Met de snelle ontwikkeling van de auto-industrie neemt de complexiteit van elektronische systemen in de auto voortdurend toe en worden de eisen voor communicatiesystemen steeds strenger. Glasvezelkabelbomen worden als geavanceerde drager voor signaaloverdracht steeds vaker in de auto-industrie gebruikt. Glasvezel, met zijn voordelen van hoge snelheid, hoge betrouwbaarheid, laag verlies en weerstand tegen elektromagnetische interferentie, verandert geleidelijk de manier waarop gegevens in auto's worden verzonden, wat een enorm toepassingspotentieel op het gebied van autocommunicatie aantoont. Dit artikel bespreekt de basiskenmerken van glasvezelkabelbomen en hun toepassingen in auto's, waarbij hun voordelen en ontwikkelingsvooruitzichten worden geanalyseerd.
Met de toenemende intelligentie en connectiviteit van autotechnologie groeit de vraag naar communicatie en datatransmissie, waardoor de veiligheid en stabiliteit van elektronische communicatiesystemen in voertuigen een belangrijk onderzoeksfocus worden. Glasvezelcommunicatietechnologie biedt als geavanceerde communicatietechnologie nieuwe ideeën voor de ontwikkeling van elektronische communicatiesystemen in voertuigen. Dit artikel analyseert de kenmerken van glasvezelcommunicatietechnologie, onderzoekt de toepassingen ervan in toekomstige auto's vanuit meerdere perspectieven, onderzoekt de voordelen ervan en voorspelt de ontwikkelingstrends ervan.

1. Technisch overzicht van glasvezelkabelbomen

Glasvezelkabels gebruiken lichtgolven als dragers en optische vezels als transmissiemedium, wat voordelen biedt zoals hoge snelheid, hoge betrouwbaarheid, laag verlies en weerstand tegen elektromagnetische interferentie. Hun transmissiesnelheden zijn veel hoger dan die van traditionele koperdraden of coaxkabels en voldoen aan de hoge-volume, real-time communicatievereisten van systemen in voertuigen. De glasvezelcommunicatieverbinding bestaat voornamelijk uit optische connectoren en glasvezeldragers om signaaloverdracht op hoge snelheid te realiseren.
①Glasvezelconnector
Glasvezelconnectoren zijn passieve optische apparaten die beweegbare verbindingen tussen optische vezels mogelijk maken. Ze bestaan ​​voornamelijk uit vezelversterking, vezeluitlijning, flexibele paring, connectorvergrendeling, kabelfixatie, anti-rotatie ferrule en kabelbuffering (zie figuur 1). Glasvezelconnectoren maken doorgaans gebruik van keramische adereindhulzen en keramische hulzen voor het uitlijnen van de vezels, waarbij veren zorgen voor een flexibele koppeling van de uiteinden van de ferrule. Vóór het paren bevindt de veer zich in een voorgecomprimeerde toestand, waardoor wordt voorkomen dat de ferrule beweegt als gevolg van de blokkeerkracht. Tijdens het paren genereert het terugtrekken van de ferrule secundaire compressie, waardoor de veerkracht wordt teruggevoerd naar de ferrule, waardoor wordt verzekerd dat de twee parende ferrules in contact blijven en tegen elkaar worden gedrukt tijdens het paringsproces.

②Optische vezelgeleider
Optische vezels zijn cilindrisch en bestaan ​​voornamelijk uit een kern, bekleding en coating (zie figuur 2). Het transmissieprincipe van optische vezels maakt gebruik van het fenomeen van totale interne reflectie. Dat wil zeggen, wanneer licht invalt van een optisch dichter medium (met een relatief hoge brekingsindex) naar een optisch minder dicht medium (met een relatief lage brekingsindex), en als de invalshoek groter is dan de kritische hoek voor totale interne reflectie, zal het licht niet langer worden gebroken, maar volledig worden teruggekaatst naar het oorspronkelijke medium, waardoor het optische signaal zich zonder lekkage in de optische vezel kan voortplanten.

Optische vezel heeft de volgende kenmerken:
(1) Hoge transmissiesnelheid, lange afstand en hoge inhoud: glasvezel heeft een zeer hoge transmissiesnelheid, kan gegevens over lange afstanden verzenden en kan tegelijkertijd een grote hoeveelheid gegevens verzenden.
(2) Niet beïnvloed door elektromagnetische interferentie: optische vezels verzenden optische signalen en worden niet beïnvloed door elektromagnetische golven, dus de signaalkwaliteit is stabieler.
(3) Brede bandbreedte: Glasvezel heeft een zeer brede bandbreedte, die snelle datatransmissie kan ondersteunen.
(4) Laag verlies: het transmissieverlies van optische vezels is zeer laag en kan theoretisch honderden kilometers of zelfs langere afstanden overbrengen zonder verlies van signaalkwaliteit.
(5) Hoge beveiliging: Transmissie via optische vezels genereert geen elektromagnetische straling en kan niet worden afgeluisterd door externe elektromagnetische golven, dus het is geschikter voor sommige scenario's met hoge vereisten voor gegevensbeveiliging.
(6) Klein formaat en licht van gewicht: Vergeleken met traditionele koperkabels is glasvezel kleiner en lichter, waardoor het gemakkelijker te implementeren en te onderhouden is. Dit voordeel is zelfs nog duidelijker in grootschalige communicatienetwerken.

