Med den raske utviklingen av bilindustrien øker kompleksiteten til elektroniske bilsystemer stadig, og kravene til kommunikasjonssystemer blir stadig strengere. Fiberoptiske seler, som en avansert signaloverføringsbærer, blir brukt mer og mer utbredt i bilindustrien. Fiberoptikk, med sine fordeler med høy hastighet, høy pålitelighet, lavt tap og motstand mot elektromagnetisk interferens, endrer gradvis måten data overføres på i biler, og viser et enormt brukspotensial innen bilkommunikasjon. Denne artikkelen diskuterer de grunnleggende egenskapene til fiberoptiske seler og deres anvendelser i biler, og analyserer fordelene og utviklingsutsiktene.
Med den økende intelligensen og tilkoblingen til bilteknologi, øker etterspørselen etter kommunikasjon og dataoverføring, noe som gjør sikkerheten og stabiliteten til elektroniske kommunikasjonssystemer i kjøretøy til et sentralt forskningsfokus. Fiberoptisk kommunikasjonsteknologi, som en avansert kommunikasjonsteknologi, gir nye ideer for utvikling av elektroniske kommunikasjonssystemer i kjøretøy. Denne artikkelen analyserer egenskapene til fiberoptisk kommunikasjonsteknologi, undersøker dens anvendelser i fremtidige biler fra flere perspektiver, utforsker fordelene og forutsier utviklingstrender.

1. Teknisk oversikt over fiberoptiske seler

Fiberoptiske kabler bruker lysbølger som bærere og optiske fibre som overføringsmedium, og tilbyr fordeler som høy hastighet, høy pålitelighet, lavt tap og motstand mot elektromagnetisk interferens. Overføringshastighetene deres er langt høyere enn tradisjonelle kobberledninger eller koaksialkabler, og oppfyller kravene til høyvolum, sanntidskommunikasjon til kjøretøysystemer. Den fiberoptiske kommunikasjonsforbindelsen består primært av optiske kontakter og fiberoptiske bærere for å oppnå høyhastighets signaloverføring.
①Fiberoptisk kontakt
Fiberoptiske kontakter er passive optiske enheter som muliggjør bevegelige forbindelser mellom optiske fibre. De består hovedsakelig av fiberarmering, fiberinnretting, fleksibel sammenkobling, koblingslåsing, kabelfeste, hylse-antirotasjon og kabelbuffring (se figur 1). Fiberoptiske koblinger bruker vanligvis keramiske hylser og keramiske hylser for fiberjustering, med fjærer som sikrer fleksibel sammenkobling av endene. Før sammenkobling er fjæren i en forhåndskomprimert tilstand, noe som forhindrer at hylsen beveger seg på grunn av låsekraft. Under sammenkobling genererer hylsens tilbaketrekning sekundær kompresjon, som mater tilbake fjærkraften til hylsen, og sikrer at de to parringshylsene forblir i kontakt og presses sammen gjennom hele sammenkoblingsprosessen.

②Optisk fiberleder
Optiske fibre er sylindriske og består hovedsakelig av en kjerne, kledning og belegg (se figur 2). Transmisjonsprinsippet til optiske fibre utnytter fenomenet total intern refleksjon. Det vil si at når lys faller inn fra et optisk tettere medium (med en relativt høy brytningsindeks) til et optisk mindre tett medium (med en relativt lav brytningsindeks), hvis innfallsvinkelen er større enn den kritiske vinkelen for total indre refleksjon, vil lyset ikke lenger brytes, men vil bli fullstendig reflektert tilbake til det opprinnelige mediet, noe som sikrer at det optiske signalet kan forplante seg i det optiske signalet.

