Les exigences pour les circuits imprimés dans les systèmes électroniques automobiles (6) Systèmes de sécurité et de surveillance

Introduction au projet

Les systèmes de sécurité et de surveillance constituent l'épine dorsale protectrice des véhicules électriques, protégeant directement les passagers et renforçant la sécurité des véhicules.Ces systèmes critiques comprennent les unités de contrôle des airbags (ACU), les systèmes de surveillance de la pression des pneus (TPMS), les capteurs de collision et les unités de détection des occupants, qui reposent tous sur une réactivité instantanée et une fiabilité inébranlable.Dans les applications critiques pour la sécurité, même des défaillances mineures de PCB peuvent avoir des conséquences catastrophiques, rendant les normes de conception et de fabrication de PCB exceptionnellement strictes.défis de fabrication, ainsi que les tendances émergentes des systèmes de sécurité et de surveillance des véhicules électriques, en soulignant leur rôle dans l'assurance d'expériences de conduite sûres.

Vue d' ensemble du système

Les systèmes de sécurité et de surveillance des véhicules électriques englobent une gamme de modules, chacun conçu pour détecter les dangers et déclencher des réponses de protection:

• Unité de commande de coussin d'air: agit comme le centre central pour la réponse aux collisions, traitant les données des accéléromètres et des capteurs d'impact pour déployer les airbags dans les millisecondes suivant une collision.
• Système de surveillance de la pression des pneus (TPMS): surveille en permanence la pression et la température des pneus, alertant le conducteur des fuites ou du sur-inflationnement pour prévenir les surtensions et améliorer l'efficacité énergétique.
• Capteurs de collision: déployée à travers le véhicule (avant, arrière et sur les côtés) pour détecter les chocs ou les collisions potentielles, déclenchant des mesures de sécurité telles que le prétensionnement de la ceinture de sécurité ou le freinage d'urgence.
• Unités de détection des occupants: Utiliser des capteurs de poids et une technologie capacitive pour détecter la présence et la position des passagers, optimiser la force de déploiement des airbags et éviter une activation inutile.
• Fermetures de porte intelligentes: Intégrer avec les systèmes de sécurité du véhicule pour empêcher l'accès non autorisé, en utilisant des capteurs RFID ou biométriques pour une protection renforcée.

Exigences en matière de conception des PCB

Les PCB du système de sécurité et de surveillance doivent satisfaire à des critères de conception stricts pour assurer un fonctionnement sûr:

1Extrême fiabilité

La réactivité instantanée n'est pas négociable dans les systèmes de sécurité, exigeant des PCB conçus pour une latence zéro:

• Réponse au niveau des millisecondes: les unités de contrôle de l'air nécessitent des PCB avec des délais de propagation du signal minimes, garantissant le déploiement des airbags dans les 20 à 30 millisecondes après l'impact.
• Pistes critiques redondantes: les traces et composants en double pour les circuits vitaux (par exemple, les entrées des capteurs de collision) empêchent les pannes à un seul point de désactiver le système.

2. miniaturisation

Les contraintes d'espace dans les emplacements de montage (par exemple, puits de roues pour TPMS, panneaux de porte pour capteurs) conduisent au besoin de conceptions compactes:

• PCB rigides et flexibles: Le TPMS et les capteurs embarqués utilisent des substrats rigides et flexibles pour s'adapter aux espaces serrés, combinant des sections rigides pour le montage des composants avec des sections flexibles pour la résistance aux vibrations.
• Layouts à haute densité: Les composants miniaturisés (par exemple, les paquets 01005) et le routage à haute précision permettent des fonctionnalités complexes dans les circuits imprimés à grande échelle.

3. Faible consommation d'énergie

De nombreux systèmes de surveillance (par exemple, TPMS) reposent sur des batteries, ce qui nécessite des PCB optimisés pour l'efficacité énergétique:

• Intégration de composants à faible consommation: Sélection de microcontrôleurs et de capteurs à courant de veille ultra-faible pour prolonger la durée de vie de la batterie (généralement 5 à 7 ans pour le TPMS).
• Circuits de gestion de l'alimentation: Les régulateurs de tension efficaces et la fonction de veille réduisent la consommation d'énergie pendant les périodes d'inactivité.

Tableau 1: Modules de sécurité et exigences en matière de PCB

Les défis de la fabrication

La production de PCB pour les systèmes de sécurité comporte des obstacles techniques uniques, motivés par le besoin de fiabilité:

• Faiblesse de la rigidité: Les sections flexibles doivent résister à > 10 000 cycles de flex sans fissuration ou fatigue des conducteurs, ce qui nécessite un choix précis des matériaux (par exemple,les substrats de polyimide) et les procédés de stratification contrôlés.
• Assemblage de composants miniaturisés: La soudure de paquets 01005 (0,4 mm × 0,2 mm) nécessite un équipement SMT avancé avec une précision de placement de ± 25 μm pour éviter les ponts ou les joints à froid.
• Tests de conformité: les PCB doivent être soumis à des normes de certification rigoureuses, notamment AEC-Q200 (pour les composants passifs) et ISO 26262 (sécurité fonctionnelle), incluant le cycle thermique, les essais d'humidité,et le dépistage des contraintes vibratoires.

Tableau 2: Normes de fiabilité des PCB pour les systèmes de sécurité

Les tendances à venir

Les progrès de la technologie de sécurité conduisent à l'évolution de la conception des circuits imprimés pour les systèmes de surveillance:

• Fusion des capteurs: Intégration de données provenant de plusieurs capteurs (par exemple, caméras, radar et ultrasons) sur un seul PCB pour améliorer la précision de la détection des dangers, nécessitant des bus de données à grande vitesse et un traitement avancé du signal.
• Systèmes de sécurité sans fil: éliminer les connexions filaires dans le TPMS et les capteurs de collision grâce à l'intégration avec les modules de communication V2X (Vehicle-to-Everything),exigeant des performances RF optimisées et des protocoles sans fil à faible consommation.
• Matériaux extrêmement fiables: Adoption de stratifiés à haute Tg (≥180°C) avec une faible absorption d'humidité pour améliorer la durabilité dans des environnements difficiles, réduisant les risques de défaillance à long terme.

Tableau 3: Paramètres de conception des PCB pour les modules de sécurité

Conclusion

Les systèmes de sécurité et de surveillance représentent le plus haut niveau de fiabilité des PCB dans les véhicules électriques, ce qui nécessite des conceptions qui donnent la priorité à la réponse instantanée, à la miniaturisation,et la conformité avec les normes automobiles strictesDe PCB rigides et flexibles permettant des modules TPMS compacts à des circuits redondants assurant la fonctionnalité ACU, ces cartes sont essentielles à la protection des passagers.Les futurs PCB intégreront la fusion des capteurs, la connectivité sans fil et les matériaux de pointe, renforçant encore leur rôle de fondement de la sécurité automobile.Les constructeurs qui maîtrisent ces technologies continueront de définir la référence pour une mobilité électrique sûre.