Datenkommunikation Glasfasern beschleunigen den Datenverkehr im Kfz-Bordnetz

Autor / Redakteur: Hayato Yuki, Yuji Nakura, Tetsuji Tanaka, Kiyoshi Kato * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Lichtwellenleiter eignen sich zur schnellen Datenübertragung im Auto-Bordnetz. Gegenüber üblichen Kunststoff-LWL bieten reine Glasfasern Vorteile – aber sie müssen fit für Automotive-Anwendungen sein!

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Kunststoff-Lichtwellenleiter (Plastic Optical Fiber, POF) kamen erstmals 1982 für Leitungssätze zur Türverkabelung in Fahrzeugmodellen der Toyota Motor Corporation zum Einsatz. Seit damals hat sich besonders durch die Initiative der MOST Cooperation (MOSTCO) die POF-Technologie in Fahrzeugen weiter entwickelt.

Heute setzen verschiedene europäische und asiatische Fahrzeughersteller die Technologie ein. Allerdings begannen sich bei den Anstrengungen der vergangenen Jahre die funktionellen Grenzen von POF abzuzeichnen, um mit den Infotainment-Trends mitzuhalten. Multimedia im Fahrzeug muss sich parallel zur Unterhaltungselektronik weiterentwickeln und zwischen Fahrzeug und Heim dürfen keine Barrieren bestehen.

Kunststoff-LWL schränkt die Bandbreite von MOST ein

Obwohl sich das MOST-System hervorragend zur Bildübertragung eignet, bleibt die Bandbreite eingeschränkt, solange sie von POF abhängig ist. Seit Glasfasern (All Glass Fiber, AGF) Übertragungsbandbreiten im Gigabit-Bereich ermöglichen, wird daher die Anwendung der AGF-Technologie auf dem Physical Layer des MOST-Systems untersucht. Obwohl die optische Faser als Übertragungsmedium aus Glas besteht, ist diese dünn und flexibel und eignet sich somit für Fahrzeugleitungssatz-Umgebungen. Damit lässt sich belegen, dass AGF für den Einsatz in Fahrzeugumgebungen passend und als Medium für die nächste Generation optischer Übertragung geeignet ist.

Glasfaser muss sehr sorgfältig verarbeitet werden

Der Einsatz von AGF im physikalischen Übertragungsmedium eines Fahrzeugnetzwerkes wird von gravierenden technischen Entwicklungen begleitet. Da AGF als Medium für Fernmeldenetze entwickelt wurde und die Faser mit einem Kerndurchmesser von 50 μm und einem Faserdurchmesser von 125 μm sehr dünn ist, ist bei der Verarbeitung äusserste Sorgfalt erforderlich. Dagegen ist die Übertragungsleistung mit hoher Übertragungsbandbreite und niedrigen Übertragungsverlusten hervorragend und kann von anderen optischen Fasern nicht erreicht werden.

Die Glasfaser muss fürs Auto fit gemacht werden

Unter Beibehaltung der wichtigen Eigenschaften von AGF wurden Technologien entwickelt, um AGF an die Fahrzeugumgebung anzupassen. Das Entwicklungsziel ist, AGF an die besonderen Nutzungs- und Umgebungsbedingungen im Auto zu adaptieren. Vor allem ist es notwendig, die Verlegeeigenschaften der optischen Leitung zu verbessern und Situationen zu untersuchen, die für die optischen Übertragungskomponenten vermieden werden sollten, wie etwa den Einsatz in Gegenden mit großen Temperaturunterschieden im Tages- oder Jahresverlauf oder das Fahren auf unebenen Straßen und in extrem staubigen Umgebungen wie Wüstenregionen.

Bedingungen, die alle Komponenten erfüllen müssen

Daher wurde die Entwicklung dahingehend vorangetrieben, dass jede der Komponenten (AGF-Kabel, faseroptischer Transceiver (Fiber Optical Transceiver, FOT), Inline-Steckverbinder), die das Übertragungsmedium bilden, die folgenden zwei Ziele erfüllt:

  • Erlangung von Anpassungszuverlässigkeit, Temperaturstabilität, Feuchtigkeits-, Verbiegungs-, Vibrations-, Staub- und Flüssigkeitsresistenz, um die Übertragungszuverlässigkeit sicherzustellen, sobald die Komponenten im Fahrzeug montiert werden.
  • Eine dauerhafte Biegungsresistenz und eine leichtere Verarbeitung bei der Verbauung der Komponenten im Fahrzeug zu erreichen. Möglich ist dies durch eine sorgfältige Untersuchung des geeigneten äußeren Leitungsdurchmessers und der Flexibilität.

Designspezifikationen für die Entwicklung

Basierend auf den POF-Kabelspezifikationen für MOST und den IDB1394-Standards wurden Designrichtlinien für die Entwicklung geschaffen und als Übertragungsmedium-Entwicklungsspezifikation für das AGF-Kommunikationssystem einschließlich aktiver Komponenten fertiggestellt. Die Details wurden in den 1394AGF-Spezifikationen (Glasfaser-Ergänzung der 1394 Automotive Spezifikation 2010003) im Juli 2011 veröffentlicht.

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