Optisk fiber har følgende egenskaper:
(1) Høy overføringshastighet, lang avstand og høyt innhold: Optisk fiber har en veldig høy overføringshastighet, kan overføre data over lange avstander og kan overføre en stor mengde data på samme tid.
(2) Ikke påvirket av elektromagnetisk interferens: Optisk fiber overfører optiske signaler og påvirkes ikke av elektromagnetiske bølger, så signalkvaliteten er mer stabil.
(3) Bred båndbredde: Optisk fiber har en veldig bred båndbredde, som kan støtte høyhastighets dataoverføring.
(4) Lavt tap: Overføringstapet til optisk fiber er svært lavt, og teoretisk kan det overføre hundrevis av kilometer eller enda lengre avstander uten tap av signalkvalitet.
(5) Høy sikkerhet: Optisk fiberoverføring genererer ikke elektromagnetisk stråling og kan ikke avlyttes av eksterne elektromagnetiske bølger, så det er mer egnet for noen scenarier med høye krav til datasikkerhet.
(6) Liten størrelse og lett vekt: Sammenlignet med tradisjonelle kobberkabler er optisk fiber mindre og lettere, noe som gjør det lettere å distribuere og vedlikeholde. Denne fordelen er enda mer åpenbar i storskala kommunikasjonsnettverk.

2.Fordeler med fiberoptiske seler i intelligente bilapplikasjoner

Når overføringshastigheten til kobbertråder når 10 GB/s eller mer, vil tykkere kobbertråder være nødvendig for å oppfylle hastighetskravene. I biloppsettmiljøet fører imidlertid fortykkelsen av kobbertråder til en økning i vekten til kjøretøyet og kostnadene for kjøretøyet, som ikke kan oppfylle kravene til høyhastighets- og lavvektsoppsettmiljøet til kjøretøyet. Fiberoptisk kabelteknologi kan forbedre kommunikasjonskvaliteten og påliteligheten betydelig og redusere elektromagnetisk interferens uten å legge til ekstra vekt, og dermed forbedre sikkerheten og stabiliteten til kjøretøyet.
(1) Overføringshastigheten til fiberoptisk kabel er mye høyere enn for tradisjonelle kobbertråder eller koaksialkabler. Den kan overføre millioner av megabyte med data per sekund, noe som kan møte kommunikasjonsbehovene til moderne biler for stort datavolum og høy sanntidsytelse. Den høyeste hastigheten til tradisjonelle kobbertrådnettverk kan bare nå 10 GB/s, noe som er vanskelig å oppfylle kravene til høyhastighetsoverføring.
(2) Transmisjonstapet for optisk fiber er ekstremt lavt. Tapet per kilometer er vanligvis mindre enn 0,0035 dB/m, noe som kan sikre at signalet holder høy kvalitet ved langdistanseoverføring. Derimot er overføringstapet i tradisjonelle kobbertrådnett 0,5 dB/m, noe som er stort ved langdistanseoverføring.
(3) Optisk fiberkommunikasjonsteknologi bruker lysbølger til å overføre signaler i optiske fibre, som har betydelig immunitet mot elektromagnetisk interferens sammenlignet med tradisjonell kobbertrådoverføring.
(4) Sammenlignet med tradisjonelle metalltråder kan plastoptisk fiber (POF), som en type optisk fiber for biler, redusere kjøretøyets vekt betydelig og forbedre kjøretøyets økonomi.

3. Applikasjonsscenarier for fiberoptiske seler i biler

Fiberoptiske seler er for tiden mye brukt innen medisin, kommunikasjon, internett og industri. Imidlertid står deres anvendelse i bilindustrien overfor flere utfordringer, inkludert mangel på grunnleggende teoretiske grunnlag, tekniske spesifikasjoner og standarder, uklare teststandarder og mangel på praktisk erfaring i bilapplikasjoner.


①Anvendelse av fiberoptiske kabelbunter i distribusjonsområder
Bruken av fiberoptiske seler i biler skiller seg fra andre områder, og miljøegenskapene til bruksområdet må vurderes fullt ut. For eksempel er vibrasjonskrav involvert i områder som motor og chassis; vanntett ytelse må vurderes i områder som motorrommet og understellet; og ytelseskrav ved høy temperatur til fiberoptiske ledere og koblinger må vurderes i områder med høy temperatur. I henhold til de forskjellige bruksmiljøene til biler, kan layoutområdene til hele kjøretøyet grovt deles inn i våte områder, potensielt våte områder og tørre områder.
(1) Våte områder refererer til områder der ledninger og koblinger sannsynligvis vil komme i kontakt med væsker i normale bruksscenarier, for eksempel ledningsforbindelser i områder utenfor kupeen, som chassiset og motorrommet. I regn- eller snøvær vil disse områdene til en viss grad komme i kontakt med ulike væsker, enten under kjøring eller parkert.
(2) Potensielt våte områder refererer til områder hvor seleforbindelser kan komme i kontakt med væsker i visse daglige bruksscenarier, for eksempel når dører åpnes i regn, vannkopper søles, frosne gjenstander smelter eller kondens drypper. For eksempel kupégulv, dørarmlener, seteoverflater osv.
(3) Absolutt tørre områder refererer til områder der ledningsnettets koblinger neppe kommer i kontakt med væsker under normale kjøretøybruksscenarier, for eksempel det indre av dashbordet og det indre av takdekselet. Det skal bemerkes at kravene til vanntett forsegling for ledningsnettforbindelser reduseres sekvensielt fra våte områder, potensielt våte områder til tørre områder.

