Требования к печатным платам в автомобильных электронных системах (6) Системы безопасности и мониторинга

Введение

Системы безопасности и мониторинга формируют защитный каркас электромобилей (EV), непосредственно обеспечивая безопасность пассажиров и повышая безопасность транспортного средства. Эти критически важные системы включают в себя блоки управления подушками безопасности (ACU), системы контроля давления в шинах (TPMS), датчики столкновений и блоки обнаружения пассажиров, все из которых зависят от мгновенной реакции и непоколебимой надежности. В критически важных для безопасности приложениях даже незначительные сбои печатных плат могут иметь катастрофические последствия, что делает стандарты проектирования и производства печатных плат чрезвычайно строгими. В этой статье рассматриваются специализированные требования к печатным платам, проблемы производства и новые тенденции в системах безопасности и мониторинга электромобилей, подчеркивая их роль в обеспечении безопасного вождения.

Обзор системы

Системы безопасности и мониторинга электромобилей охватывают ряд модулей, каждый из которых разработан для обнаружения опасностей и запуска защитных реакций:

• Блок управления подушками безопасности (ACU): Действует как центральный узел для реагирования на столкновения, обрабатывая данные с акселерометров и датчиков удара для развертывания подушек безопасности в течение миллисекунд после столкновения.

• Система контроля давления в шинах (TPMS): Непрерывно контролирует давление и температуру в шинах, предупреждая водителей об утечках или перекачке, чтобы предотвратить взрывы и повысить топливную экономичность.

• Датчики столкновений: Размещаются по всему транспортному средству (спереди, сзади и по бокам) для обнаружения ударов или потенциальных столкновений, запуская меры безопасности, такие как предварительное натяжение ремней безопасности или экстренное торможение.

• Блоки обнаружения пассажиров: Используют датчики веса и емкостную технологию для обнаружения присутствия и положения пассажиров, оптимизируя силу развертывания подушек безопасности и предотвращая ненужную активацию.

• Умные дверные замки: Интегрируются с системами безопасности транспортного средства для предотвращения несанкционированного доступа, используя RFID или биометрические датчики для повышения защиты.

Требования к проектированию печатных плат

Печатные платы систем безопасности и мониторинга должны соответствовать строгим критериям проектирования для обеспечения безотказной работы:

1. Экстремальная надежность

Мгновенная реакция является обязательным условием в системах безопасности, требующим печатных плат, разработанных для нулевой задержки:

• Реакция на уровне миллисекунд: ACU требуют печатных плат с минимальными задержками распространения сигнала, обеспечивающими развертывание подушек безопасности в течение 20–30 миллисекунд после удара.

• Резервированные критические пути: Дублирование трасс и компонентов для жизненно важных цепей (например, входы датчиков столкновений) предотвращает выход из строя системы из-за единичных сбоев.

2. Миниатюризация

Ограничения по пространству в местах установки (например, колесные ниши для TPMS, дверные панели для датчиков) обуславливают необходимость компактных конструкций:

• Жестко-гибкие печатные платы: TPMS и датчики в салоне используют жестко-гибкие подложки для соответствия ограниченному пространству, сочетая жесткие секции для монтажа компонентов с гибкими секциями для виброустойчивости.

• Планировки высокой плотности: Миниатюрные компоненты (например, корпуса 01005) и трассировка с мелким шагом обеспечивают сложную функциональность в 巴掌大小的 печатных платах.

3. Низкое энергопотребление

Многие системы мониторинга (например, TPMS) зависят от батарей, требуя печатных плат, оптимизированных для энергоэффективности:

• Интеграция компонентов с низким энергопотреблением: Выбор микроконтроллеров и датчиков со сверхнизким током покоя для увеличения срока службы батареи (обычно 5–7 лет для TPMS).

• Схемы управления питанием: Эффективные регуляторы напряжения и функциональность спящего режима минимизируют расход энергии в периоды простоя.

Таблица 1: Модули безопасности и требования к печатным платам

Производственные задачи

Производство печатных плат для систем безопасности связано с уникальными техническими трудностями, обусловленными необходимостью надежности:

• Надежность жестко-гибких плат: Гибкие секции должны выдерживать >10 000 циклов изгиба без растрескивания трасс или усталости проводников, что требует точного выбора материала (например, полиимидных подложек) и контролируемых процессов ламинирования.

• Сборка миниатюрных компонентов: Пайка корпусов 01005 (0,4 мм × 0,2 мм) требует современного оборудования SMT с точностью установки ±25 мкм, чтобы избежать мостиков или холодных паек.

• Тестирование на соответствие: Печатные платы должны соответствовать строгим стандартам сертификации, включая AEC-Q200 (для пассивных компонентов) и ISO 26262 (функциональная безопасность), включая термическое циклирование, испытания на влажность и скрининг на вибрационную нагрузку.

Таблица 2: Стандарты надежности печатных плат для систем безопасности

Будущие тенденции

Достижения в области технологий безопасности стимулируют развитие в области проектирования печатных плат для систем мониторинга:

• Слияние данных с датчиков: Интеграция данных с нескольких датчиков (например, камер, радаров и ультразвуковых) на одной печатной плате для повышения точности обнаружения опасностей, требующая высокоскоростных шин данных и расширенной обработки сигналов.

• Беспроводные системы безопасности: Устранение проводных соединений в TPMS и датчиках столкновений посредством интеграции с модулями связи V2X (Vehicle-to-Everything), требующее оптимизированной производительности RF и беспроводных протоколов с низким энергопотреблением.

• Сверхнадежные материалы: Применение ламинатов с высоким Tg (≥180°C) и низким влагопоглощением для повышения долговечности в суровых условиях, снижающее риски долгосрочных сбоев.

Таблица 3: Параметры проектирования печатных плат для модулей безопасности

Заключение

Системы безопасности и мониторинга представляют собой самый высокий стандарт надежности печатных плат в электромобилях, требуя конструкций, которые отдают приоритет мгновенному отклику, миниатюризации и соответствию строгим автомобильным стандартам. От жестко-гибких печатных плат, обеспечивающих компактные модули TPMS, до резервированных цепей, обеспечивающих функциональность ACU, эти платы имеют решающее значение для защиты пассажиров. По мере развития технологий безопасности электромобилей будущие печатные платы будут интегрировать слияние данных с датчиков, беспроводную связь и передовые материалы, еще больше усиливая их роль в качестве основы автомобильной безопасности. Производители, освоившие эти технологии, будут продолжать устанавливать эталон безопасной электрической мобильности.