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

Introduction

Les systèmes de sécurité et de surveillance constituent l'épine dorsale protectrice des véhicules électriques (VE), protégeant directement les passagers et améliorant la sécurité du véhicule. 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 sans faille. Dans les applications critiques pour la sécurité, même de petites défaillances des PCB peuvent avoir des conséquences catastrophiques, ce qui rend les normes de conception et de fabrication des PCB exceptionnellement strictes. Cet article explore les exigences spécifiques des PCB, les défis de fabrication et les tendances émergentes dans les systèmes de sécurité et de surveillance des VE, en soulignant leur rôle pour garantir des expériences de conduite sûres.

Aperçu du système

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

• Unité de contrôle des airbags (ACU): Agit comme le centre de contrôle des réactions en cas de collision, traitant les données des accéléromètres et des capteurs d'impact pour déployer les airbags en quelques millisecondes après une collision.

• Système de surveillance de la pression des pneus (TPMS): Surveille en permanence la pression et la température des pneus, alertant les conducteurs en cas de fuites ou de surgonflage afin d'éviter les éclatements et d'améliorer le rendement énergétique.

• Capteurs de collision: Déployés dans tout le véhicule (avant, arrière et côtés) pour détecter les impacts ou les collisions potentielles, déclenchant des mesures de sécurité telles que la précontrainte des ceintures de sécurité ou le freinage d'urgence.

• Unités de détection des occupants: Utilisent des capteurs de poids et la technologie capacitive pour détecter la présence et la position des passagers, optimisant la force de déploiement des airbags et évitant les activations inutiles.

• Verrous de porte intelligents: S'intègrent aux systèmes de sécurité du véhicule pour empêcher tout accès non autorisé, en utilisant des capteurs RFID ou biométriques pour une protection renforcée.

Exigences de conception des PCB

Les PCB des systèmes de sécurité et de surveillance doivent répondre à des critères de conception précis pour garantir un fonctionnement à sécurité intégrée :

1. Fiabilité extrême

La réactivité instantanée est non négociable dans les systèmes de sécurité, exigeant des PCB conçus pour une latence nulle :

• Réponse au niveau de la milliseconde: Les ACU nécessitent des PCB avec des délais de propagation du signal minimaux, garantissant le déploiement des airbags dans les 20 à 30 millisecondes suivant l'impact.

• Chemins critiques redondants: Les traces et les composants en double pour les circuits vitaux (par exemple, les entrées des capteurs de collision) empêchent les défaillances ponctuelles de désactiver le système.

2. Miniaturisation

Les contraintes d'espace dans les emplacements de montage (par exemple, les passages de roue pour les TPMS, les panneaux de porte pour les capteurs) entraînent la nécessité de conceptions compactes :

• PCB rigides-flexibles: Les TPMS et les capteurs en cabine utilisent des substrats rigides-flexibles pour s'adapter aux espaces restreints, combinant des sections rigides pour le montage des composants avec des sections flexibles pour la résistance aux vibrations.

• Dispositions à haute densité: Les composants miniaturisés (par exemple, les boîtiers 01005) et le routage à pas fin permettent une fonctionnalité complexe dans des PCB de la taille d'une 巴掌大小的 paume.

3. Faible consommation d'énergie

De nombreux systèmes de surveillance (par exemple, les 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 avec un courant de veille ultra-faible pour prolonger la durée de vie de la batterie (généralement 5 à 7 ans pour les TPMS).

• Circuits de gestion de l'alimentation: Des régulateurs de tension efficaces et une fonctionnalité de mode veille minimisent la consommation d'énergie pendant les périodes d'inactivité.

Tableau 1 : Modules de sécurité et exigences des PCB

Défis de fabrication

La production de PCB pour les systèmes de sécurité implique des obstacles techniques uniques, motivés par la nécessité de fiabilité :

• Fiabilité rigide-flexible: Les sections flexibles doivent résister à > 10 000 cycles de flexion sans fissuration des traces ni fatigue des conducteurs, ce qui nécessite une sélection précise des matériaux (par exemple, des substrats en polyimide) et des processus de stratification contrôlés.

• Assemblage de composants miniaturisés: La soudure des boîtiers 01005 (0,4 mm × 0,2 mm) exige des équipements SMT avancés avec une précision de placement de ± 25 µm pour éviter les ponts ou les joints froids.

• Tests de conformité: Les PCB doivent passer des normes de certification rigoureuses, notamment AEC-Q200 (pour les composants passifs) et ISO 26262 (sécurité fonctionnelle), impliquant des cycles thermiques, des tests d'humidité et un criblage des contraintes de vibration.

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

Tendances futures

Les progrès de la technologie de sécurité stimulent l'évolution de la conception des PCB pour les systèmes de surveillance :

• Fusion de capteurs: Intégration des données de plusieurs capteurs (par exemple, caméras, radars et ultrasons) sur un seul PCB pour améliorer la précision de la détection des dangers, nécessitant des bus de données à haut débit et un traitement de signal avancé.

• Systèmes de sécurité sans fil: Élimination des connexions filaires dans les 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 ultra-fiables: Adoption de stratifiés à Tg élevée (≥ 180 °C) avec une faible absorption d'humidité pour améliorer la durabilité dans les 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 VE, nécessitant des conceptions qui privilégient la réponse instantanée, la miniaturisation et la conformité aux normes automobiles strictes. Des PCB rigides-flexibles permettant des modules TPMS compacts aux circuits redondants assurant la fonctionnalité ACU, ces cartes sont essentielles à la protection des passagers. À mesure que la technologie de sécurité des VE progresse, les futurs PCB intégreront la fusion de capteurs, la connectivité sans fil et des matériaux avancés, renforçant encore leur rôle en tant que fondement de la sécurité automobile. Les fabricants qui maîtrisent ces technologies continueront de définir la référence en matière de mobilité électrique sûre.