Anforderungen an Leiterplatten in elektronischen Automobilsystemen (6) Sicherheits- und Überwachungssysteme

Einleitung

Sicherheits- und Überwachungssysteme bilden das Schutzspinnenkern von Elektrofahrzeugen (EVs), indem sie die Fahrgäste direkt schützen und die Fahrzeugsicherheit erhöhen.Diese kritischen Systeme umfassen Airbag Control Units (ACU), Reifendrucküberwachungssysteme (TPMS), Kollisionssensoren und Fahrgasterkennungseinheiten, die alle auf sofortige Reaktionsfähigkeit und unerschütterliche Zuverlässigkeit angewiesen sind.Bei sicherheitskritischen Anwendungen, können selbst geringe PCB-Fehler katastrophale Folgen haben, wodurch PCB-Konstruktions- und Herstellungsstandards außergewöhnlich streng sind.Herausforderungen bei der Herstellung, sowie neue Trends in den Bereichen Sicherheit und Überwachung von Elektrofahrzeugen, wobei ihre Rolle bei der Gewährleistung eines sicheren Fahrerlebnisses hervorgehoben wird.

Systemübersicht

Fahrzeugsicherheits- und Überwachungssysteme umfassen eine Reihe von Modulen, die jeweils darauf ausgelegt sind, Gefahren zu erkennen und Schutzmaßnahmen auszulösen:

• Luftsacksteuerung (ACU): Wirkt als zentrale Drehscheibe für die Kollisionsreaktion, verarbeitet Daten von Beschleunigungsmessern und Aufprallsensoren, um Airbags innerhalb von Millisekunden nach einer Kollision einzusetzen.
• Reifendrucküberwachungssystem (TPMS): Überwachung des Reifendrucks und der Reifentemperatur und Benachrichtigung des Fahrers über Lecks oder Überdampfungen, um Ausbrüche zu vermeiden und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
• Kollisionssensoren: Im Fahrzeug (vorne, hinten und seitlich) eingesetzt, um Stöße oder mögliche Kollisionen zu erkennen und Sicherheitsmaßnahmen wie Sicherheitsgurtvorverspannung oder Notbremsung auszulösen.
• Einheiten zur Erkennung von Insassen: Verwendung von Gewichtssensoren und kapazitiver Technologie zur Erkennung der Anwesenheit und Position der Fahrgäste, Optimierung der Airbag-Auflösung und Verhinderung unnötiger Aktivierung.
• Intelligente Türschlösser: Integration in Fahrzeugsicherheitssysteme, um unbefugten Zugriff zu verhindern, mithilfe von RFID- oder biometrischen Sensoren für einen verbesserten Schutz.

PCB-Konstruktionsanforderungen

PCB für Sicherheits- und Überwachungssysteme müssen strenge Konstruktionskriterien erfüllen, um einen ausfallsicheren Betrieb zu gewährleisten:

1Extreme Zuverlässigkeit

Die sofortige Reaktionsfähigkeit ist in Sicherheitssystemen nicht verhandelbar und erfordert PCBs, die für Null-Latenz konzipiert sind:

• Antwort auf Millisekunden-Ebene: ACUs benötigen PCBs mit minimalen Signalverbreitungsverzögerungen, die die Ausrüstung des Airbags innerhalb von 20-30 Millisekunden nach dem Aufprall gewährleisten.
• Überflüssige kritische Pfade: Duplizierte Spuren und Komponenten für lebenswichtige Schaltungen (z. B. Einstiege des Kollisionssensors) verhindern, dass einzelne Fehler das System deaktivieren.

2. Miniaturisierung

Raumbeschränkungen an Montageorten (z. B. Radbohrungen für TPMS, Türplatten für Sensoren) erfordern kompakte Konstruktionen:

• Starrflex PCBs: TPMS- und Kabinsensoren verwenden starre-flexible Substrate, um sich engen Räumen anzupassen, wobei starre Abschnitte für die Montage von Bauteilen mit flexiblen Abschnitten für die Vibrationsbeständigkeit kombiniert werden.
• Layouts mit hoher Dichte: Miniaturisierte Komponenten (z. B. 01005 Pakete) und Feinpfeil-Routing ermöglichen komplexe Funktionalitäten in PCBs.

