运输行业的应用范围相当广泛，从公共交通和铁路到船舶和越野设备。在这些应用中，各种运输方式所使用的子系统以及用于监控这些子系统的系统都需要大量的连接器。

例如，汽车和铁路应用中的交通控制系统将使用大型机柜，机柜内安装有监控行人、车辆或铁路交通的设备机架。这些系统还可能使用摄像头和其他无线设备来补充监控功能，以便远程传输和接收重要信息。重型设备和越野车通常会使用大型线束装置，以便向车辆传输和分配信号/功率。所有这些应用都会受到环境和机械应力的影响，这就要求它们的互连器件能够在各种应力下保持高完整性连接，这就需要具有创新结构和独特配接结构的坚固连接器外壳。

在本文中，我们将讨论在这些应用中使用的一些连接器，以及选择这些连接器时的工程考虑因素。

交通运输业的发展趋势

随着电池技术、功率密集型开关技术和充电基础设施的不断改进，交通运输业正在向电气化大规模转变。目前，铁路的应用范围从电动有轨电车、无轨电车和城市地铁系统到高速电动列车，这些列车使用架空电力线或导线架系统，通过高架受电弓向列车供电。传统的汽车内燃机(ICE)正在被储能系统(ESS)所取代，后者为电动动力系统提供移动所需的能量。即使是大型重型机械，如建筑、采矿、农业和越野公用事业设备，也正经历着电气化的趋势，采用内燃机/电池混合动力系统，以提高效率和可持续发展能力。

与此同时，人们还注重确保这些功率密集型系统能够安装在更小、更美观的封装中。这可以从运输行业向氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)供电器件的转变中看出。这些宽带隙半导体使充电电路和电源拓扑结构(如OBC、直流快速充电器、电源、直流/交流转换器、辅助电源)具有更快的开关速度，这反过来又使电路能够以更简单的设计实现更高的效率，包括更少的功率器件/栅极驱动器和外围元件(如无源元件、磁性元件)。这一特性与SiC和GaN相对较高的热传导率(与Si相比)相结合，也简化了热管理方面的考虑——通常可缩小整体解决方案的尺寸。

运输行业的设计限制

要实现提高效率和降低排放的目标，就必须克服运输应用中高速移动所带来的固有压力。所有这些用例都会遇到乱流、大风和其他阻碍前进的一般因素造成的振动。在很多情况下，机械冲击或突然的撞击(如碰撞、急刹车)也会导致设备及其连接变形。运输控制和设备都要承受无遮蔽环境带来的不可预测的环境应变。这通常主要表现为潮湿、含盐(腐蚀性)环境和极端温度。在其他情况下，即重型设备，还有其他污染物可能会破坏敏感的内部电路和连接，如接触液压油或发动机油。

此外，还有其他监管方面的考虑：汽车行业使用的集成电路通常都通过了AEC-Q100或AEC-Q200认证和各种ISO60512汽车测试。SAEJ2030标准包括非公路机械等重载应用中重载连接器的环境测试要求和验收标准。铁路系统中的电气设备也有自己的一套标准，如IEC60077和EN50155，这些标准涉及温度、湿度、冲击、振动和电源变化。

现代交通系统中的电源开关频率越来越高。这样可以提高效率，但也有可能产生不必要的噪音，干扰附近的电路。出于这个原因(还有更多原因)，EMC限制对这些系统的辐射和传导辐射都做出了限制。其中一些标准专门针对汽车用例(如ISO11451、EN50498)和铁路应用(如IEC62239、EN50121)，而另一些标准则更为通用(如CISPR25)。

安装在这些系统中的连接器必须能够适应这些小外形尺寸的要求，并能承受恶劣的条件，同时不丧失连接的完整性。为了满足这些系统中各种电源、信号和数据连接的需要，需要使用各种连接器和电缆组件;但是，这些连接器和电缆组件通常必须坚固耐用。

