Les automobiles ont beaucoup évolué au cours des quatre dernières décennies. Les options de divertissement en voiture ont suivi cette tendance, passant de la simple radio AM à la possibilité de diffuser de la musique en continu directement depuis votre smartphone. Quant aux moteurs diesel ou essence polluants, ils ont laissé la place à des moteurs électriques à zéro émission. Pendant ce temps, une multitude d’équipements électroniques de plus en plus complexes ont été intégrés, nécessitant des connexions électriques fiables.

Le faisceau de câblage et sa multitude de connecteurs comptent parmi les trois sous-systèmes les plus lourds dans le véhicule moderne, pouvant peser jusqu'à 70 kg dans un modèle luxe. Mais le défi continue de prendre de l’ampleur. Bien que l'élimination des moteurs à combustion fonctionnant avec des combustibles fossiles ait entraîné la suppression de nombreux capteurs et de leurs câbles, la place a été prise par un nombre croissant de capteurs pour les systèmes d'aide à la conduite avancée (ADAS) et la technologie de conduite autonome future (AD). De plus, les débits de données et les exigences en bande passante de ces capteurs augmentent, tandis que les signaux haute fréquence pour la DAB, la 4G/5G, la V2X et les antennes de navigation GPS/GNSS deviennent présents jusque dans les véhicules d'entrée de gamme (voir figure 1).

Caractéristiques spécifiques des connecteurs automobiles

Les automobiles doivent fonctionner de manière fiable dans des conditions environnementales extrêmes et dans des environnements humides. Ensuite, il y a la durée de fonctionnement attendue. Les voitures européennes ont une durée de vie de près de 15 ans. Pourtant, près d'une sur sept reste en circulation après 25 ans.

De nombreux autres facteurs entrent en jeu dans le choix des connecteurs par les décideurs techniques du concepteur automobile:

• Robustesse et durabilité: outre les conditions environnementales, le connecteur doit également résister aux vibrations, aux chocs et aux contraintes causées par l'expansion et la contraction thermiques.
• Protection contre les intrusions: il est essentiel de prévenir l'infiltration de poussière, de saleté et d'humidité pour préserver l'intégrité des contacts métalliques acheminant les signaux du connecteur. Dans le cas contraire, les matériaux métalliques et de câble peuvent se dégrader, entraînant une réduction ou une perte de signal.
• Compatibilité EMI: il est important que les concepteurs veillent à ce que les connecteurs contribuent à réduire au maximum les interférences électromagnétiques.
• Facilité de fabrication: le nombre de cycles d'accouplement requis est généralement faible. Après tout, un véhicule n'est construit qu'une seule fois. Il est important que l'équipe de conception veille à ce que le connecteur ne subisse aucun dommage lors de l'accouplement et qu'il ne puisse être utilisé qu'avec le connecteur prévu.

Diverses méthodes sont utilisées pour garantir la fiabilité des connecteurs pendant toute la durée de vie du véhicule. La forme des conducteurs métalliques recourt fréquemment à des contacts à lamelles, parfois désignés sous le nom de contacts en tulipe. Ils sont habituellement présents sur les connecteurs mâles de 4 mm, offrant ainsi de multiples points de contact mécaniquement élastiques entre le connecteur mâle et le connecteur femelle (Figure 2).

Une autre caractéristique mécanique est l'anti-emmanchement. La plupart des ingénieurs ont déjà tâtonné dans un espace sombre en essayant d'assembler un connecteur, ce qui comporte le risque d'endommager les broches sensibles du connecteur si les deux parties ne sont pas parfaitement alignées lors de leur emboîtement. L'anti-emmanchement veille à ce que cela ne se produise pas.

Une autre fonctionnalité de conception concerne une situation qui peut survenir lors de la manipulation d'un connecteur circulaire, appelée « scooping » (enrobage). Tout comme la formation de boules de glace avec une cuillère, la fiche de certains connecteurs peut être tournée jusqu'à ce que les broches s'assemblent avec le côté opposé. Cela peut entraîner le pliage des broches. Une conception anti-scooping comporte une bosse ou un verrou qui garantit que le connecteur ne puisse être inséré que dans la bonne orientation.

Gestion des fréquences de plus en plus hautes

En réponse à la croissance des données automobiles à haute vitesse et de la connectivité RF, le « Fachkreis Automobil » en Allemagne a développé la norme des connecteurs FAKRA, désormais largement reconnue à l'échelle internationale.

Des fournisseurs tels que TE Connectivity offrent une vaste sélection de ces systèmes de connecteurs de câbles coaxiaux SMB modifiés (voir figure 3), conçus pour respecter, voire dépasser, des normes telles que l'ISO 20860-1 (système d'interface de connexion radiofréquence avec une impédance de 50 ohms) ainsi que les normes SAE/USCAR applicables (comme -17, -18 et -2).

Le système de connecteurs automobiles FAKRA de TE Connectivity présente une tension nominale de 800 V_ac, une impédance de 50 Ω et une intensité nominale de 1 A. Ces connecteurs sont également conçus pour fonctionner en CC à 6 GHz dans une plage de température allant de -40 °C à +100 °C. La perte par insertion est inférieure ou égale à 0,3 jusqu'à 3 GHz et à 0,45 jusqu'à 6 GHz, tandis que la fuite RF est supérieure à 40 dB entre 3 GHz et 6 GHz et à 45 dB en dessous de 3 GHz. Des ressorts EMI sont également disponibles en option.

Sur le plan mécanique, les connecteurs FAKRA peuvent supporter un pliage des contacts centraux jusqu'à 3 N (sans déchirure ni fissure) et une traction mécanique de plus de 110 N en force axiale. Le système de verrouillage est assuré par des verrous primaires et secondaires. De plus, les contacts en tulipe, l'anti-emmanchement et l’anti-scooping garantissent une fiabilité à long terme et une connexion sans dommage pendant la fabrication. Des variantes sont également disponibles avec l’assurance de positionnement du connecteur (CPA).

FAKRA propose une alternative aux couleurs habituelles des connecteurs, souvent noirs ou sombres. Cependant, cette différence est en réalité intégrée à la spécification, offrant une clarté quant à l'utilisation prévue du connecteur et définissant le code de positionnement (voir figure 4). C'est là que les constructeurs automobiles européens et américains divergent légèrement. Par exemple, le gris bleu est utilisé pour les systèmes d'entrée sans clé en Europe et pour le service de radio numérique par satellite (SDARS) aux États-Unis. Un connecteur sans clé (code de clé Z) de couleur bleu d'eau est également disponible pour les connecteurs mâles et femelles, idéal pour les configurations de test.

Disponible pour tout type de montage

Le système de connecteurs RF FAKRA couvre également toutes les options de montage. Pour les circuits imprimés (PCB), une variété de connecteurs traversants simples et doubles positions, ainsi que des connecteurs de carte PCB montés à 90°, avec ou sans blindage, sont disponibles pour toutes les options de verrouillage. Des connecteurs mâles et femelles avec des angles de 180° et 90° sont également proposés dans la série, bénéficiant du support d'un outillage automatisé modulaire pour la fabrication. Cet équipement peut inclure des inspections mécaniques et des tests électriques pour garantir la qualité des produits. Ainsi, ces connecteurs sont prêts à être utilisés dans une variété d'applications, notamment dans le domaine de l'infodivertissement (pour les écrans et les antennes sans fil), des systèmes de sécurité (comme les radars, les caméras et le freinage d'urgence) ainsi que dans les réseaux embarqués (pour les communications V2X, les passerelles et la vidéo).