2. Voordelen van glasvezelharnassen in intelligente automobieltoepassingen

Wanneer de transmissiesnelheid van koperdraden 10 GB/s of meer bereikt, zijn dikkere koperdraden nodig om aan de snelheidsvereisten te voldoen. In de lay-outomgeving van auto's leidt de verdikking van koperdraden echter tot een toename van het gewicht van het voertuig en de kosten van het voertuig, wat niet kan voldoen aan de eisen van de hogesnelheids- en laaggewicht-lay-outomgeving van het voertuig. Glasvezelkabeltechnologie kan de communicatiekwaliteit en betrouwbaarheid aanzienlijk verbeteren en elektromagnetische interferentie verminderen zonder extra gewicht toe te voegen, waardoor de veiligheid en stabiliteit van het voertuig wordt verbeterd.
(1) De transmissiesnelheid van glasvezelkabels is veel hoger dan die van traditionele koperdraden of coaxkabels. Het kan miljoenen megabytes aan gegevens per seconde verzenden, wat kan voldoen aan de communicatiebehoeften van moderne auto's voor een groot gegevensvolume en hoge realtime prestaties. De hoogste snelheid van traditionele koperdraadnetwerken kan slechts 10 GB/s bereiken, wat moeilijk is om aan de eisen van hogesnelheidstransmissie te voldoen.
(2) Het transmissieverlies van optische vezels is extreem laag. Het verlies per kilometer is doorgaans minder dan 0,0035 dB/m, wat ervoor kan zorgen dat het signaal een hoge kwaliteit behoudt tijdens transmissie over lange afstanden. Het transmissieverlies van traditionele koperdraadnetwerken bedraagt ​​daarentegen 0,5 dB/m, wat groot is bij transmissie over lange afstanden.
(3) Communicatietechnologie voor optische vezels maakt gebruik van lichtgolven om signalen in optische vezels over te brengen, die een aanzienlijke immuniteit tegen elektromagnetische interferentie hebben vergeleken met traditionele koperdraadtransmissie.
(4) Vergeleken met traditionele metaaldraden kan optische kunststofvezel (POF), als een soort optische vezel voor auto's, het gewicht van het voertuig aanzienlijk verminderen en de economie van het voertuig verbeteren.

3. Toepassingsscenario's van glasvezelharnassen in auto's

Glasvezelharnassen worden momenteel veel gebruikt op het gebied van de geneeskunde, communicatie, internet en de industrie. De toepassing ervan in de automobielsector wordt echter geconfronteerd met verschillende uitdagingen, waaronder een gebrek aan theoretische basisfundamenten, technische specificaties en normen, onduidelijke testnormen en een gebrek aan praktische ervaring met toepassingen in de automobielsector.

①Toepassing van glasvezelkabelbundels in inzetgebieden
Het gebruik van glasvezelkabelbomen in auto's verschilt van dat op andere gebieden, en de milieukenmerken van het gebruiksgebied moeten volledig in aanmerking worden genomen. Er zijn bijvoorbeeld trillingseisen op gebieden als de motor en het chassis; er moet rekening worden gehouden met de waterdichte prestaties op gebieden zoals de motorruimte en het onderstel; en er moet rekening worden gehouden met prestatie-eisen bij hoge temperaturen van glasvezelgeleiders en connectoren in gebieden met hoge temperaturen. Afhankelijk van de verschillende gebruiksomgevingen van auto's kunnen de lay-outgebieden van het hele voertuig grofweg worden verdeeld in natte gebieden, potentieel natte gebieden en droge gebieden.
(1) Natte gebieden verwijzen naar gebieden waar draden en connectoren bij normaal gebruik waarschijnlijk in contact komen met vloeistoffen, zoals kabelboomconnectoren in gebieden buiten het passagierscompartiment, zoals het chassis en de motorruimte. Bij regenachtig of besneeuwd weer zullen deze gebieden tot op zekere hoogte in contact komen met verschillende vloeistoffen, zowel tijdens het rijden als wanneer geparkeerd.
(2) Potentieel natte gebieden verwijzen naar gebieden waar kabelboomconnectoren in bepaalde dagelijkse gebruiksscenario's in contact kunnen komen met vloeistoffen, zoals wanneer deuren worden geopend in de regen, waterbekers worden gemorst, bevroren voorwerpen smelten of condensatiedruppels. Bijvoorbeeld de vloer van het passagierscompartiment, de armsteunen van de deuren, de stoeloppervlakken, enz.
(3) Absoluut droge gebieden verwijzen naar gebieden waar de kabelboomconnectoren bij normaal voertuiggebruik waarschijnlijk niet in contact komen met vloeistoffen, zoals de binnenkant van het dashboard en de binnenkant van de hemelbekleding. Opgemerkt moet worden dat de vereisten voor waterdichte afdichting voor kabelboomconnectoren geleidelijk afnemen van natte gebieden, mogelijk natte gebieden, naar droge gebieden.