总体而言，基于运输的应用在可靠性和性能方面面临着诸多挑战。不过，通过精心选择组件和设计系统以抵御恶劣环境，还是有可能建立起可靠、高效的交通系统。

交通控制设备中的连接器

交通控制设备由控制器、检测卡、负载开关和闪光器、监控器以及电源组成。图1显示了一个典型的交通控制柜及其相应硬件/设备的框图。

图1：交通信号灯柜及其硬件基本框图

交通信号控制器(如八相位NEMA交通信号控制器)接收来自车辆检测器和行人按钮等不同来源的数据，并使用算法确定预定间隔或相位的适当路权分配。然后，控制器将这些信息输出到显示屏上，供维护人员用来排除故障和监控系统。检测卡与感应环路或视频检测系统等传感设备一起使用，通过测量车辆通过时引起的环路电感变化来检测车辆。这些信息会被传送到控制器进行进一步处理。负载开关控制交通信号灯的供电，在交通信号灯发生故障时，闪光灯会启动路口的"闪光模式"。交通信号监控器(如NEMAMMU)独立于控制器工作，以确保交叉路口的安全，避免出现故障情况(如信号电压电平失效、灯管烧毁、绿灯冲突、配时不正确)。

许多此类系统还能通过高分辨率USB摄像头监控交叉路口，以宽视场(FOV)提供实时视线。这样，当你意识到也许应该在黄灯时停车时，你的车牌就会被捕捉到。在这些使用案例中，USB是用于将电源和信号数据传输到控制监视器或从控制监视器传输到电源和信号数据的接口。HDMI连接器将这些视频信号从交通摄像头传输回显示交通活动的控制监视器。

如图所示，各种连接器用于为机柜中的设备提供数据和电源。这些连接器包括：

·矩形/机架和面板连接器，用于连接安装在机柜内的不同组件

·用于控制器、探测器和冲突监控器的多针圆形连接器

·用于连接调制解调器的以太网和光纤电缆

·用于机柜内部设备的电源线

·用于连接探测器卡的卡边缘连接器

· 用于将交通摄像头的视频信号连接到显示器的HDMI电缆

·USB电缆，用于连接交通摄像头的电源和数据

交通控制系统的连接器要求

交通信号系统中的连接器和电缆组件安装在暴露于外界的机柜中，因此必须能够承受恶劣的环境条件。恶劣天气下的阵风会导致机柜(及其设备)以及它们之间的连接晃动。机柜必须通过内部HVAC系统或恒温加热器和风扇进行温度/湿度控制，以保护敏感电路。尽管有这种内置的温度/湿度保护，但由于机柜的位置相对暴露，连接器仍必须能够承受任何温度波动。通常情况下，交通控制柜采用NEMA结构或170/2070型，根据应用中使用的控制器类型进行机架安装。在这些使用案例中，可能需要使用矩形机架和面板连接器来连接内部设备。

检测器卡可以处理多通道(每个检测器多个环路)以及各种模式，这些卡通常是通过PCB卡边缘连接器安装在卡架上的电路卡(图2)。

图2：装有车辆环路探测器的多通道卡架

根据州和地方法规，对这些连接器的限制会有所不同。例如，70年代末的加利福尼亚州和纽约州交通控制器系统硬件要求所有连接器都必须带有钥匙，以防止意外插入错误的连接器，而且卡边缘连接器必须具有分叉镀金触点，并具有非常具体的额定电压和电流。当然，在过去的几十年里，这种情况已经发生了变化;但是，卡边缘连接器有各种触点间距、触点端接、电镀厚度和安装方式，可以根据应用进行优化。EDAC提供近500000种卡边缘连接器。其金属对金属卡边缘连接器系列采用叉形设计，具有四个配合面，可提供抗冲击和振动能力强的气密连接器(图3)。

图3：EDAC可靠性连接器

EDAC的防水USB连接器可确保与交通摄像头的连接不会因腐蚀或湿气侵入而中断。如图4所示，这些连接器采用四分之一圈扭转锁定卡口式系统，可在振动情况下实现安全连接。此外，还提供防水板安装连接器，这些连接器的触点采用全环氧树脂密封，并使用O形圈密封面板。

图4：EDAC的690W系列卡口式防水USBType-A连接器(左)和电路板安装式USB连接器(右)。

用于铁路信号设备的连接器

欧洲列车控制系统(ETCS)在许多方面与我们之前举例的交通控制柜并行不悖。该标准旨在统一散布在欧洲的所有互不关联的国家铁路系统。ETCS系统由车载设备或轨道旁设备组成，通过通信来维持铁路的平稳运行。车载设备可以监控列车运行，并根据列车类型、轨道条件和其他因素计算出最大安全速度和制动曲线。轨道旁设备包括平衡器(Eurobalise)或无线电模块中心(RBC)。无源平衡器安装在轨道上，用于存储基于基础设施的数据(如速度、限制、坡度)。列车天线或光栅传输模块(BTM)在经过光栅时会接收这些数据。RBC是有源设备，可通过铁路运营专用网络GSM-R与车内设备通信。图5显示了ETCS中使用的一些子系统。

