Wie selbstfahrende Autos funktionieren: Die Rolle der PCB-Technologie

Einführung

Einem Bericht zufolge entwickelt Tesla selbstfahrende Autos. Sein Robotaxi soll 2026 in Produktion gehen und 2027 in Serie produziert werden. Wenn das FSD für das Model 3/Y im ersten Quartal 2025 in China und Europa zugelassen wird, wird es das erste unbemannte Fahren erleben und zum Taxi werden. Andere Hersteller von Fahrzeugen mit neuer Energie haben ähnliche Programme gestartet, darunter Huawei ADS 4.0 und Xiaopeng.

Darüber hinaus steigt mit der zunehmenden Elektrifizierung des Automobils auch die Menge der Leiterplatten, HDI, flexible Platten, Mehrschichtplatten und andere Segmente haben ihre eigenen Anwendungsszenarien und Entwicklungsmerkmale im Bereich der Automobilelektronik.

FS TechnikDie Fortschritte in der Leiterplattentechnologie verändern auch die Art und Weise, wie Automobilhersteller selbstfahrende Fahrzeuge entwickeln, vom Bau von Testfahrzeugen bis hin zum Prototyping.

Bitte Nehmen Sie Kontakt mit uns auf so schnell wie möglich, wenn Sie Fragen zu folgenden Themen haben PCB-Herstellung und PCBA-bezogene Dienstleistungen für die Automobilbranche. Wir legen stets großen Wert auf DIE STANDARDS DER AUTOMOTIVE PCB. Außerdem erfüllen wir alle folgenden Normen für Leiterplatten im Automobilbereich:

Herstellung und Montage von Leiterplatten für die Automobilindustrie

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Selbstfahrende Autos verstehen

Selbstfahrende Autos, gemeinhin als autonome Fahrzeuge (AVs) oder fahrerlose Autos bekannt, verändern allmählich die Art, wie wir reisen. Sie sind in der Lage, Fahraufgaben von Anfang bis Ende ohne menschliche Interaktion auszuführen.

Selbstfahrende Fahrzeuge arbeiten, indem sie Daten aus ihrer Umgebung in Relation zu den Onboard-Systemen der Motoren, die die Bewegung steuern, erhalten und in Echtzeit entscheiden, welche Aktion sie ausführen sollen.

Die Society of Automotive Engineers hat die Autonomie von Fahrzeugen in 6 Stufen eingeteilt, die von Stufe 0, d.h. keinerlei Autonomie, bis zu Stufe 5, d.h. ultimative oder vollständige Automatisierung, reichen. Diese Klassifizierung hilft dabei, die technologischen Meilensteine der Entwicklung des autonomen Fahrens zu umreißen.

Komponenten von selbstfahrenden Autos

Die Bereitstellung der notwendigen elektrischen Verbindungen und Unterstützung für eine Vielzahl von Komponenten wie Sensoren, Prozessoren, Kommunikationsmodule und Stromversorgungssysteme wird durch Leiterplatten ermöglicht, die eine wesentliche Komponente für das Funktionieren von selbstgesteuerten Fahrzeugen sind. Die folgenden Komponenten gelten als Kernstücke dieser Technologie:

Sensoren und Kameras

Eine Vielzahl von Sensoren und Kameras wird benötigt, um die Umgebung in selbstfahrenden Fahrzeugen zu beobachten. Diese Geräte können Daten über die Umgebung in Bezug auf die Position anderer Autos, die Anwesenheit von Menschen, Ampeln und Straßen erfassen.

Diese Geräte sammeln Daten über die Umgebung in Form der Position anderer Autos und der Anzahl von Personen, das Vorhandensein von Ampeln und einfach die Straßen im Kontext. Zu den wichtigsten Arten von Sensoren gehören:

Kameras: Hochauflösende Kameras werden in verschiedenen Winkeln eingesetzt, um die Sichtbarkeit von Hindernissen, das Lesen von Straßenschildern und die Erkennung von Fahrspuren zu gewährleisten.
Ultraschall-Sensoren: Dies sind Sensoren mit geringer Reichweite, die zum Einparken und zur Erkennung anderer Objekte in der Nähe verwendet werden.
Radar und LIDAR(in Nicht-Tesla-Fahrzeugen): Radar ist in der Lage, die Entfernung zu messen und die Geschwindigkeit zu schätzen, indem es Radiowellen aussendet, während LIDAR Laserstrahlung verwendet, um eine Geländekarte zu erstellen. Tesla hingegen hat fortschrittlichere Methoden entwickelt, die keine der beiden Technologien nutzen, sondern sich ausschließlich auf das Sehen verlassen.

Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen

KI ist das Rückgrat aller sich bewegenden automatisierten Fahrzeugtechnologien. In selbstfahrenden Autos sind Systeme der künstlichen Intelligenz eingebaut, die die Eingaben der Sensoren und Kameras verarbeiten, um die "Welt" um sie herum zu erkennen. Das KI-System muss:

Erkennen und überwachen Sie Objekte in der Umgebung, insbesondere motorisierte Kunden und Fußgänger.
Antizipieren Sie, wie sich Autofahrer und Fußgänger in der gleichen Gegend verhalten werden, um aus dem Weg zu gehen.
Szenarien, die das Muskelgedächtnis und schnelle Reaktionen erfordern, wie z.B. das Betätigen des Gas- oder Bremspedals.

Zentrale Steuereinheiten

In den heutigen selbstfahrenden Autos ist die wichtigste Komponente die zentrale Steuereinheit, die das Fahren, Beschleunigen und Bremsen koordiniert, nachdem sie die Informationen von verschiedenen Sensoren und AI Systeme.

Dieses Gerät verbindet und integriert alles dank Printed Circuit Boards, die die Hochgeschwindigkeitsübertragung von Daten zwischen den Systemen ermöglichen.

Die zentrale Steuereinheit muss für sicherheitskritische Systeme zuständig sein, bei denen es auch bei einem Ausfall der KI möglich sein sollte, das Fahrzeug sicher zu steuern. Diese Art von Systemen ist in hohem Maße zeitabhängig. Daher werden in autonomen Fahrzeugen fortschrittliche Computerhardware und unglaublich zuverlässige Leiterplatten benötigt.

Selbstfahrende Autos verstehen PCB

Wir wissen bereits, was AVs sind. Lassen Sie uns das fahrerlose PCB näher betrachten.

Leiterplatten für selbstfahrende Autos sind das Rückgrat dieser Fahrzeuge. Sie verbinden und integrieren Sensoren, Kameras, Radargeräte, Steuereinheiten usw., um Daten zu verarbeiten, Entscheidungen zu treffen und das Fahrzeug zu steuern, um verschiedene Funktionen auszuführen und die Fahrzeugsicherheit zu gewährleisten.

Nachfolgend finden Sie einen detaillierten Überblick über die Kernkomponenten von selbstfahrenden Autos, die FS Technik für selbstfahrende Autos in der Leiterplattenherstellung und Montage.

Strategien für selbstfahrende Autos PCB Montage

Für die Leiterplattenbestückung in der Automobilelektronik ist es notwendig, die richtige PCB-Material und ein spezielles Design, um die in den Verwendungsnormen festgelegten Anforderungen zu erfüllen und sicherzustellen, dass bei der Produktion keine Probleme auftreten. Daher müssen die folgenden grundlegenden Strategien befolgt werden.

Platzierung und Ausrichtung der Komponenten

Die Platzierung und Ausrichtung von Bauteilen spielt eine wichtige Rolle für die Zuverlässigkeit der Leiterplattenherstellung. Beim Wellenlöten zum Beispiel müssen die Komponenten parallel zur Wellenrichtung ausgerichtet werden, um Brückenlot oder offene Schaltkreise zu vermeiden.

Thermisches Energiemanagement

Die Dicke der Platinenausrichtung, die Anzahl der Lagen, die Kontinuität des Wärmepfads und die Oberfläche der Platine sind alles Faktoren, die das Klima der laufenden Komponenten beeinflussen. Wenn die Absorption 10mW oder der Strom 10mA übersteigt, müssen die Komponenten ordnungsgemäß thermisch verwaltet und mit Strom versorgt werden.

Sequenzierung der Komponenten

Platzieren Sie die feineren Komponenten zuerst, gefolgt von den kleineren Teilen. Außerdem müssen analoge oder hybride Komponenten in einem speziellen Bereich der Leiterplatte platziert werden, getrennt von ihren digitalen Komponenten.

DRC-Prinzip

Das DRC-Prinzip (Design Rule Check) für PCBAs für selbstfahrende Autos stellt sicher, dass das Leiterplattendesign die Regeln für die Herstellung und die Leistungsstandards erfüllt, einschließlich der Überprüfung, ob die Abstände zwischen den Schaltungselementen, die Ausrichtungsbreiten, die Größe der Öffnungen usw. innerhalb der Herstellungstoleranzen liegen. Dadurch werden potenzielle Fertigungsprobleme frühzeitig erkannt, die Kosten gesenkt und die Produktqualität verbessert.

Die Rolle von PCBs in autonomen Fahrzeugen

Computer, Automatisierungstechnik und autonome Fahrzeuge verwenden alle eine entscheidende Komponente, die als Leiterplatte bekannt ist. Sie dient dazu, verschiedene elektronische Systeme miteinander zu verbinden und zahlreiche Kommunikationsverbindungen zu ermöglichen. Die Hauptaufgabe von Leiterplatten in selbstfahrenden Autos ist die Verwaltung einer Vielzahl von Sensordaten und die Ausführung von Entscheidungen innerhalb von Millisekunden, um Sicherheit und Effektivität zu gewährleisten.