② Toepassingsoplossingen voor glasvezelharnassen
Naast het voldoen aan de elektrische prestatie-eisen, vereist de toepassing van glasvezelkabels in auto's vaak ook het voldoen aan mechanische prestatie-eisen. Het is noodzakelijk om rekening te houden met de temperatuurbestendigheid, trillingsvereisten en waterdichte vereisten van glasvezelkabels. De oplossingen zijn als volgt:
(1) Glasvezelkabels: Ten eerste wordt het warmteafvoerontwerp uitgevoerd door materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen te selecteren en de algehele voertuigindeling te optimaliseren. Er wordt bijvoorbeeld gekozen voor hittebestendige draadmaterialen zoals siliconendraad en XLPE-draad. Deze materialen kunnen de isolatie behouden in omgevingen met hoge temperaturen. Ten tweede worden speciale processen gebruikt, zoals dubbellaagse coating en ultraviolette uithardingstechnologie. Ten slotte is de lay-out in het voertuig geoptimaliseerd. De lay-out van de kabelboom vermijdt bijvoorbeeld het pad van de uitlaatpijp van de motor en het gebied met hoge temperaturen. Een meer geoptimaliseerde indeling wordt verkregen door middel van thermisch beheer.
Tegelijkertijd kan hittebestendige warmte-isolatieverpakking ook worden gebruikt in de lay-out van de voertuigbedrading. Er wordt bijvoorbeeld een hittebestendige glasvezelbuis van aluminiumfolie gebruikt om de buitenkant van de glasvezelkabel te omwikkelen, wat effectief kan zorgen voor het gebruik van glasvezelkabels in omgevingen met hoge temperaturen in voertuigen en de weerstand tegen veroudering.
Om ervoor te zorgen dat glasvezelkabels in vochtige omgevingen kunnen worden gebruikt, kan de optische kabel tegelijkertijd worden ontworpen met een meerlaagse beschermende structuur om effectief waterdicht te zijn. In het bijzonder is de buitenste laag van de optische kabel meestal een plastic omhulsel. Deze schede biedt niet alleen mechanische bescherming maar heeft ook een zekere waterdichte functie. Binnenin de plastic omhulling bevindt zich een metalen omhulsel, wat de drukweerstand en waterdichtheid van de optische kabel verder verbetert. Binnen de metalen mantel bevindt zich een waterzwelbare barrièrelaag, een cruciale barrière tegen het binnendringen van vocht. Als er toch vocht binnendringt, zet de barrièrelaag snel uit, waardoor het binnendringingspad wordt afgesloten en verdere verspreiding wordt voorkomen. De kabelkern bevat ook waterdichtingsmaatregelen. De optische vezel is strak in vet gewikkeld en gebonden aan andere componenten in de kern. Dit vet smeert niet alleen maar, nog belangrijker, absorbeert en houdt sporen van vocht vast in de kern, waardoor schade aan de vezel wordt voorkomen.
Door deze meerlaagse beschermende structuur kan de optische kabel de droogheid en stabiliteit van de vezel in verschillende ruwe omgevingen behouden, waardoor een soepele overdracht van communicatiesignalen wordt gegarandeerd. De kwarts multimode-vezel in de optische kabelboomoplossing voor auto's, uitgegeven door Yangtze Optical Fiber and Cable, voldoet bijvoorbeeld aan normen van autokwaliteit op het gebied van buiging (straal 10 mm), treksterkte (150 N), temperatuurkarakteristieken (-40 ℃ ~ 125 ℃), veroudering (125 ℃, 3000 uur) en trillingen (V3).
(2) Glasvezelconnectoren: De belangrijkste methoden om de temperatuurbestendigheid van glasvezelconnectoren te verbeteren zijn onder meer het ontwerpen van warmtedissipatiestructuren en het selecteren van materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen. Door een redelijk ontwerp voor warmteafvoer en het gebruik van materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen, kunnen de prestaties en levensduur van glasvezelconnectoren in omgevingen met hoge temperaturen effectief worden verbeterd. Ten eerste is het ontwerpen van een warmtedissipatiestructuur van cruciaal belang voor het verbeteren van de temperatuurbestendigheid van glasvezelconnectoren. Glasvezelconnectoren genereren warmte tijdens bedrijf; een redelijk ontwerp voor warmteafvoer kan de temperatuur van de connector helpen verlagen en een stabiele werking garanderen.