图5：ETCS设备突出显示了连接器以及潜在的机械和环境问题

这些应用中常见的连接器包括：

·用于连接机架和设备的矩形/机架和面板连接器

·用于数据和信号传输的D型超小型连接器

·圆形连接器，用于与传感器或通信设备之间坚固耐用的数据和信号连接

·用于连接DMI和车内显示器信号的HDMI连接器

铁路设备中使用的连接器的要求

与传统的交通信号系统类似，铁路通信必须坚固耐用。在这些应用中，由于振动或机械冲击造成的连接故障，特别容易导致不配接——信号断断续续。这是选择铁路应用连接器时需要考虑的一个主要因素。连接还可能暴露在外界环境中，因此需要一定程度的防水或防渗保护。

EDAC的矩形连接器提供高度可靠的连接，主体尺寸从14到120个接触位置不等。连接器有一个可选的金属盖/后壳，可提供防尘、防碎片、防电磁干扰和应力消除功能。这种连接器还采用全封闭触点设计，可提供抗冲击和振动的气密连接(图6)。EDAC还提供MIL-C-28731矩形连接器，可在受到冲击和振动时提供另一级别的信号连续性和完整性。

图6：EDAC带有两性触点的矩形插头(左)和插座(右)

EDAC提供符合IEC60529标准IP67等级的防水D-sub连接器(图7)。这些连接器采用环氧树脂密封，实现了零渗入、导线无吸水、表面光滑、无气泡的模制效果。这可以与面板上的实心O形圈密封相结合，实现防水连接。

图7：EDACD-sub连接器采用环氧树脂密封工艺

用于越野车的连接器

建筑(如挖掘机、挖掘机、翻斗车)和农业(如联合收割机、拖拉机)设备等重型机械中的电气子系统种类繁多。由于这些设备空间狭小，电气系统(如ECM、ECU、TCM、照明、HVAC、安全、信息娱乐、导航、辅助系统)分布广泛，因此需要使用线束。控制器区域网络(CAN)协议建立于上世纪80年代初，是车载传感器、执行器、控制模块和车内其他相关系统之间高集成度连接的依赖。图8显示了安装在斯堪尼亚重型设备柴油发动机上的发动机控制单元(ECU)。ECU使用CAN协议与相关电气子系统/节点进行通信(当然，这会导致ECU的环境温度较高)。

图8：斯堪尼亚柴油发动机上的ECU

这些应用中使用的连接器包括：

·线束中密封的线对线和线对板连接器

·用于连接驾驶室内各种人机界面(HMI)、控制系统和辅助充电系统的防水USB、HDMI和D-sub连接器

越野设备对连接器的要求

与铁路应用类似，越野设备也会暴露在广泛的振动中，而且由于这些车辆的工作性质，可能会受到更多的机械冲击。由于长时间暴露在室外，连接器还将经历剧烈的温度波动，并且在可能使用内燃机的重型设备中也会发热。不过，最严重的损坏可能是由于湿气侵入以及可能接触到液压油、发动机油等化学物质造成的。

EDAC在线连接器包括防水插头和插座，防护等级为IP52和IP67。双锁销系统可确保在振动和机械冲击下仍能牢固连接。该系列可灵活地为不同线规提供多种样式，简单的压接和戳接触点可实现快速设置和安装。

如图9所示，EDAC还提供用于数据和信号处理的定制线束和电缆组件，以及用于多种终端的分线电缆。EDAC库存有多种连接器(如MiniUSB、MiniDIN、RJ45、RJ11、直插式)。EDAC提供的连接器种类繁多，可确保几乎所有制造的电缆都能与EDAC连接器配合使用。

图9：带有防水直插式连接器的EDAC定制电缆组件。

结论

运输行业使用的连接器和电缆组件种类繁多，其中大部分都必须能够承受设备不可避免的环境、机械和电气应变。EDAC提供种类繁多的连接器，支持这些应用中的许多子系统。这些连接器坚固耐用，可抵御灰尘/湿气侵入，并具有抗震和抗冲击性能。