Hier sehen Sie, wie PCBs autonome Fahrzeuge antreiben:

Verlässlichkeit und Langlebigkeit

Leiterplatten für die Automobilindustrie müssen so robust sein, dass sie härteren Umgebungsbedingungen standhalten als Leiterplatten, die in anderen Anwendungen eingesetzt werden. Sie sind in der Regel hohen Temperaturen, Staub, Feuchtigkeit, versehentlichen Stößen (Stürzen) und Stromüberlastungen/Überspannungen ausgesetzt. Achten Sie bei der Entwicklung darauf, dass die Materialien und Gehäuse der Leiterplatten den für raue Umgebungen typischen thermischen Zuverlässigkeits- und Langzeittests standhalten.

Integration

Mit dem Wachstum der Branche für selbstfahrende Autos werden bisher unabhängige und unterschiedliche Systeme immer stärker integriert. Eine höhere Verarbeitungsleistung kann in Fahrzeugen erreicht werden, indem der Integration beim PCB-Design Vorrang eingeräumt wird. Dazu gehören Sensoren, elektronische Steuereinheiten (ECUs) und die verschiedenen elektromechanischen Systeme, die verschiedene Aspekte des selbstfahrenden Autos steuern.

Anforderungen an die Hardware-Schnittstelle

Selbstfahrende Autos sollten über Fähigkeiten verfügen, die über die des menschlichen Fahrers hinausgehen. Das bedeutet, dass der Bedarf an mehreren Hardware-Schnittstellen berücksichtigt werden muss, um sicherzustellen, dass das System in der Lage ist, im Falle des Ausfalls eines Steuergeräts dessen Funktionen von einem anderen Steuergerät übernehmen zu lassen, was den Einsatz von bordeigenen Netzwerken mit Mesh-Topologien zur Gewährleistung der Redundanz erfordert.

Lidar-Kühlung und Wärmemanagement

LIDAR- oder Radarsysteme in selbstfahrenden Autos erfordern Leiterplatten mit geringen Verlusten und hohen Frequenzeigenschaften. Darüber hinaus werden High Density Interconnect (HDI)-Designs immer wichtiger, da die Anzahl der Komponenten und Verbindungen zunimmt.

Architektur der Fahrzeugsteuerung

Elektronische Steuergeräte und verschiedene Systeme in selbstfahrenden Autos erfordern ein hohes Maß an Integration, um die Datenverarbeitung und die Ausführung von Echtzeitaufgaben wie die sofortige Objekterkennung, die Kommunikation über selbstorganisierende Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Netzwerke (VANETs) usw. zu ermöglichen.

Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung

Leiterplatten dienen auch dazu, Informationen mit der erforderlichen Geschwindigkeit zu empfangen und zu senden. Sensoren ermöglichen die Erfassung von Informationen, die an verschiedene Teile des Fahrzeugs weitergeleitet werden. Bei steilen und engen Verhältnissen benötigt das Fahrzeug Kameras und Steuereinheiten, die effektiv funktionieren, um zuverlässig und ausreichend reagieren zu können.

Unterschiede zwischen PCBs für selbstfahrende Autos und PCBs für Automobile

Da die Technologie fortschreitet und die Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit steigen, ist das Design von Leiterplatten für selbstfahrende Autos in vielerlei Hinsicht einzigartig und komplex.

Die Hauptunterschiede zwischen Leiterplatten für selbstfahrende Autos und allgemeinen Automobil-Leiterplatten liegen in der höheren technischen Komplexität, den Anforderungen an Integration, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit sowie der gestiegenen Nachfrage nach Hochleistungsmaterialien, EMC, mehrlagige Leiterplatten und die Verwendung von HDI. Darüber hinaus müssen Leiterplatten für selbstfahrende Autos mehr Sensoren und Steuerungen integrieren und höhere Standards für Umweltschutz und Energieeffizienz erfüllen.

Die Tabelle unten zeigt die wichtigsten Unterschiede:

Merkmal	Autonomes Fahrzeug PCB	Konventionelle Fahrzeug-PCB
Komplexität	Hochkomplex, integriert mehrere Sensoren und Aktoren, unterstützt fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS)	Relativ geringe Komplexität, unterstützt hauptsächlich grundlegende elektronische Systeme des Fahrzeugs
Geschwindigkeit der Datenübertragung	Erfordert Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung, um große Mengen an Sensordaten zu verarbeiten	Geringere Anforderungen an die Geschwindigkeit der Datenübertragung
Anzahl und Dichte der Schichten	Mehrschichtige Leiterplatten, HDI-Leiterplatten, Verdrahtung mit hoher Dichte	Weniger Schichten, geringere Dichte
Materialien und Umweltbeständigkeit	Muss extremeren Temperaturen, Feuchtigkeit, Vibrationen und chemischer Korrosion standhalten	Geringere Anforderungen an die Umweltverträglichkeit
Verlässlichkeit und Langlebigkeit	Höhere Anforderungen, da autonome Fahrfunktionen entscheidend für die Sicherheit sind	Geringere Anforderungen an Zuverlässigkeit und Haltbarkeit
Elektromagnetische Kompatibilität	Höhere Anforderungen durch die Zunahme von Sensoren und Kommunikationsgeräten	Geringere Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit
Integration von Sensoren	Integriert eine größere Vielfalt und Anzahl von Sensoren, wie z.B. Kameras, Radar, LiDAR	Weniger Sensorintegrationen
Intelligente Cockpit-Funktionen	Unterstützt komplexere Smart-Cockpit-Funktionen, wie Multimedia, Internet-Konnektivität	Weniger oder keine intelligenten Cockpit-Funktionen
Module für vernetzte Fahrzeuge	Erfordert Unterstützung für vernetzte Fahrzeugmodule für Hochgeschwindigkeitskommunikation und Datenübertragung	Unterstützt möglicherweise keine grundlegenden Funktionen des vernetzten Fahrzeugs.
Wert	Höherer Wert, insbesondere für Domain Controller PCBs	Niedrigerer Wert
Wachstumspotenzial	Starkes Wachstumspotenzial für HDI-Boards, mit einem CAGR von 16,5% erwartet	Geringeres Wachstumspotenzial

Die Zukunft der selbstfahrenden Fahrzeuge

Schätzungen zufolge wird bis 2030 eines von 10 Autos auf der Welt selbstfahrend sein. Dieses Wachstum treibt nicht nur das Wachstum von mehrschichtigen PCBS an, sondern auch die Zunahme der elektronischen Inhalte in Fahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen (EVs) und fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS). Mit den Fortschritten in der Technologie des autonomen Fahrens und den zunehmenden Investitionen steigt die Nachfrage nach leistungsstarken und zuverlässigen PCBS im Bereich der autonomen Fahrzeuge weiter an.

Kommerzielle Anwendungen

Der Ride-Hailing-Sektor wird sich mit der Einführung von Teslas Robotaxi, das zahlreiche Fortschritte in der Mobilität integriert und praktisch fahrerlos ist, verändern. Bei einem geschätzten Preis von etwa $0,20 pro Meile wird Teslas fortschrittliches Taxisystem den Stadtverkehr wahrscheinlich zum Besseren verändern und ihn qualitativ hochwertiger und einfacher machen

Technologische Herausforderungen

Trotz der erzielten Fortschritte ist es noch ein weiter Weg bis zur vollständigen Autonomie. Ungeachtet der ständigen Verbesserungen hat das Full Self-Driving-System von Tesla das unregulierte Fahren noch nicht erreicht. Konkurrenten wie Waymo und Cruise sind beim Einsatz von autonomen Fahrzeugen, die über Geo-Fencing-Technologie ferngesteuert werden, derzeit weit voraus.

Ein großer Teil der KI-, Sensor- und Hardware-Entwicklung ist relevant für Teslas Ziel der totalen Sicherheit, die völlig autonom ist. Auch in dieser Hinsicht, PCB Die Fertigung wird der Schlüssel sein, um solche allgemeinen Fortschritte durch schnellere Datenverarbeitung und sicherere Fahrzeugsystemkommunikation zu unterstützen.

Fazit

Innovation und Integration der Leiterplattentechnologie sind für die Entwicklung selbstfahrender Autos unerlässlich. Leiterplattenhersteller spielen eine wichtige Rolle in der Automobilindustrie, da selbstfahrende Autos immer intelligenter und umweltfreundlicher werden. Leiterplatten werden in modernen Autos immer häufiger für alles verwendet, von Unterhaltungs- bis zu Sicherheitssystemen. Sie bieten nicht nur elektrische Verbindungen und mechanische Unterstützung, sondern erfüllen auch unsere Erwartungen an Komfort, Sicherheit und Kommunikation. Wir gehen davon aus, dass selbstfahrende Autos die Art und Weise, wie wir uns in Zukunft fortbewegen, im Zuge der technologischen Entwicklung verändern werden.

Für die Leiterplattenbestückung in der Automobilindustrie können Sie FS Tech als Ihren Partner wählen. FS bietet seit über einem Jahrzehnt industrielle PCB-Lösungen an. Für Ihre PCB-Projekte verfügen wir über die umfassendste Ausrüstung und ein engagiertes Team. Sind Sie daran interessiert, mehr über die Produktion und Montage von Leiterplatten zu erfahren? Kontaktieren Sie uns oder schicken Sie uns eine E-Mail, um sofort loszulegen!

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