L'électronique automobile dépend de connecteurs toujours plus petits

Les constructeurs automobiles améliorent ou ajoutent continuellement des caractéristiques et des fonctions à leurs véhicules, dont beaucoup dépendent de calculateurs (ECU). Cependant, l'espace est limité, ce qui incite à rechercher continuellement des connecteurs miniaturisés et plus efficaces pour gérer le flux d'énergie et les communications afin de garantir le bon fonctionnement des systèmes électroniques et électriques.

Les rétroviseurs extérieurs actuels sont un excellent exemple : il n'est pas rare que ces dispositifs contiennent des moteurs, des indicateurs de surveillance des angles morts, des clignotants, des éléments chauffants, des éclairages de sol, des antennes de systèmes d'accès sans clé et même des générateurs d'ondes ultrasoniques pour évacuer les gouttes d'eau. Cela représente beaucoup de dispositifs électroniques — qui doivent tous être étanches et très résistants aux vibrations — dans un boîtier relativement compact.

L'industrie automobile est au cœur d'une transformation massive, sous l'impulsion de l'informatisation continue des caractéristiques et des fonctions, et des investissements massifs de la part des gouvernements et de l'industrie pour accélérer l'abandon des moteurs à combustion interne.

Les véhicules sont des systèmes informatiques de plus en plus mobiles qui devraient ouvrir la voie à de nouveaux services de voitures connectées générateurs de revenus pour les constructeurs automobiles. Les systèmes d'aide à la conduite (ADAS), la conduite autonome, la maintenance prédictive et les modèles de propriété partagée contribuent également à l'évolution vers des véhicules pilotés par logiciel.

Ces forces auront également un impact sur les fournisseurs de composants qui doivent s'adapter dans un contexte de transition très perturbateur alors que les constructeurs automobiles affinent leurs stratégies pour répondre aux attentes et aux demandes des consommateurs, qui peuvent évoluer rapidement. Plusieurs constructeurs automobiles ont par exemple accéléré ou ralenti leur projet de transition vers les véhicules électriques (VE), et la gestion de la chaîne d'approvisionnement reste un problème persistant qui peut compliquer les relations avec les fournisseurs.

Une certitude à prendre en compte est la demande continue de miniaturisation des composants, les constructeurs automobiles cherchant à ajouter davantage de capacités électroniques dans un véhicule dont l'empreinte globale varie peu d'une année à l'autre.

Les fournisseurs de composants doivent concevoir des produits plus petits et doivent également prévoir d'augmenter les performances de ces produits, car les constructeurs essaient de tirer profit d'un plus grand nombre de calculateurs dans un espace limité. Les connecteurs, qui ne sont généralement pas une priorité lorsque les concepteurs planifient de nouveaux produits, deviennent de plus en plus critiques dans le processus de conception, car les constructeurs cherchent à réduire la taille des modules et des câbles de routage.

Se développer tout en devenant petit et plus fiable

Les câbles et les connecteurs constituent essentiellement le système nerveux central et doivent devenir plus innovants et plus compacts pour soutenir le rôle croissant des ordinateurs et des capteurs. Dans certains cas, les connecteurs traditionnels des véhicules actuels peuvent être plus grands que les modules qui en dépendent. Ils doivent devenir plus petits, plus fiables et permettre des configurations plus flexibles dans des espaces restreints et encombrés, ce qui rend leur maintenance de plus en plus difficile.

La miniaturisation des connecteurs s'est souvent faite au détriment des performances, ce qui est inacceptable pour les constructeurs qui respectent des critères de test stricts et recherchent des avantages concurrentiels.

Les rétroviseurs extérieurs mentionnés précédemment illustrent le besoin de capacités plus sophistiquées qui augmentent les exigences techniques pour les connecteurs. Les clients et les fournisseurs de composants du secteur automobile exigent des connecteurs qui économisent de l'espace, transportent des courants élevés, améliorent la maniabilité et résistent à l'eau et aux vibrations élevées.

Les ingénieurs de JAE Electronics, l'un des 10 premiers fournisseurs mondiaux d'interconnexions, ont relevé le défi en concevant un connecteur automobile étanche à l'eau qui offre les performances, la conception et la flexibilité nécessaires pour répondre aux demandes des clients en matière d'avancées technologiques automobiles.

JAE a développé la série MX80 de connecteurs mâles et femelles en ligne automobiles convenant à des tailles de fils de 0,13 à 1,0 mm² avec une plage de températures de fonctionnement de -40°C à +125°C. En commençant par les bornes à l'intérieur des connecteurs, les ingénieurs ont évalué plusieurs aspects, notamment la géométrie des ressorts, la tenue en courant, le verrouillage mécanique, la plage de tailles de fil, l'optimisation du sertissage, la prévention des dommages, l'accès aux sondes de test, l'installation et le retrait, la température de fonctionnement étendue, l'étanchéité et les performances de vibrations.

Après avoir défini ces exigences, l'équipe JAE a abordé la conception proprement dite du connecteur, y compris le moulage, la sélection des matériaux et l'assemblage. S'appuyant sur l'expérience de l'entreprise en matière de fabrication de connecteurs miniaturisés de haute qualité, ils ont entrepris de développer un connecteur compact aux performances élevées, capable de répondre à des exigences rigoureuses en matière de résistance à l'eau, de forts courants et de haute fiabilité.