②Påføringsløsninger for fiberoptikk
I tillegg til å oppfylle kravene til elektrisk ytelse, krever bruken av fiberoptiske kabler i biler ofte å oppfylle kravene til mekanisk ytelse. Det er nødvendig å vurdere temperaturklassifiseringen, vibrasjonskravene og vanntetthetskravene til de fiberoptiske kablene. Løsningene er som følger:
(1) Fiberoptiske kabler: For det første utføres varmeavledningsdesign ved å velge høytemperaturbestandige materialer og optimalisere kjøretøyets generelle layout. For eksempel velges høytemperaturbestandige trådmaterialer som silikontråd og XLPE-tråd. Disse materialene kan opprettholde isolasjon i miljøer med høy temperatur. For det andre brukes spesielle prosesser, for eksempel dobbeltlagsbelegg og ultrafiolett herdeteknologi. Til slutt er oppsettet i kjøretøyet optimalisert. For eksempel unngår ledningsnettoppsettet motorens eksosrørbane og virvelområde med høy temperatur. En mer optimalisert layout oppnås gjennom termisk styring.
Samtidig kan høytemperaturbestandig varmeisolasjonsinnpakning også brukes i kjøretøyets ledningsoppsett. For eksempel brukes høytemperaturbestandig aluminiumsfolie glassfiberrør til å pakke utsiden av den fiberoptiske kabelen, som effektivt kan sikre bruken av fiberoptiske kabler i høytemperaturmiljøer i kjøretøy og forbedre aldringsmotstanden.
Samtidig, for å sikre at fiberoptiske kabler kan brukes i fuktige omgivelser, kan den optiske kabelen også utformes med en flerlags beskyttelsesstruktur for å effektivt vanntett. Nærmere bestemt er det ytterste laget av den optiske kabelen vanligvis en plastkappe. Denne kappen gir ikke bare mekanisk beskyttelse, men har også en viss vanntett funksjon. Inne i plastkappen er en metallkappe, som ytterligere forbedrer den optiske kabelens trykkmotstand og vanntettingsevne. Inne i metallkappen er det et vannsvellbart barrierelag, en avgjørende barriere mot fuktinntrengning. Hvis fuktighet trenger inn, utvider barrierelaget seg raskt, forsegler inntrengningsbanen og forhindrer videre spredning. Kabelkjernen har også vanntettingstiltak. Den optiske fiberen er tett pakket inn i fett og festet til andre komponenter i kjernen. Dette fettet smører ikke bare, men, enda viktigere, absorberer og låser inn spormengder av fuktighet i kjernen, og forhindrer skade på fiberen.
Gjennom denne flerlags beskyttende strukturen kan den optiske kabelen opprettholde tørrheten og stabiliteten til fiberen i ulike tøffe miljøer, og sikre jevn overføring av kommunikasjonssignaler. For eksempel oppfyller kvarts-multimodusfiberen i den optiske seleløsningen for biler utgitt av Yangtze Optical Fiber and Cable standarder for bilindustrien når det gjelder bøying (radius 10 mm), strekkstyrke (150 N), temperaturegenskaper (-40 ℃~125 ℃), aldring (0, 30 ℃), (125 ℃) og 30 ℃).
(2) Fiberoptiske kontakter: De viktigste metodene for å forbedre temperaturmotstanden til fiberoptiske koblinger inkluderer design av varmeavledningsstrukturer og valg av høytemperaturbestandige materialer. Gjennom rimelig varmeavledningsdesign og bruk av høytemperaturbestandige materialer, kan ytelsen og levetiden til fiberoptiske kontakter i høytemperaturmiljøer effektivt forbedres. For det første er utforming av en varmeavledningsstruktur nøkkelen til å forbedre temperaturmotstanden til fiberoptiske koblinger. Fiberoptiske kontakter genererer varme under drift; en rimelig varmeavledningsdesign kan bidra til å redusere kontaktens temperatur og sikre stabil drift.

