ข้อกำหนดสำหรับแผงวงจรพิมพ์ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ (6) ระบบความปลอดภัยและการตรวจสอบ

บทนำ

ระบบความปลอดภัยและการตรวจสอบเป็นกระดูกสันหลังในการป้องกันของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ซึ่งช่วยปกป้องผู้โดยสารและเพิ่มความปลอดภัยของรถยนต์โดยตรง ระบบที่สำคัญเหล่านี้ ได้แก่ หน่วยควบคุมถุงลมนิรภัย (ACU), ระบบตรวจสอบแรงดันลมยาง (TPMS), เซ็นเซอร์ตรวจจับการชน และหน่วยตรวจจับผู้โดยสาร ซึ่งทั้งหมดนี้ต้องอาศัยการตอบสนองในทันทีและความน่าเชื่อถือที่ไม่เปลี่ยนแปลง ในแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย แม้แต่ความล้มเหลวของ PCB เล็กน้อยก็อาจส่งผลกระทบหายนะได้ ทำให้มาตรฐานการออกแบบและการผลิต PCB เข้มงวดเป็นพิเศษ บทความนี้จะสำรวจข้อกำหนด PCB เฉพาะ ความท้าทายในการผลิต และแนวโน้มที่เกิดขึ้นใหม่ในระบบความปลอดภัยและการตรวจสอบ EV โดยเน้นบทบาทในการสร้างความมั่นใจในประสบการณ์การขับขี่ที่ปลอดภัย

ภาพรวมของระบบ

ระบบความปลอดภัยและการตรวจสอบ EV ครอบคลุมโมดูลต่างๆ ซึ่งแต่ละโมดูลได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจจับอันตรายและกระตุ้นการตอบสนองในการป้องกัน:

• หน่วยควบคุมถุงลมนิรภัย (ACU): ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางสำหรับการตอบสนองต่อการชน ประมวลผลข้อมูลจากมาตรวัดความเร่งและเซ็นเซอร์ตรวจจับแรงกระแทกเพื่อปรับใช้ถุงลมนิรภัยภายในไม่กี่มิลลิวินาทีหลังจากการชน

• ระบบตรวจสอบแรงดันลมยาง (TPMS): ตรวจสอบแรงดันลมยางและอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง แจ้งเตือนผู้ขับขี่ถึงการรั่วไหลหรือการเติมลมมากเกินไปเพื่อป้องกันการระเบิดและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง

• เซ็นเซอร์ตรวจจับการชน: ติดตั้งทั่วทั้งรถ (ด้านหน้า ด้านหลัง และด้านข้าง) เพื่อตรวจจับแรงกระแทกหรือการชนที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งจะกระตุ้นมาตรการด้านความปลอดภัย เช่น การดึงเข็มขัดนิรภัยล่วงหน้าหรือการเบรกฉุกเฉิน

• หน่วยตรวจจับผู้โดยสาร: ใช้เซ็นเซอร์วัดน้ำหนักและเทคโนโลยี capacitive เพื่อตรวจจับการมีอยู่และตำแหน่งของผู้โดยสาร ปรับการใช้แรงของถุงลมนิรภัยให้เหมาะสม และป้องกันการเปิดใช้งานที่ไม่จำเป็น

• ระบบล็อคประตูอัจฉริยะ: ผสานรวมกับระบบรักษาความปลอดภัยของรถยนต์เพื่อป้องกันการเข้าถึงโดยไม่ได้รับอนุญาต โดยใช้ RFID หรือเซ็นเซอร์ไบโอเมตริกซ์เพื่อเพิ่มการป้องกัน

ข้อกำหนดการออกแบบ PCB

PCB ระบบความปลอดภัยและการตรวจสอบต้องเป็นไปตามเกณฑ์การออกแบบที่เข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในการทำงานที่ปลอดภัย:

1. ความน่าเชื่อถือสูงสุด

การตอบสนองในทันทีเป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้ในระบบความปลอดภัย ซึ่งต้องใช้ PCB ที่ออกแบบมาเพื่อความหน่วงเป็นศูนย์:

• การตอบสนองในระดับมิลลิวินาที: ACU ต้องการ PCB ที่มีความล่าช้าในการแพร่กระจายสัญญาณน้อยที่สุด เพื่อให้มั่นใจว่าถุงลมนิรภัยจะทำงานภายใน 20–30 มิลลิวินาทีหลังเกิดการกระแทก

• เส้นทางวิกฤตที่ซ้ำซ้อน: ร่องรอยและส่วนประกอบที่ซ้ำกันสำหรับวงจรที่สำคัญ (เช่น อินพุตเซ็นเซอร์ตรวจจับการชน) ป้องกันความล้มเหลวจุดเดียวจากการปิดใช้งานระบบ

2. การย่อขนาด

ข้อจำกัดด้านพื้นที่ในตำแหน่งการติดตั้ง (เช่น ช่องล้อสำหรับ TPMS แผงประตูสำหรับเซ็นเซอร์) ขับเคลื่อนความต้องการในการออกแบบที่กะทัดรัด:

• PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่น: TPMS และเซ็นเซอร์ในห้องโดยสารใช้ซับสเตรตแบบแข็ง-ยืดหยุ่นเพื่อให้สอดคล้องกับพื้นที่แคบ โดยรวมส่วนที่แข็งสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบเข้ากับส่วนที่ยืดหยุ่นเพื่อต้านทานการสั่นสะเทือน

