次世代のインフォテインメント技術

燃焼機関車両でも電気エンジン車両でも、データ接続のアーキテクチャに基づく車両を設計する場合、エンジニアはまず、次のような特有の問題の解決に着手します。

• 回路 (特に電化された回路) 間のクロストークをどのように回避するか? 
• 境界なしに大量のデータを伝送するパワーを備えたネットワークをどのように構築するか? 
• 伝送されるデータの安全性と信頼性をどのように確保するか?
• 真の自動車グレードの堅牢性を保持しながら、現在求められているスペースと重量の要件を満たすにはどうすればよいか?

 車内で伝送されるデータ量とスピードを高めるには、車両全体の相互接続を増強します。これによりデータパッケージのサイズは大きくなり、高帯域能力が必要になります。車載 Ethernet は、その達成に最も優れた費用対効果を提供しますが、さまざまな EMC 要件レベルに対応する柔軟性、スペース経済性と性能を備えたインテリジェント相互接続ソリューションが必要です。当社の MATEnet 小型自動車用 Ethernet 相互接続システム は、車全体にわたる効果的なコネクティビティに必要とされる自動車グレードの堅牢性、柔軟性、軽量化を備え、信頼性、手頃な価格、拡張性、および完全自動取り扱いの要件を満たします。

先進運転支援システム (ADAS) アプリケーションが加わり、カメラからアンテナ、さらに周囲環境やモバイル ブロードバンド接続まで、クラウドへの入力が増大しています。 これにより、データ速度が増大します。この接続を最適化するには、同軸接続技術と差動接続技術に対応する RF (無線周波数) 伝送チャネルが必要です。

当社の MATE-AX コネクタ ファミリは、高速データ向けに設計されています。20 GHz の周波数まで RF 性能を発揮します。また、現代の自動車向けパッケージ要件を満たすようにスペースを削減します。電気性能は、リンクセグメントとコンポーネント レベルの伝送特性と EMC 要件を満たします。当社の同軸ケーブルは、高度な RF 要件を伴う安全性リンク向けに設計されています。

将来的には、次世代のレベル 4 およびレベル 5 自立型運転用途には、新しい電気および光ソリューションが必要になるでしょう。これには、24 Gbps を超えるデータ伝送速度に対応する DWG (Dielectric Waveguide) ベースのコネクタが含まれます。TE では、機能、安全性、リンクタイプ、チップ、ケーブル タイプに対するメーカーの要件を満たし、業界標準および OEM 仕様または Tier1 仕様に対応するデータ接続製品の開発を続けています。

さまざまなセンサを車両に組み込むことにより、エンジニアは、車載ネットワークのいたるところで自立機能と人工知能を設計できるようになります。データの取得と活用が実現すると、センサによって、複数の車載システム間、および他の車両や道路アーキテクチャとさまざまな情報を交信できるようになります。これを効果的に行うには、センサが処理できるデータの種類を理解する必要があります。

• 温度センサは、バッテリーとモータの状態を監視します
• 速度センサは、モータの性能を検知します
• 電流センサは、バッテリーの充電/放電サイクルを追跡します
• 位置センサは、ドアのロック機能とウィンドウを監視します
• 加速度計は、震動とベアリングの状態を測定します

より安全で、より密接につながる車両 に対する消費者の需要を満たすために、重要なシステムを軽量化する接続ソリューションを選択するメーカーが増えています。これらの接続ソリューションは、データの加速化、消費電力の低減、信号の改善に必要とされる堅牢な明瞭性に優れた通信に対応しており、先進運転者支援システム (ADAS)、歩行者検知 (PD)、レーン検知 (LD) など、より多くのデータ駆動型機能を提供します。

この効率性により、データ接続は、燃料機関車および電気駆動車の両方の堅牢なアーキテクチャを実現する上で中核的要素になります。さらに、インフォテインメント システムは、自動車と他の車両、道路インフラ、および通信ネットワークとのつながりを実現する、車両の技術的エコシステムの非常に重要な部分になりつつあります。

