Allion Labs
自動車用ケーブル: インテリジェントで安全な未来のための車両ネットワークの接続
人工知能、データベース、半導体製造プロセス、その他の新技術の発展により、自動車はもはや単なる移動手段ではなく、インテリジェントな移動体へと変貌を遂げています。車載システムの導入により、ドライバーはより安全かつスマートで、よりパーソナライズされた方法で目的地に到着することができる一方、これらすべてのインテリジェンスと安全性をつなぐ鍵は、一見目立たない自動車用ケーブルにあります。
無視できない3つの潜在的リスク
自動車用ケーブルは、車両のセンサー、コントローラー、アクチュエーターなどからの電気信号を伝送する役割を担い、車両の神経系として機能します。しかし、複雑な自動車環境の中で、自動車用ケーブルは以下のような潜在的なリスクに直面しています。
- 電磁ノイズ干渉: 電動化が進む自動車には車載電子機器からのノイズ問題が増えてきます。車載ケーブルの耐干渉性が十分でない場合、センサーによる誤認識を引き起こし、車両の安全システムの動作に影響を及ぼす可能性があります。
- 帯域幅不足: 車両の電子システムの機能が複雑になるに伴い、伝送帯域幅に対する要求も増大します。車両ケーブルの帯域幅が不足すると、信号伝送の遅延や損失が発生し、システムの動作に影響を与えます。
- インピーダンス不良: 自動車用ケーブルのインピーダンスは、信号伝送の効率に繋がります。インピーダンスの設計が不適切な場合、伝送の劣化を引き起こし、システムの性能を低下させる可能性があります。
車載用ケーブルは、カメラ、オーディオ、ナビゲーション、レーダーなど様々な用途に使用されています。私たちが遭遇したケースでは、ケーブル製造工場を持つクライアントが、自動車用ケーブルの裸線設計をテストして、Open Alliance 仕様に準拠していることを確認する必要がありました。しかし、このクライアントにはこれらのテストを自前で実施する能力がなく、問題を解決する方法がわからなかったため、アリオンに支援を求めました。
お客様の課題：厳しいテスト環境の下でエラーを解決するには?
このお客様は、裸線の部分がオープンアライアンスに準拠することを事前に確認したいと考えていました。この要件に関しては次のような課題に直面しました。
1. 厳しいテスト環境への要求
自動車用ケーブルの試験環境は、試験結果の精度を確保するために厳しい仕様を満たす必要があります。そのため、試験設備やテストフィクスチャには高い水準が要求されます。 例えば、試験設備は車載ケーブルの電気特性を正確に測定するために十分な帯域幅とSN比（Signal-to-noise Ratio）に対応する必要があり、テストフィクスチャは想定外のノイズの混入を避けるよう、試験対象（DUT）と試験設備との良好な接続を確保する必要があります。
アリオンは、最大長さ10mまたは15mの自動車用ケーブルのセットアップの問題を効果的に解決する、自動車用ケーブル試験用のコンダクティブドラムを開発しました。材料は導電性材料を採用しており、DUTと試験設備との良好な接続を確保し、試験中のケーブル間の信号干渉を回避します。
2. 開発段階の問題分析
車載ケーブルの開発段階において、検証時に問題が発生した場合、どのように問題を特定し、解決すればよいのでしょうか。今回の事例のお客様は、検証中で下記の問題が発生しましたが、試験結果を分析できず、どこからデバッグを始めればよいのかわからないとのことになりました。アリオンに委託した結果、アリオンは、コモンモードノイズ抑制不足（inadequate common-mode noise suppression）の原因分析を支援し、最適な解決策を提案しました。
- コモンモードノイズ抑制不足：コモンモードノイズとは、電力線から伝達されるノイズのことで、車載電子システムに干渉を引き起こす可能性があります。 車載ケーブルのコモンモードノイズ抑制が不十分な場合、誤センサーが発生し、車両安全システムの動作に影響を与える可能性があります。
解決策 ― デバッグの方法とは？
このニーズに対し、アリオンは完備した検証環境を整えており、お客さまが必要とする検証支援をするほか、重要な問題であるモード変換損失問題（ Mode Conversion Loss fail）を発見し解決を支援しました。
車載ケーブルのモード変換損失問題
自動車用電子機器は車両の前部に密集していることが多く、複合伝送インターフェースを備えた現代の車両では、信号伝送中に過剰なコモンモードノイズが発生すると、デバイス間の干渉を引き起こす可能性があります。そのため、モード変換損失は、自動車仕様の高周波制御およびテストにおいて特に難しい問題になります。コモンモードノイズは目に見えず、実体がありません。お客様がケーブルの接地とシールドを慎重に処理したにもかかわらず、最終結果は依然として満足のいくものではありませんでした。
下の図は、アリオンがお客様の一つ車載用ケーブルを検証する結果です。これによると、10MHz～100MHzの間でモード変換損失が規格基準を超えており、Failと判定することがわかりました。アリオンの分析と提案を行った結果、Failだったデータを規格基準の範囲内に抑制されるようにでき、同じ周波数帯域で7dBの余裕を達成しました。