Dit zijn de specifieke methoden:
① Reserveer metalen onderdelen om warmte over te dragen en te helpen bij de warmteafvoer.
② Ontwerp warmteafvoervinnen: integreer warmteafvoervinnen in de connectorbehuizing voor beter luchtcontact en warmteafvoer via ventilatoren of natuurlijke wind.
③ Gebruik een metalen omhulsel: gebruik metalen materialen met betere warmteafvoerprestaties om de warmteafvoerefficiëntie te verbeteren. Ten tweede is het selecteren van materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen ook cruciaal voor het verbeteren van de temperatuurbestendigheid van glasvezelconnectoren.
Gewone materialen zijn gevoelig voor veroudering of vervorming in omgevingen met hoge temperaturen, terwijl materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen beter bestand zijn tegen de effecten van hoge temperaturen.
① Hoogwaardige technische kunststoffen: gebruik hoogwaardige technische kunststoffen die bestand zijn tegen gemiddelde en lage temperaturen om de connectorbehuizing en de interne structuur te construeren, waardoor de algehele temperatuurbestendigheid wordt verbeterd.
② Speciale legeringsmaterialen: gebruik speciale legeringsmaterialen om de belangrijkste componenten van de connector te construeren, waardoor hun weerstand tegen hoge temperaturen en vervormingsweerstand wordt verbeterd. Lytas Optics biedt bijvoorbeeld contactloze optische connectoren, die een hogere reproduceerbaarheid van de paring, een langere levensduur van de paring, minder paringsverlies en een lagere stofgevoeligheid hebben in vergelijking met traditionele optische connectoren.
③ Voor het waterdicht maken kunnen krimpkousen worden gebruikt: Breng krimpkous aan op het aansluitgebied en gebruik een krimpkousverwarmer om de slang te krimpen. De functie van krimpkousen is het beschermen van optische vezels en het binnendringen van vocht en verontreinigingen. Zorg ervoor dat de krimpkous strak tegen de connector en de optische vezel aansluit, zonder gaten. Breng een geschikte hoeveelheid afdichtmiddel aan op de buitenkant van de krimpkous om de waterdichte prestaties van de connector te verbeteren. Zorg ervoor dat de kit gelijkmatig wordt aangebracht en alle mogelijke gaten en poriën opvult, wacht tot de kit droog en uitgehard is en voer vervolgens een afdichtingsbehandeling uit. (3) Een hogesnelheidsverbinding wordt bereikt via optische vezels en de elektrische verbindingspoort is verantwoordelijk voor het voeden van de sensor. Samenvattend heeft optische vezelcommunicatietechnologie brede toepassingsmogelijkheden en een groot potentieel in voertuigcommunicatiesystemen. In de toekomst zal de optische vezelcommunicatietechnologie zijn unieke voordelen blijven benutten en krachtige ondersteuning bieden voor de ontwikkeling van elektronische communicatiesystemen voor voertuigen. Tegelijkertijd zullen, met de voortdurende vooruitgang en innovatie van de technologie en de voortdurende schaalvergroting, de kosten van glasvezelcommunicatie in voertuigtoepassingen verder worden verlaagd, zullen de oplossingen volwassener worden en zal het de voorkeursoplossing worden voor het oplossen van de hogesnelheidscommunicatiebehoeften bij de ontwikkeling van intelligente voertuigen.

4. Conclusie

De ontwikkeling van intelligente voertuigen stelt eisen aan communicatiesystemen, die hoge snelheden, weinig verliezen en een sterke interferentieweerstand vereisen. Vergeleken met koperdraden voor auto's bieden glasvezelcommunicatiedraden verschillende voordelen. Dit artikel analyseert kort de toepassingsscenario's van glasvezelbundels en bijbehorende oplossingen. Met de ontwikkeling van intelligente voertuigen zal glasvezel voor auto's op grote schaal worden gebruikt in auto's.
(Bron: [1] Automotive Knowledge. 2024, 24 (11), Auteur: Jian Zhongjian, Liu Zhiqiang, Wang Dengke. GAC Group Automotive Engineering Research Institute
[2] Kabelboom China. 2026, 5)