現在の航空機は、安全性、利便性、全体的な性能を向上させるために大量のデータを取得して共有する能力を備えています。エンジニアは、手動制御を両方の電子インタフェースと置き換えることによって、航空機の電化を進めています。たとえば、機内データを利用することで、パイロットは航空機システムを容易に監視して、より良く管理できるようになります。この進化は、 TE の DEUTSCH DMC-M 高速モジュール および 369 シリーズ コネクタ、 バックシェル、 ワイヤおよび配線製品、 高速銅線ワイヤ、 Ethernet、 光ファイバなどの航空宇宙用途でのコネクティビティが可能になりました。

エンジニアは、このような種類の電子部品を使用することで、新しい機能を設計できます。その結果、航空機メーカーは、航空機技術からビジネス価値を創出する新しい方法を見つけることができます。

そして、重要なシステムでさらなる電化を推進するため、センサ、コネクタ、リレー、光ファイバなどの、より多くの種類の電子部品を航空機全体に内蔵することとなります。たとえば、航空機の電子機器の使用率は、1980 年代に製造された航空機の総コストの 10% から現在の航空機の総コストの 40% に上昇しています。航空機に非常に多くの技術が用いられることで、エンジニアは重大な課題に直面しています。これらのシステムを動作させるために十分な電力を航空機に供給しながら、電子回路実装のサイズを小型化し、重量を軽量化することが重要になります。

目標は、全体的な効率、速度を向上させ、コストを下げることです。その解決策は、極端な温度や振動、悪天候への暴露、EMI ノイズ、および落雷などの過酷な条件下で高速および高信頼性の動作が可能な、より小型で軽量の部品を使用することです。

エンジニアは、 機内体験を向上させるため、センサ等、より多くの電子部品を航空機に統合する機会を探っています。通常、センサからのデータは、航空機の前部にある航空機のエレクトロニクスベイに送られます。エレクトロニクスベイは、機内エンターテイメント ヘッドエンド ネットワークと航空機のコア エレクトロニクスの中枢部であり、ここで航空機から情報が収集され、処理され、乗客へと供給されます。

航空機の電力源を含むこのようなシステムの電気ケーブルと光ケーブルは通常、天井の空間または床の下部に沿って敷設されており、特定の航空機の構成およびインフォテインメント システム アーキテクチャに応じて、天井のモニタおよび個々の座席に接続します。内蔵および Wi-Fi 対応技術のこの複雑なネットワークによって、乗客は、航空機の自分の座席で多くの便利な設備を直接利用できます。

機内 Wi-Fi システムは、通常は航空機の上部または下部に位置するアンテナを通じて接続するため、システムを確立することは特に困難です。クラウド コネクティビティを提供するには、アンテナを衛星または地上のセルタワーに接続する必要があります。この Wi-Fiは、ワイヤレスコネクティビティの外観にかかわらず、全体的にはワイヤレスではないということを理解しておくことが重要です。集められたデータは、航空機内のヘッドエンド サーバーを移動することもあり、CWAPS (Cabin Wireless Access Points) に接続する高速銅および光ファイバー コンポーネントに沿って配信されます。

このようなシステムの信頼性をさらに高めるため、エンジニアは、堅牢な機器対機器間接続の開発に取り組んでいます。短い距離で比較的遅い速度が求められる接続には、これまで銅線が使用されていました。しかし、より高速なデータ速度に対する需要が高まりつつあり、エンジニアは、高速相互接続を使い始めています。これは、入力/出力速度が速くなるにしたがい、伝送特性と電力の管理は低速信号よりも難しくなる、という興味深いジレンマを生じています。

たとえば、相互接続速度が速いと、反射損失、挿入損失、クロストーキングや信号を劣化させる要因の管理が難しくなります。理想的な配線システムとは、配線ボックス間に中継接続がないシステムですが、実際には製造上の都合や経路上でコネクタのモジュール化に対応するために中継接続が必要になります。

