Meta Description: เรียนรู้ความต้องการ PCB สําหรับระบบควบคุมรถ EV รวมถึง VCU, ECU, TCU, ABS / ESC และโมดูลการควบคุมบอร์ดหลายชั้นและกลยุทธ์การออกแบบ EMI/EMC

คําแนะนํา

ระบบควบคุมรถยนต์เป็น "สมองและเส้นประสาท" ของรถไฟฟ้า (EV) จัดการประสานงานของหน้าที่ขับรถและกลไกความปลอดภัยโมดูลสําคัญ เช่น หน่วยควบคุมรถยนต์ (VCU), หน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU สําหรับรุ่นไฮบริด), หน่วยควบคุมการส่ง (TCU), เบรกจอดอิเล็กทรอนิกส์ (EPB), การควบคุมไฟฟ้า (EPS),และโมดูลควบคุมเบรค (ABS/ESC) ทํางานร่วมกัน เพื่อให้การทํางานเรียบร้อย, การรับมือที่ตอบสนองและการคุ้มครองผู้โดยสาร เนื่องจากลักษณะที่สําคัญต่อความปลอดภัยของระบบเหล่านี้ ความผิดพลาดใด ๆ ในระบบเหล่านี้สามารถเสี่ยงต่อความปลอดภัยของยานโดยตรงทําให้การออกแบบและผลิต PCB สําหรับระบบควบคุม เป็นมุมก้อนของความน่าเชื่อถือของ EVบทความนี้อธิบายความต้องการเฉพาะของ PCB ความท้าทายในการผลิต และแนวโน้มที่กําลังเกิดขึ้นในระบบควบคุมรถ EV

ภาพรวมของระบบควบคุมยาน

ระบบควบคุม EV ประกอบด้วยโมดูลพิเศษหลายอัน แต่ละโมดูลมีบทบาทที่แตกต่างกันในการทํางานของยาน

• VCU (หน่วยควบคุมยาน): ปฏิบัติหน้าที่เป็นผู้ประสานงานกลาง, บริหารการดําเนินงานรถยนต์ทั่วไปรวมถึงการกระจายทอร์ค, การบริหารพลังงาน, และการเปลี่ยนโหมดระหว่างโหมดการขับขี่
• ECU (หน่วยควบคุมเครื่องยนต์ สําหรับเครื่องยนต์ไฮบรีด): กําหนดความสอดคล้องระหว่างเครื่องยนต์เผาไหม้และเครื่องยนต์ไฟฟ้าใน EVs ไฮบริด, ปรับปรุงประสิทธิภาพน้ํามันและผลิตพลังงาน
• TCU (หน่วยควบคุมการส่ง): การปรับเปลี่ยนเกียร์ให้ละเอียดในเครื่องส่งไฟฟ้าแบบไฮบริดหรือหลายสปีด เพื่อให้การส่งพลังงานและประสิทธิภาพด้านพลังงานเป็นไปอย่างเรียบร้อย
• โมดูล EPS (Electric Power Steering): ให้บริการการช่วยเหลือการขับเคลื่อนที่แม่นยําและมีความรู้สึกต่อความเร็ว เพิ่มความสามารถในการเคลื่อนไหวและความสะดวกสบายของคนขับ
• ABS/ESC (ระบบต้านล็อค/ระบบควบคุมความมั่นคงอิเล็กทรอนิกส์): ป้องกันการล็อคล้อระหว่างเบรก และรักษาความมั่นคงของรถยนต์ในระหว่างการเคลื่อนไหวอย่างฉับพลัน ซึ่งเป็นสิ่งสําคัญในการป้องกันอุบัติเหตุ
• เครื่องควบคุม EPB (เบรกจอดอิเล็กทรอนิกส์): บริหารการเปิดและเปิดเบรคจอดรถ ควบคู่กับระบบรักษาความปลอดภัยของรถยนต์ เพื่อเพิ่มความปลอดภัย

ความต้องการการออกแบบ PCB

เพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของการใช้งานที่สําคัญต่อความปลอดภัย PCB ระบบควบคุมรถยนต์ต้องปฏิบัติตามเกณฑ์การออกแบบเฉพาะเจาะจง:

1ความปลอดภัยทางการทํางาน (ISO 26262 ASIL-D)

ความปลอดภัยทางการทํางานเป็นสิ่งสําคัญที่สุด, ด้วยการปฏิบัติตาม ISO 26262, มาตรฐานสากลสําหรับความปลอดภัยทางการทํางานของรถยนต์. ยุทธศาสตร์สําคัญประกอบด้วย:

• วงจรที่เหลือใช้: การย้ําเส้นทางสําคัญ เพื่อให้การดําเนินงานดําเนินต่อไป แม้ว่าวงจรหนึ่งจะล้มเหลว
• การออกแบบ MCU สองแบบ: หน่วยไมโครคอนโทรลเลอร์ขนานให้ความปลอดภัยจากความล้มเหลว, ด้วยกลไกการตรวจสอบข้ามเพื่อตรวจพบความผิดปกติ
• การวางแผนความอ่อนแอ: ร่องรอย PCB และส่วนประกอบถูกจัดวางเพื่อลดความเสี่ยงการล้มเหลวจุดเดียวให้น้อยที่สุด โดยแยกระหว่างวงจรที่สําคัญและที่ไม่สําคัญ

2. ความเข้ากันได้ด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC/EMI)

ระบบควบคุมทํางานในสภาพแวดล้อมไฟฟ้าแม่เหล็กที่เต็มไปด้วยเสียงดังจากมอเตอร์, แบตเตอรี่, และอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ การบรรเทา EMC / EMI มี:

• เครื่องบินพื้นดินพิเศษ: แผ่นพื้นที่แยกสําหรับสัญญาณดิจิตอล, อานาล็อก และพลังงาน ลดการแทรกแซง
• ผืนที่ปกป้อง: การปกป้องโลหะรอบร่องรอยสัญญาณที่มีความรู้สึก ป้องกันการรังสีไฟฟ้าแม่เหล็กจากการขัดแย้งการปฏิบัติงาน
• ความสมบูรณ์แบบของสัญญาณอย่างเข้มงวด: การกํากับการเคลื่อนไหวแบบอัมพาตที่ควบคุมได้ และความยาวของเส้นทางที่ลดลงให้น้อยที่สุด ช่วยรักษาคุณภาพสัญญาณในเส้นทางการสื่อสารความเร็วสูง

3ความทนทานต่อสิ่งแวดล้อมที่รุนแรง

โมดูลควบคุมรถยนต์ทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

• ความอดทนต่ออุณหภูมิสูง: การทํางานจาก -40 °C ถึง + 150 °C เพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมห้องเครื่องและรถยนต์
• ความทนทานต่อความชื้นสูง: การป้องกันการบดและความชื้นที่เข้า, สําคัญสําหรับความน่าเชื่อถือในสภาพภูมิอากาศที่หลากหลาย
• ความต้านทานต่อการกระแทกและการสั่นสะเทือน: การเสริมโครงสร้างเพื่อทนต่อการสั่นสะเทือนที่เกิดจากถนนและภาระชน

4ความน่าเชื่อถือหลายชั้น

ฟังก์ชันการควบคุมที่ซับซ้อนต้องการโครงสร้าง PCB ที่ซับซ้อน

• 4 หน่วย 8 ชั้น: การปรับปรุงรูปแบบชั้นให้แตกต่างกัน แรงไฟฟ้า, แผ่นดิน, และเส้นทางสัญญาณ, ลดการสับสน.
• การตั้งพื้นที่ทางกลยุทธ์: การตั้งพื้นฐานดาวและการแยกพื้นที่พื้นดิน ลดการกระจายเสียงเสียงระหว่างองค์ประกอบที่รู้สึกได้น้อยที่สุด

ตารางที่ 1: สภาพการทํางานแบบของหน่วยควบคุม

ความ ท้าทาย ใน การ ผลิต

การผลิต PCB สําหรับระบบควบคุมรถยนต์มีอุปสรรคทางเทคนิคพิเศษ

• ความสมบูรณ์แบบของสัญญาณ VS การจัดการพลังงาน: การบูรณาการแบบดิจิทัล (สัญญาณควบคุม) อานาล็อก (ข้อมูลเข้าของเซ็นเซอร์) และวงจรพลังงานบน PCB เดียวต้องการการแบ่งแยกอย่างรอบคอบเพื่อหลีกเลี่ยงการแทรกแซงระหว่างองค์ประกอบพลังงานสูงและความดันต่ํา
• ความต้านทานการสั่น: โบรดหนา (1.6 ~ 2.4 มม) ที่มีสารใยแก้วสูงจําเป็นที่จะทนต่อการสั่นสั่นต่อเนื่อง แต่สิ่งนี้เพิ่มความซับซ้อนในการผลิตในการเจาะและการละลาย
• การดําเนินการออกแบบที่ไม่จําเป็น: วงจรความปลอดภัยแบบสองชั้นและการวางส่วนประกอบในระยะ paralel ต้องการการปรับตรงอย่างแม่นยําระหว่างการผลิต ด้วยความอนุญาตที่เข้มงวด เพื่อให้แน่ใจว่าเส้นทางที่เหลือใช้ทั้งสองเส้นทางจะทํางานเหมือนกัน

ตารางที่ 2: โครงสร้างชั้น PCB สําหรับโมดูลควบคุมยาน

แนวโน้มในอนาคต

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยี EV กําลังขับเคลื่อนการพัฒนาในระบบควบคุม PCB:

• หน่วยควบคุมที่ใช้ AI: การบูรณาการพลังงานคอมพิวเตอร์เพิ่มขึ้น โดยมี PCB รองรับโปรเซสเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสําหรับการวิเคราะห์ข้อมูลในเวลาจริงและอัลการิทึมการควบคุมที่ปรับตัว
• การบูรณาการตัวควบคุมโดเมน: การรวม ECUs/VCU มากมายเข้าในบอร์ดที่มีประสิทธิภาพสูงน้อยกว่าจะลดความซับซ้อนของสายไฟ, จําเป็นต้องมี PCB ที่มีจํานวนชั้นสูงกว่า (10-12 ชั้น) และการนําสัญญาณที่ก้าวหน้า
• วัสดุที่ทันสมัย: การนํา Laminates Tg สูง (≥ 180 °C) ปรับปรุงความมั่นคงทางอุณหภูมิ, ในขณะที่เคลือบที่สอดคล้องกับเพิ่มความทนทานต่อความชื้นและสารเคมีในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง.

ตารางที่ 3: ความต้องการความปลอดภัยของ ISO 26262 กับกลยุทธ์ PCB

สรุป

ระบบควบคุมรถยนต์ต้องการความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือจากการออกแบบ PCB ที่ไม่ยอมแพ้ โดยความสอดคล้องกับ ISO 26262 เป็นความต้องการพื้นฐานสั่นสะเทือนเมื่อเทคโนโลยี EV ขยายความก้าวหน้า PCB ระบบควบคุมในอนาคตจะมีการบูรณาการสูงกว่าและวัสดุที่ทันสมัย, การันตีว่าพวกเขายังคงเป็นกระดูกสันหลังสําคัญของการเคลื่อนไหวไฟฟ้าที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