Soluções de conectores LiDAR desempenham papel crucial em veículos autônomos

As soluções do conector LiDAR desempenham um papel crucial na viabilização da implementação da tecnologia em veículos autônomos

AJ Nascido

Os sistemas LiDAR (Light Detection and Ranging) são usados ​​em muitas aplicações por sua capacidade de medir distâncias e criar mapas 3D detalhados de ambientes com precisão. Do mapeamento topográfico à construção e engenharia civil, à realidade virtual e jogos, a versatilidade do LiDAR levou à adoção generalizada. Muitos veículos autônomos agora apresentam tecnologia LiDAR para navegação e detecção de obstáculos. O LiDAR fornece mapas 3D de alta resolução e em tempo real de seus arredores para permitir a navegação autônoma do veículo, aprimorando a capacidade do veículo de perceber, interpretar e responder às condições dinâmicas da estrada, contribuindo assim para uma experiência de direção mais segura e eficiente.

Embora o LiDAR seja um poderoso sistema de sensores para veículos autônomos, ele é frequentemente usado em conjunto com outros sensores, como câmeras, radar e sensores ultrassônicos, para criar um conjunto de sensores abrangente e redundante que garante segurança e confiabilidade em várias condições de direção. Os avanços na tecnologia LiDAR, incluindo alcance, resolução e melhorias de custo, continuam a impulsionar o progresso no desenvolvimento de veículos autônomos.

Soluções de conectores desempenham um papel crucial na viabilização da implementação de tecnologia em veículos autônomos. Os conectores são responsáveis ​​por estabelecer e manter as conexões elétricas e de dados entre vários componentes LiDAR, como as unidades de sensor LiDAR e os sistemas de processamento do veículo. Selecionar os melhores conectores para um sistema LiDAR pode ser desafiador. O seguinte oferece uma visão geral dos sistemas LiDAR e soluções de conectores subsequentes para aplicações automotivas.

LiDAR em aplicações automotivas

LiDAR é um componente crucial no conjunto de sensores de veículos autônomos. Sensores LiDAR emitem feixes de laser em várias direções e, ao medir o tempo que leva para os pulsos de laser retornarem após atingir objetos, o sistema pode criar um mapa 3D detalhado do ambiente. De acordo com a MarketsandMarkets, o mercado automotivo LiDAR deve crescer de US$ 555 milhões em 2022 para US$ 8,611 bilhões até 2030.

A tecnologia LiDAR é usada em veículos autônomos para:

• Detecção e prevenção de obstáculos
• Mapeamento e Planejamento de Rotas
• Detecção de Faixa e Assistência ao Condutor
• Reconhecimento de Sinais e Sinais de Trânsito
• Controle de cruzeiro adaptativo
• Assistência de estacionamento
• Desempenho com pouca luz e condições climáticas adversas

Requisitos de conectividade

Os sistemas LiDAR de veículos autônomos impõem requisitos de desempenho específicos em soluções de conectores para garantir a operação confiável e eficiente da tecnologia. Isso inclui:

Altas taxas de transferência de dados

• Os sistemas LiDAR geram grandes volumes de dados, particularmente em formatos de nuvem de pontos 3D. Os conectores devem suportar transferência de dados de alta velocidade para transmitir esses dados de forma eficiente entre os sensores LiDAR e a unidade de processamento do veículo.

Baixa latência

• Conexões de baixa latência são críticas para o processamento em tempo real de dados LiDAR. Os conectores devem minimizar atrasos na transmissão de dados para permitir uma rápida tomada de decisão pelo sistema de controle do veículo.

Confiabilidade e Robustez

• Veículos autônomos operam em ambientes diversos e desafiadores. Soluções de conectores devem ser confiáveis ​​e robustas, capazes de suportar vibrações, temperaturas extremas e exposição à umidade sem comprometer o desempenho. Conectores com classificação IP devem ser projetados para uso de longo prazo e capazes de suportar um alto número de ciclos de acoplamento/desacoplamento. A durabilidade dos conectores é essencial para minimizar as necessidades de manutenção e garantir a longevidade do sistema LIDAR.