これらの問題に取り組むことは、重量、距離、速度、伝送特性の 4 点を踏まえた設計を意味します。エンジニアは、高速で明瞭性の高い長距離通信が求められるインフォテインメントシステムに、光ファイバをバックボーン用途に取り入れています。10 G 以上の速度の Ethernet リンクを導入すると、光ファイバによって、次世代型航空機のインフォテインメントシステムを可能にする信頼性を達成できます。このような技術は、よりスマートな空港を実現するためのアイデアも生み出しています。これらの新しいアイデアは、リアルタイム情報、オンデマンド型エンターテインメント、人工知能の 3D 視覚化を実現する、よりインタラクティブなインタフェースと臨場感あふれるデジタル体験を可能にします。

TE のエンジニアは、航空機メーカーと密接に協力し合い、旅行者、パイロット、航空会社の経営陣、さらに航空業界全体が期待する継続的なコネクティビティを提供するインフォテインメント システムの高密度実装を設計しています。

これを実現するため、メーカーは、 多機能センサ、 堅牢なコネクタ、 光ファイバ ケーブル、 ヘビーデューティ ケーブル アセンブリ  などのコンポーネントを使用して、より動的なコネクティビティを統合しています。これにより、インタラクティブな画面、一体型電気アーキテクチャ、および高速マルチメディア ネットワークにおける革新が実現します。センサは、道路や車両の状況に関するデータを収集して測定し、インタラクティブな画面に表示します。運転者は、車両を操作するためのリアルタイム情報をすばやく取得できます。同乗者は、リアルタイムの情報に簡単にアクセスできるようになり、座席に座ったまま作業やオンライン ショッピングをしたり、映画鑑賞やソーシャル メディアで体験を共有することができます。

この技術によって、情報に簡単にアクセスできるようになるだけでなく、死角や道路状況、エンジン性能を監視するシステム内のデータ接続も自動化されます。このレベルの統合により、車両は、同乗者のデバイス、他の車両、交通網、道路をはじめ、切符売り場、スマート街灯、鉄道駅などの鉄道インフラストラクチャと信頼できる通信を確立することができます。車内では、この技術によって、運転者の居眠り検知、同乗者の行動監視、オーディオや環境システムの管理を行うカメラが装備され、同乗者に快適な楽しい乗車体験を提供します。この技術とそれを可能にする IoT 思考により、バス ターミナル、トラック輸送ステーション、鉄道駅とのデータ接続が実現します。

メーカーにとっての課題は、ヘビーデューティ車両向けの高密度実装の中で、信頼できる高速接続に対応する能力を備えたコンポーネントを見つけることです。たとえば、SAE J1939 などの既存の CAN バス プロトコルには、堅牢なインフォテインメント システムが期待どおりに動作するためにのデータ速度とリアルタイム アップデートが不足しています。従来の電子機器で革新を達成しようとすると、車両の全重量が大幅に増え、追加のコンポーネントを格納するためにより多くのスペースも必要となり、電力消費量の増大とさまざまな誤動作の原因となります。そして、重要なシステムに過度の負担がかかり、運用コストの上昇を招く予期せぬ故障が生じる可能性があります。

エンジニアは、大型車両でより広い帯域幅を達成するには、 低電圧差動信号 (LVDS)と Ethernet (新しい 100Base-T1 や 1000Base-T1 など) ソリューションを使用する必要があります。これらのソリューションを使用することで、配線コストが低減し、鉄道のモデム オンボード ネットワークなどのリアルタイムで高精度のシステムをサポートする動作データ速度が上昇します。ヘビーデューティ車両でこれを実現するには、システム性能をサポートし、EMI/EMC と、特に鉄道業界では火災と煙の要件を満たす頑丈な耐摩耗電子部品が必要です。

現在、高度なコネクティビティによって、IoT 対応の技術がヘビーデューティ交通機関に組み込まれようとしています。この結果、インフォテインメント システムが車両にシームレスに統合できるようになり、より質の高い運転、そして旅行体験が得られるようになります。これを実現するには、ロングレンジ ヘビーデューティ交通機関の高温および高振動に耐えられるように設計された電子部品が必要です。