車載用ケーブルは、電子機器に接続されるだけでなく、運転手や同乗者の安全にも関わるため、厳密な検証が非常に重要です。その点を理解するお客様は、問題を発見した際に、積極的に解決するよう当社の支援を依頼しました。当社は、豊富な経験を基づいてモード変換損失が高くなる主な発生原因を解析しました。
1．信号と線路の長さのマッチング不良：信号伝送線路の長さとインピーダンス特性は互いにマッチングさせる必要があり、それらが適切にマッチングされていないと、信号の反射につながり、コモンモードノイズが発生する可能性があります。
2. コモン・グラウンド構造の問題：車載用ケーブルのコモン・グラウンド構造は、良好なグラウンド効果を確保するために適切に設計する必要があります。コモン・グランド構造の設計が不十分な場合、コモン・モード・ノイズが増加する可能性があります。
3. 編組密度不足：自動車用ケーブルのシールド層は金属編組でできており、編組密度が高いほどコモンモードノイズをより効果的に抑制できます。編組密度が不十分な場合、コモンモードノイズの増加につながります。
今回のケースでは、アリオンはケーブルを分析した結果、主に編組密度が不十分なため、車載用ケーブルのモード変換損失が高すぎることが判明しました。そこでアリオンは、編組密度を高めることをお客様に提案し、編組密度に関し具体的なパラメータをアドバイスしました。アリオンの提案に基づき、お客様は製品を改良し、最終的にモード変換損失を規格範囲内に制御することに成功しました。
Time to Market with Quality（最短時間かつ高品質で市場投入）
～Faster、Easier、Better! 価値共創を実現～
【当社は、最も厳しいテストでも合格するようお手伝いします。】
自動車用ケーブル試験には、優れた機器性能だけでなく、試験精度を確保するための精密なテストフィクスチャが必要です。アリオンは車載ケーブル試験における豊富な経験を生かし、迅速な試験サービスを提供するだけでなく、問題が発生した際には問題分析と修正提案を行い、お客様に全面的な試験サービスを提供することで、厳しい車載試験に容易に対応できるようにいたします。
専門的なサービスを通じて、お客様の高品質な自動車用ケーブルの開発をサポートし、お客様の問題解決を支援し、自動車メーカーによる自動車納入の不適格につながる可能性のある問題の防止においてお客様を支援します。アリオンのサービスには以下のような利点があります：
Faster ー より迅速に
アリオンは、お客様が試験実施と問題解決を迅速にサポートします。お客様が環境と能力を持たない場合、当社は完備した設備と専業テスト能力により、試験期間を半年以上短縮するだけでなく、製品市場投入前に問題を特定し、問題解決ソリューションを提供しました。
- 完備した設備環境
自動車用ケーブル試験では、シールドのないツイストペア（UTP）は外部からの電磁干渉の影響を受けやすく、シールドがないために試験精度に影響を及ぼす可能性があります。この問題を解決するため、アリオンはOPEN Alliance TC9規格に準拠した車載イーサーネット用コンダクティブドラムを設計しました。従来の従来の平積み方式ではなく、縦積み方式を採用することで、スペースを節約できるだけでなく、ワイヤーの巻き取りやセットアップが容易になります。
試験設備は試験において必要不可欠なものですが、どのような機器でも車両規制の厳しい条件を簡単にクリアできるわけではありません。アリオンは低ノイズフロア（Low noise floor）ネットワークアナライザを備えており、コンプライアンスを確保するだけでなく、試験対象物に対して十分な余裕のあるスペースを確保するのにも役立ちます。
- 高周波・高速測定能力
アリオンはケーブルコネクタ測定において長年の経験があり、お客様の測定要求を正確かつ迅速に満たすことができます。
Easier ー よりスムーズに
車載試験には、優れた機器性能だけでなく、試験精度を確保するための精密なテストフィクスチャも必要です。テストフィクスチャの設計は、コネクタの選択を考慮するだけでなく、PCBインピーダンスやモード変換損失などの厳しい仕様も満たさなければなりません。
- テストフィクスチャ設計能力
ケーブル・コネクタを開発したいが、関連テストフィクスチャを設計する能力が足りないお客様が多くいらっしゃいます。アリオンはテストフィクスチャ設計の豊富な経験があり、試験仕様に応じた安定の高品質なテストフィクスチャを設計し、お客様が容易に仕様試験に合格できるようお手伝いいたします。
Better ー より正確に
製品の品質向上を支援する専門コンサルティングサービス
アリオンは高品質の自動車用ケーブル試験サービスを提供するだけでなく、専門的なコンサルティングサービスも提供し、お客様の製品開発や量産試験における問題解決をサポートします。
- 豊富な経験：アリオンは自動車ケーブルの試験とコンサルティングにおいて豊富な経験があり、様々な自動車試験規格と要求事項に精通しています。
- 専門技術：アリオンのケーブル専門技術チームは、専門的なコンサルティングサービスを提供することができます。
アリオンは、お客様の製品が「Time to Market with Quality」を達成できるよう、カスタマイズされたソリューションを提供いたします。関連の検証テストサービスについてより詳しい情報をお求めの場合は、アリオンのお問い合わせフォームよりお気軽にご連絡ください。