Alta densidade

• Ambientes automotivos, especialmente dentro dos sistemas LiDAR, frequentemente têm espaço limitado para componentes eletrônicos. Conectores de alta densidade, embora eficientes em termos de empacotamento de muitos contatos em um espaço pequeno, podem contribuir para desafios no gerenciamento de restrições de espaço.

Integridade do sinal/conformidade com EMC:

• Embora conectores de alta densidade possam suportar muitas vias de sinal, manter a integridade do sinal se torna mais desafiador à medida que a densidade aumenta. Problemas de diafonia, interferência e impedância de sinal podem surgir em conectores densamente compactados, afetando potencialmente a precisão e a confiabilidade dos dados LiDAR. A compatibilidade eletromagnética (EMC) é crucial para evitar interferência com outros componentes eletrônicos no veículo. Os conectores devem ser projetados para minimizar as emissões eletromagnéticas e fornecer blindagem eficaz contra interferência externa.

Design compacto

• Conforme observado, a eficiência de espaço é crucial no design de veículos autônomos. Os conectores devem ser compactos e leves, permitindo fácil integração na estrutura do veículo sem ocupar espaço excessivo.

Alta capacidade de manuseio de energia:

• Sensores LiDAR exigem uma fonte de alimentação estável e suficiente. Os conectores devem ser capazes de lidar com altos níveis de potência sem superaquecer ou causar problemas elétricos, garantindo a operação confiável do sistema LiDAR.

Compatibilidade e padronização:

• Soluções de conectores devem aderir aos padrões da indústria para garantir compatibilidade entre sistemas LiDAR e modelos de veículos. A padronização facilita a interoperabilidade, simplifica a integração e promove a adoção generalizada.

Facilidade de instalação e manutenção

• Os conectores devem ser projetados para fácil instalação e manutenção. Isso simplifica os processos de montagem e desmontagem, minimizando o tempo de inatividade e reduzindo a complexidade das tarefas de manutenção.

Atender a esses requisitos de desempenho é essencial para garantir a integração e operação perfeitas dos sistemas LiDAR em veículos autônomos, contribuindo para a segurança geral e a confiabilidade das tecnologias de direção autônoma.

Soluções

Os sistemas LiDAR geralmente exigem uma variedade de componentes de conectores para conectar vários módulos, dispositivos ou unidades de sensores distribuídos pelo sistema do veículo. Os conectores placa a placa e fio a placa foram anteriormente a escolha principal para conexões internas dentro do sistema LiDAR para estabelecer conexões elétricas entre esses módulos, permitindo que eles trabalhassem em conjunto para fornecer mapeamento 3D abrangente e percepção dos arredores. No entanto, o uso de cabos flexíveis planos (FFC) ou sistemas de conectores de circuitos impressos flexíveis (FPC) cresceu significativamente em aplicações automotivas emergentes como o LiiAR. A escolha de conectores em projetos de veículos autônomos pode variar com base no projeto específico do sistema LIDAR. Aqui está uma visão geral dos tipos de conectores:

Tipos de conectores

Conectores placa a placa são usados ​​para conectar duas placas de circuito impresso. Esses conectores geralmente apresentam sinais de alta densidade, pinos de energia para alta corrente e alta capacidade de taxa de dados.

• Benefícios:
  • Consolidar conexões em um único conector
  • Complexidade de fiação reduzida
  • Menor custo devido à ausência de chicote elétrico

• Desvantagens:
  • Os PCBs devem estar próximos uns dos outros

Conectores placa a placa que apresentam um sistema de contato flutuante ganharam popularidade, pois simplificam a montagem e reduzem os custos de mão de obra, ao mesmo tempo em que oferecem economia de espaço. Contatos flutuantes permitem que o conector absorva várias quantidades de erros de alinhamento ou vibração. Esses conectores placa a placa flutuantes, como o FX23/FX23L da Hirose, exibem uma faixa flutuante de ± 0,6 mm na direção do eixo X e Y, bem como tolerância de ± 0,30 mm entre placas na direção Z. Esse recurso flutuante evita o desalinhamento durante a instalação e montagem da placa. Como a parte da mola do terminal absorve erros de montagem, ela reduz a necessidade de operações de retrabalho corretivas. O sistema de contato flutuante é ideal para sistemas de controladores de infoentretenimento densamente povoados que exigem que vários conectores sejam usados ​​na mesma placa. Além disso, os designs de conectores com um design de contato flutuante fornecem resistência superior à vibração para uma operação mais confiável. O sistema de contato flutuante aumenta a confiabilidade reduzindo o estresse nas juntas de solda causado por conectores desalinhados. O design flutuante também aumenta a durabilidade evitando rachaduras na solda.