• เลย์เอาต์ความหนาแน่นสูง: ส่วนประกอบขนาดเล็ก (เช่น แพ็คเกจ 01005) และการกำหนดเส้นทางแบบละเอียดช่วยให้สามารถทำงานที่ซับซ้อนได้ใน จากนั้วมือ PCB

3. การใช้พลังงานต่ำ

ระบบตรวจสอบจำนวนมาก (เช่น TPMS) อาศัยแบตเตอรี่ ซึ่งต้องใช้ PCB ที่ปรับให้เหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพการใช้พลังงาน:

• การรวมส่วนประกอบใช้พลังงานต่ำ: การเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์และเซ็นเซอร์ที่มีกระแสไฟสแตนด์บายต่ำเป็นพิเศษเพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ (โดยทั่วไป 5–7 ปีสำหรับ TPMS)

• วงจรการจัดการพลังงาน: ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าและฟังก์ชันโหมดสลีปที่มีประสิทธิภาพช่วยลดการใช้พลังงานในช่วงเวลาที่ไม่ได้ใช้งาน

ตารางที่ 1: โมดูลความปลอดภัยและข้อกำหนด PCB

ความท้าทายในการผลิต

การผลิต PCB สำหรับระบบความปลอดภัยเกี่ยวข้องกับอุปสรรคทางเทคนิคที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งขับเคลื่อนโดยความต้องการความน่าเชื่อถือ:

• ความน่าเชื่อถือแบบแข็ง-ยืดหยุ่น: ส่วนที่ยืดหยุ่นต้องทนต่อรอบการงอ >10,000 รอบโดยไม่มีรอยร้าวหรือความล้าของตัวนำ ซึ่งต้องใช้การเลือกวัสดุที่แม่นยำ (เช่น ซับสเตรตโพลีอิไมด์) และกระบวนการเคลือบที่ควบคุม

• การประกอบส่วนประกอบขนาดเล็ก: การบัดกรีแพ็คเกจ 01005 (0.4 มม. × 0.2 มม.) ต้องใช้อุปกรณ์ SMT ขั้นสูงที่มีความแม่นยำในการวาง ±25μm เพื่อหลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อหรือข้อต่อเย็น

• การทดสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนด: PCB ต้องผ่านมาตรฐานการรับรองที่เข้มงวด รวมถึง AEC-Q200 (สำหรับส่วนประกอบแบบพาสซีฟ) และ ISO 26262 (ความปลอดภัยในการทำงาน) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการหมุนเวียนความร้อน การทดสอบความชื้น และการคัดกรองความเครียดจากการสั่นสะเทือน

ตารางที่ 2: มาตรฐานความน่าเชื่อถือ PCB สำหรับระบบความปลอดภัย

แนวโน้มในอนาคต

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีความปลอดภัยกำลังขับเคลื่อนวิวัฒนาการในการออกแบบ PCB สำหรับระบบตรวจสอบ:

• การหลอมรวมเซ็นเซอร์: การรวมข้อมูลจากเซ็นเซอร์หลายตัว (เช่น กล้อง เรดาร์ และอัลตราโซนิก) ลงบน PCB เดียวเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการตรวจจับอันตราย ซึ่งต้องใช้บัสข้อมูลความเร็วสูงและการประมวลผลสัญญาณขั้นสูง

• ระบบความปลอดภัยแบบไร้สาย: การกำจัดสายเชื่อมต่อใน TPMS และเซ็นเซอร์ตรวจจับการชนผ่านการรวมเข้ากับโมดูลการสื่อสาร V2X (Vehicle-to-Everything) ซึ่งต้องใช้ประสิทธิภาพ RF ที่เหมาะสมที่สุดและโปรโตคอลไร้สายพลังงานต่ำ

• วัสดุที่เชื่อถือได้สูง: การนำลามิเนต Tg สูง (≥180°C) มาใช้พร้อมการดูดซับความชื้นต่ำเพื่อเพิ่มความทนทานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ลดความเสี่ยงต่อความล้มเหลวในระยะยาว

ตารางที่ 3: พารามิเตอร์การออกแบบ PCB สำหรับโมดูลความปลอดภัย

บทสรุป

ระบบความปลอดภัยและการตรวจสอบแสดงถึงมาตรฐานสูงสุดสำหรับความน่าเชื่อถือของ PCB ใน EV ซึ่งต้องใช้การออกแบบที่ให้ความสำคัญกับการตอบสนองในทันที การย่อขนาด และการปฏิบัติตามมาตรฐานยานยนต์ที่เข้มงวด ตั้งแต่ PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่นที่เปิดใช้งานโมดูล TPMS ขนาดกะทัดรัดไปจนถึงวงจรที่ซ้ำซ้อนที่รับประกันการทำงานของ ACU บอร์ดเหล่านี้มีความสำคัญต่อการปกป้องผู้โดยสาร ในขณะที่เทคโนโลยีความปลอดภัย EV ก้าวหน้า PCB ในอนาคตจะรวมการหลอมรวมเซ็นเซอร์ การเชื่อมต่อแบบไร้สาย และวัสดุขั้นสูง ซึ่งจะช่วยเสริมบทบาทในฐานะรากฐานของความปลอดภัยในยานยนต์ ผู้ผลิตที่เชี่ยวชาญเทคโนโลยีเหล่านี้จะยังคงกำหนดเกณฑ์มาตรฐานสำหรับความปลอดภัยในการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าต่อไป