La série de connecteurs concilie force de rétention et miniaturisation

JAE a développé deux versions de prototypes, la première axée sur la miniaturisation ultime et la seconde sur la réduction de la force de rétention résultant de la miniaturisation. Suite à ces efforts, JAE a développé une conception unique avec un dispositif de retenue installé devant le joint en caoutchouc pour améliorer la rétention.

La nouvelle conception garantit un assemblage correct du faisceau et la rétention des bornes, et elle répond à l'indice de protection contre la pénétration d'eau IPX7 pour résister à des profondeurs d'eau de 1 mètre pendant 30 minutes. Une version IPX9K à 4 positions, capable de résister aux jets d'eau à haute température et haute pression, est également disponible.

JAE propose des versions mâles et femelles en ligne à 2, 3 et 4 positions des connecteurs MX80. Une version à 6 positions est disponible uniquement sous forme de connecteur de type prise. Pour une fiabilité accrue et pour éviter un assemblage incomplet, les connecteurs intègrent une fonctionnalité de garantie de positionnement des bornes (TPA) sur les boîtiers pour détecter l'insertion incomplète des bornes. Il y a également un clic audible clair pour aider à confirmer le raccordement complet.

La série MX80 convient à une grande variété d'applications automobiles et de véhicules de transport, notamment :

• Miroirs et vitrage : rétroviseurs extérieurs, systèmes de toit, verre électrochrome et modules de vitrage
• Éclairage : pare-chocs avant et arrière, antibrouillard, feu de recul, feu de stop, éclairage de la plaque d'immatriculation, clignotant, éclairage de sol et éclairage d'ambiance
• Capteur : stationnement, pédale de frein, caméra, module d'entrée sans clé, pression des pneus et réservoir de liquide
• Audio : haut-parleur (anti-claquement et grande taille de fil) et microphone
• Autres : suspension, hayon, portières et interrupteur de capot

Dans le portefeuille de composants de JAE figurent le connecteur en ligne à 2 broches MX80B02PZ1A (Figure 1) et le connecteur femelle MX80A02SZ1B (Figure 2). Sont également disponibles les connecteurs femelles MX80A03SZ1B et en ligne MX80B03PZ1A à 3 broches, les connecteurs femelles MX80B04PZ1B et en ligne MX80B04PZ1A à 4 broches, et le connecteur femelle MX80A06SZ1A à 6 broches. Les connecteurs répertoriés IPX9K sont disponibles en versions à 4 broches MX80D04PZ1A en ligne et en versions femelles MX80E04SZ1A.

Figure 1 : Boîtier du connecteur en ligne à 2 broches MX80B02PZ1A. (Source : JAE Electronics)

Figure 2 : Connecteur femelle à 2 positions MX80A02SZ1B. (Source : JAE Electronics)

La série MX80 de JAE est composée de connecteurs en ligne compacts et étanches offrant une plage étendue de courants admissibles, en fonction de la taille de fil choisie : 0,75 ~ 1,0 mm², 0,3 ~ 0,5 mm² et 0,13 ~ 0,22 mm². Avec une taille de fil de 0,13 mm², les connecteurs à 2 broches sont répertoriés à 4,2 A, les connecteurs à 3 broches à 3,7 A et les connecteurs à 4 broches à 3,6 A. Avec une taille de fil de 0,35 mm², ces valeurs nominales sont respectivement de 7,1 A, 6,4 A et 5,4 A, et pour une taille de fil de 1,0 mm², les valeurs nominales respectives sont de 10,3 A, 10,0 A et 9,5 A.

Les connecteurs sont testés sur le plan environnemental selon la norme de performances USCAR-2 V2 pour les systèmes de connecteurs électriques automobiles, et selon la norme de test de connecteur LV214 (sévérité 3). Ils présentent la taille de languette standard ISO/JASO/EWCAP/VDA de 0,64 mm, sont compatibles avec les contacts mâles à pas de 2,54 mm et intègrent un support sur les boîtiers de broches pour prendre en charge les clips de fixation du châssis des véhicules.

Les capots arrière, les boîtiers et les dispositifs de retenue avant (Figure 3) sont moulés en polybutylène-téréphtalate et en fibre de verre (PBT-GF10). Les joints sont en caoutchouc de silicone. JAE propose des contacts (vendus séparément et non intégrés au moment de la livraison), notamment le MX80S08K3F1, fabriqué avec un matériau en alliage de cuivre et une finition étamée. Des bouchons factices pour sceller les cavités inutilisées sont disponibles en versions répertoriées IPX7 (MX80A000XD1) et IPX9K (MX60A000XD2).

Figure 3 : Vues agrandies des connecteurs mâles et femelles en ligne MX80. (Source : JAE Electronics)

JAE propose également la série MX81 de connecteurs compacts non étanches, convenant à la connexion de dispositifs électroniques embarqués tels que les calculateurs et les capteurs. Les connecteurs MX81, y compris le MX81A002SF1, utilisent les mêmes bornes femelles que la série MX80 de connecteurs étanches. Cela permet d'utiliser les mêmes bornes et outils de sertissage pour une large gamme de zones étanches et non étanches du véhicule.

Conclusion

Les constructeurs automobiles veulent intégrer davantage de caractéristiques et de fonctions électroniques avancées dans les espaces existants. Les concepteurs de produits capables de tirer parti d'une nouvelle génération de connecteurs plus compacts et plus efficaces pourront proposer des composants plus petits et plus performants, et ainsi offrir aux constructeurs plus de flexibilité pour répondre aux demandes du marché.