Her er de spesifikke metodene:
① Reserve metallkomponenter for å overføre varme og hjelpe til med varmeavledning.
② Design varmeavledningsfinner: Inkorporer varmeavledningsfinner i koblingsskallet for å gi bedre luftkontakt og varmeavledning gjennom vifter eller naturlig vind.
③ Bruk et metallskall: Bruk metallmaterialer med bedre varmeavledningsytelse for å forbedre varmeavledningseffektiviteten. For det andre er valg av høytemperaturbestandige materialer også avgjørende for å forbedre temperaturmotstanden til fiberoptiske kontakter.
Vanlige materialer er utsatt for aldring eller deformasjon i høytemperaturmiljøer, mens høytemperaturbestandige materialer er bedre i stand til å motstå effekten av høye temperaturer.
① Teknisk plast av høy kvalitet: Bruk høykvalitets ingeniørplast som er motstandsdyktig mot middels og lave temperaturer for å konstruere koblingsskallet og den indre strukturen, og forbedre den generelle temperaturmotstanden.
② Spesielle legeringsmaterialer: Bruk spesielle legeringsmaterialer for å konstruere nøkkelkomponenter i kontakten, og forbedre deres motstand mot høye temperaturer og deformasjonsmotstand. For eksempel tilbyr Lytas Optics berøringsfrie optiske kontakter, som har høyere repeterbarhet, lengre levetid, lavere parringstap og lavere støvfølsomhet sammenlignet med tradisjonelle optiske kontakter.
③ Krympeslange kan brukes til vanntetting: Påfør varmekrympeslange på tilkoblingsområdet og bruk en varmekrympeslange for å krympe slangen. Funksjonen til krympeslange er å beskytte optiske fibre og forhindre at fuktighet og forurensninger kommer inn. Sørg for at krympeslangen passer tett mot kontakten og den optiske fiberen uten hull. Påfør en passende mengde tetningsmiddel på utsiden av krympeslangen for å forbedre den vanntette ytelsen til kontakten. Sørg for at tetningsmassen påføres jevnt og fyller alle mulige hull og porer, vent til fugemassen tørker og stivner, og utfør deretter tetningsbehandling. (3) Høyhastighetstilkobling oppnås gjennom optisk fiber, og den elektriske tilkoblingsporten er ansvarlig for å drive sensoren. Oppsummert har optisk fiberkommunikasjonsteknologi brede bruksmuligheter og stort potensial i kjøretøykommunikasjonssystemer. I fremtiden vil optisk fiberkommunikasjonsteknologi fortsette å utnytte sine unike fordeler og gi sterk støtte for utviklingen av elektroniske kommunikasjonssystemer for kjøretøy. Samtidig, med kontinuerlig fremgang og innovasjon av teknologi og kontinuerlig forbedring av skalaen, vil kostnadene for optisk fiberkommunikasjon i kjøretøyapplikasjoner reduseres ytterligere, løsningene vil bli mer modne, og det vil bli den foretrukne løsningen for å løse høyhastighetskommunikasjonsbehovet i utviklingen av intelligente kjøretøy.

4.Konklusjon

Utviklingen av intelligente kjøretøy stiller krav til kommunikasjonssystemer, som krever høy hastighet, lavt tap og sterk interferensmotstand. Sammenlignet med kobbertråder for biler, gir fiberoptiske kommunikasjonsledninger flere fordeler. Denne artikkelen analyserer kort bruksscenarioene for fiberoptiske bunter og tilsvarende løsninger. Med utviklingen av intelligente kjøretøy vil fiberoptikk for biler bli mye brukt i biler.
(Kilde: [1] Automotive Knowledge. 2024, 24 (11), forfatter: Jian Zhongjian, Liu Zhiqiang, Wang Dengke. GAC Group Automotive Engineering Research Institute
[2] Ledningsnett Kina. 2026, 5)