐老化性を向上させることができます。
同時に、光ファイバーケーブルを湿気の多い環境でも確実に使用できるように、光ケーブルを効果的に防水するための多層保護構造で設計することもできます。具体的には、光ケーブルの最外層は通常、プラスチックのシースです。このシースは機械的保護を提供するだけでなく、一定の防水機能も備えています。プラスチックシースの内側には金属ジャケットがあり、光ケーブルの耐圧性と防水性をさらに高めています。金属ジャケット内には、水分の侵入に対する重要なバリアである水膨潤性バリア層があります。湿気が侵入すると、バリア層が急速に膨張して侵入経路を密閉し、さらなる広がりを防ぎます。ケーブルコアにも防水対策が施されています。光ファイバーはグリースでしっかりと包まれ、コア内の他のコンポーネントに接着されています。このグリースは潤滑するだけでなく、より重要なことに、コア内の微量の水分を吸収して閉じ込め、ファイバーへの損傷を防ぎます。
この多層の保護構造により、光ケーブルはさまざまな過酷な環境下でもファイバーの乾燥と安定性を維持し、通信信号のスムーズな伝送を保証します。例えば、長江光ファイバーケーブルがリリースした自動車用光ハーネスソリューションの石英マルチモードファイバーは、曲げ（半径10mm）、引張強度（150N）、温度特性（-40℃～125℃）、経年変化（125℃、3000時間）、振動（V3）の点で自動車グレードの基準を満たしています。
(2) 光ファイバコネクタ: 光ファイバコネクタの耐熱性を向上させる主な方法には、放熱構造の設計と高温耐性材料の選択が含まれます。合理的な放熱設計と高温耐性材料の使用により、高温環境における光ファイバーコネクタの性能と寿命を効果的に向上させることができます。まず、光ファイバーコネクタの耐熱性を向上させるには、放熱構造の設計が重要です。光ファイバーコネクタは動作中に熱を発生します。合理的な放熱設計により、コネクタの温度が低下し、安定した動作が保証されます。

具体的な方法は次のとおりです。
① 熱を伝達し、放熱を助ける金属部品を確保します。
② 放熱フィンの設計: コネクタシェルに放熱フィンを組み込み、空気接触を改善し、ファンや自然風による放熱を可能にします。
③金属シェルの採用：放熱性能に優れた金属素材を採用し、放熱効率を高めます。次に、光ファイバーコネクタの耐熱性を向上させるには、高温耐性のある材料を選択することも重要です。
通常の材料は高温環境では老化や変形を起こしやすいですが、耐高温材料は高温の影響に耐えることができます。
① 高品質エンジニアリングプラスチック：中低温に耐える高品質エンジニアリングプラスチックをコネクタシェルと内部構造に使用し、全体の耐熱性を向上させます。
② 特殊合金材料: コネクタの主要部品に特殊合金材料を使用し、耐高温性と耐変形性を向上させます。たとえば、Lytas Optics は、従来の光コネクタと比較して、より高い嵌合再現性、より長い嵌合寿命、より低い嵌合損失、より低い防塵感受性を特徴とする非接触光コネクタを提供しています。
③ 熱収縮チューブによる防水加工が可能：接続部に熱収縮チューブを塗布し、熱収縮チューブヒーターでチューブを収縮させます。熱収縮チューブの機能は、光ファイバーを保護し、湿気や汚染物質の侵入を防ぐことです。熱収縮チューブがコネクタと光ファイバー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。コネクタの防水性能を高めるために、熱収縮チューブの外側に適量のシール剤を塗布します。シーリング材を均一に塗布し、隙間や気孔を埋め、シーリング材が乾燥・硬化するのを待ってからシーリング処理を行ってください。 (3) 光ファイバーによる高速接続が実現され、電気接続ポートがセンサーへの電力供給を担当します。要約すると、光ファイバー通信技術には、車両通信システムにおいて幅広い応用の可能性と大きな可能性があります。今後も光ファイバー通信技術はその独自の利点を活かし、車載電子通信システムの発展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、規模の継続的な改善により、車両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、インテリジェント車両の開発における高速通信のニーズを解決するための好ましいソリューションとなるでしょう。

4.結論

インテリジェント車両の開発には通信システムが求められ、高速、低損失、強力な耐干渉性が求められます。自動車用銅線と比較して、光ファイバー通信線にはいくつかの利点があります。このペーパーでは、光ファイバー バンドルのアプリケーション シナリオと対応するソリューションを簡単に分析します。インテリジェント車両の開発に伴い、自動車用光ファイバーが自動車に広く使用されるようになります。
(出典: [1] Automotive Knowledge. 2024, 24 (11)、著者: Jian Zhongjian、Liu Zhiqiang、Wang Dengke。GAC グループ自動車工学研究所
[2] ワイヤーハーネス中国。 2026年5月）