当社の 温度、 圧力、および 湿度 向けセンサは、車両性能、道路状況、および貨物室なと運転者が必要なデータを検出し、測定します。また、当社の相互接続システム は、診断および予防応答をサポートしています。特に商用バスでは、当社の RF コネクタ を使用することで、遠隔計測、サラウンド ビュー システム、およびクラウド コンピューティングが使用できるようになります。

旅客向け鉄道では、複数ユニット (MU) コネクタを使用することで、鉄道全体で 27 のデータ コマンドを伝送する際に効率的な単一ポイントを利用できるようになります。また、機器のデータ ネットワークは線路市場より数倍速くが成長しています。M12 ソリューションは複数の設計の課題を解決し、対応できます。M12 コネクタは、顧客専用のケーブルやさまざまな長さで事前に製造したケーブルで無限のケーブル アセンブリの組み合わせを利用できます。M12 ケーブル アセンブリ を使用すると、最大 10 Gb/s 速度のデータに対応することで、鉄道データ通信システムでのデジタル化が促進されます。また、M12 Ethernet スイッチは、冗長入力電源とオプションのバイパスによって中断のないネットワーク性能を提供するように設計されており、最大 1 Gb/s のデータ速度とネットワーク内のノードとしての機能を備え、CCTV カメラ、乗客情報システム、センサ、照明、HVAC などの装置に接続ポートを提供します。

このようなコンポーネントは、ヘビーデューティー車両の技術アーキテクチャにインフォテインメント システムを統合するために使用した場合、信号の完全性、データ スループット、および電力性能を犠牲にすることなく、システム容量を拡大します。

このようなシステムは、車、 航空機、および ヘビーデューティー車両のインフォテインメント システムに非常に類似していることがよくありますが、スマート シティとインテリジェント ビルディングで複雑な情報ネットワークを可能にするためのバックボーンとして機能しています。この技術は、セキュリティ システム、LED 照明、スマート パーキング、および交通管制をサポートします。これらの技術が統合されると、エネルギー効率全体の改善、渋滞緩和、増加する管制への対応に役立ちます。このようなインフォテインメント システムは現在不足しており、データの場所を問わず、堅牢な統合し、そして常に利用可能なコネクティビティが重要となります。必要なものは、スマートフォン、ビデオ画面、およびインタラクティブなキオスクに直接提供される拡張現実 (AR) と、リアルタイム ビデオを通して情報を人々に伝送する方法を実現することです。

今後、データ インフラストラクチャとデータ オーケストレーションを向上させる高速低遅延 ネットワーク全体で提供され、接続された公共空間にインテリジェントビルディングが誕生することとなります。そうすれば、環境データと個人向け情報を含む幅広いビデオ、テキスト、およびオーディオ コンテンツへのほぼ無限のアクセスが可能になります。

都市空間およびビル向けのインフォテインメント システムをには、パッケージ設計の範囲を超えた設計が必要となります。どのように大規模で複雑なエコシステム全体にネットワークを統合するかを検討しながら設計することが重要です。これは、スマート シティにおけるナビゲーション システムの向上など、対地同期軌道衛星によって、データ伝送をどうやって次のレベルに高めるかを考えることです。

高度なコネクティビティにより、衛星が 5G 通信および IoT コネクティビティにおける大きな役割を担うことになります。衛星では、宇宙用温度センサが放射熱 (高温)、 および衛星の影側 (低温) のコンポーネントの温度を監視して、効果的な高速性能を保証します。LVDT 位置センサは、地球の上の衛星の位置を順番に制御・管理する小型スラスタの位置を厳密に制御します。

TE のエンジニアは、 製造業界のリーダーから技術企業家まで規模の大小を問わず企業と協力し合い、人工知能、自律的処理、あらゆる物と場所の追跡などの新しい技術をインフォテインメント システムの機会を生み出しています。これにより、旅行先や日常生活、職場などのあらゆる場所で情報を利用できるようになります。