3. Niedriger Stromverbrauch

Viele Überwachungssysteme (z. B. TPMS) sind auf Batterien angewiesen und erfordern PCBs, die für die Energieeffizienz optimiert sind:

• Integration von Komponenten mit geringer Leistung: Auswahl von Mikrocontrollern und Sensoren mit ultra-niedrigem Standby-Strom zur Verlängerung der Akkulaufzeit (typischerweise 5~7 Jahre für TPMS).
• Strommanagementkreise: Effiziente Spannungsregler und die Funktion des Schlafmodus minimieren den Energieverbrauch während der Leerlaufzeiten.

Tabelle 1: Sicherheitsmodule und PCB-Anforderungen

Herausforderungen bei der Herstellung

Die Produktion von PCB für Sicherheitssysteme stellt einzigartige technische Hürden dar, die durch die Notwendigkeit der Zuverlässigkeit bedingt sind:

• Zuverlässigkeit von Starr-Flex: Flexible Profile müssen > 10 000 Flex-Zyklen ohne Spuren von Riss oder Leitermüdigkeit aushalten, was eine präzise Materialwahl erfordert (z. B.Polyimidsubstrate) und kontrollierte Laminationsverfahren.
• Miniaturisierte Bauteilmontage: Das Löten von 01005 Packungen (0,4 mm × 0,2 mm) erfordert fortschrittliche SMT-Ausrüstung mit einer Platzierungsgenauigkeit von ± 25 μm, um Brücken oder Kaltverbindungen zu vermeiden.
• Prüfung der Konformität: PCB müssen strenge Zertifizierungsstandards bestehen, darunter AEC-Q200 (für passive Komponenten) und ISO 26262 (Funktionssicherheit), die thermischen Zyklen, Feuchtigkeitstests,und Vibrationsspannungsscreening.

Tabelle 2: Zuverlässigkeitsnormen für PCB für Sicherheitssysteme

Zukunftstrends

Fortschritte in der Sicherheitstechnologie treiben die Entwicklung der PCB-Konstruktion für Überwachungssysteme voran:

• Fusion der Sensoren: Integration von Daten aus mehreren Sensoren (z. B. Kameras, Radar und Ultraschall) auf eine einzige Leiterplatte zur Verbesserung der Genauigkeit der Gefährdungserkennung, was schnelle Datenbusse und eine fortschrittliche Signalverarbeitung erfordert.
• Drahtlose Sicherheitssysteme: Beseitigung der drahtgebundenen Verbindungen in TPMS und Kollisionssensoren durch Integration mit V2X (Vehicle-to-Everything) Kommunikationsmodulen,erfordert optimierte HF-Leistung und Low-Power-Wireless-Protokolle.
• Sehr zuverlässige Materialien: Einführung von Laminaten mit hohem Tg (≥180°C) mit geringer Feuchtigkeitsabsorption zur Verbesserung der Haltbarkeit in rauen Umgebungen und zur Verringerung der langfristigen Ausfallgefahr.

Tabelle 3: PCB-Konstruktionsparameter für Sicherheitsmodule

Schlussfolgerung

Sicherheits- und Überwachungssysteme stellen den höchsten Standard für die PCB-Verlässlichkeit in Elektrofahrzeugen dar.und die Einhaltung strenger AutomobilstandardsVon starren und flexiblen Leiterplatten, die kompakte TPMS-Module ermöglichen, bis hin zu redundanten Schaltungen, die die ACU-Funktionalität gewährleisten, sind diese Platten für den Schutz der Fahrgäste von entscheidender Bedeutung.Zukünftige PCBs werden Sensorfusion integrierenDies ist ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Qualität der Fahrzeugsicherheit und zur Erhöhung der Qualität der Fahrzeuge.Hersteller, die diese Technologien beherrschen, werden weiterhin den Maßstab für eine sichere Elektromobilität setzen.