Os conectores placa a placa atendem a outros requisitos de aplicação LiDAR combinando recursos de alta taxa de dados, blindagem EMI e um tamanho pequeno com passo de 0,5 mm.

O design flutuante oferece um grau de “folga” entre os contatos durante o acoplamento e permite que o conector absorva erros de alinhamento e simplifique a montagem.

Conectores de fio para placa são usados ​​para conectar fios a uma placa de circuito impresso (PCB) dentro de um sistema LiDAR. Esses conectores são frequentemente amplamente usados ​​porque são fáceis de instalar e fornecem uma conexão segura e confiável. Muitos fabricantes exigem “garantia de posição do conector” (CPA), o que significa que uma trava secundária ou pino de teste deve ser adicionado para garantir uma conexão confiável durante a montagem.

• Benefícios:
  • A localização do PCB e dos componentes é flexível
    • Mais fácil de instalar, fazer manutenção e substituir, economizando tempo e custos
    • Resistência superior à vibração

• Desvantagens: Custo mais alto devido ao chicote de fios

Um tipo de conector fio a fio, Conectores FFC/FPC, são comumente usados ​​em aplicações onde o espaço é limitado. Os conectores FFC/FPC estão disponíveis em vários tamanhos e podem fornecer uma conexão segura e confiável.

• Desvantagens:
  • Pode ser menos durável do que o fio para placa

Os projetistas de sistemas LiDAR escolhem conectores FPC/FFC principalmente para reduzir custos e economizar espaço na PCB. Os bloqueios de força de inserção zero (ZIF) são uma melhoria em conectores convencionais de força de inserção baixa (LIF) porque são mais fáceis de acoplar e fornecem uma conexão mais forte. Os novos conectores de bloqueio One Action vêm com a trava fechada; a operação de acoplamento é concluída sem a necessidade de abrir a trava.

Por exemplo, a série One Action FH63S oferece facilidade de acoplamento em designs com espaço limitado. Espaços apertados não fornecem acesso para alcançar o atuador e concluir o procedimento de acoplamento usando conectores ZIF flip lock. Enquanto isso, a trava One Action permitirá o acoplamento nesses espaços apertados porque a trava não precisa ser aberta.

Os conectores One Action também são mais eficientes. Em média, para um conector de trava estilo flip frontal típico, o tempo de acoplamento é de cerca de 3 segundos. O conector de trava estilo flip traseiro típico melhora o tempo médio de acoplamento para cerca de 2 segundos. O conector One Action simplifica muito o processo de acoplamento e reduz o tempo médio de acoplamento para 1 segundo ou menos. Este processo simplificado economiza tempo e dinheiro para produção em alto volume por operadores treinados

Por fim, o processo de acoplamento sem contato do conector One Action se presta à possibilidade de montagem robótica. O robô pode agarrar o cabo flexível e inseri-lo no conector One Action sem a necessidade de mãos humanas.

Conclusão

Os sistemas LiDAR automotivos estão se tornando mais avançados e ricos em recursos, adicionando uma ampla gama de novas funções para fornecer uma experiência de direção mais segura. Os sistemas LiDAR automotivos exigem uma variedade de conectores para atender aos requisitos da aplicação. A escolha entre conectores placa a placa e fio a placa geralmente é resultado de uma consideração cuidadosa dos requisitos e restrições específicos do sistema LiDAR automotivo. Em alguns casos, uma combinação de ambos os tipos de conectores pode ser usada para atingir a funcionalidade, modularidade e confiabilidade desejadas. No futuro, todos os tipos de conectores usados ​​em aplicações LiDAR precisarão se tornar menores, mais duráveis ​​e mais fáceis de montar para atender às demandas de veículos mais complexos.

AJ Nascido