Как работают самоуправляемые автомобили: Роль технологии печатных плат

Введение

В одном из отчетов говорится, что компания Tesla разрабатывает самоуправляемые автомобили. Ее Robotaxi должен быть запущен в производство в 2026 году, а в массовое производство - в 2027 году. Если FSD для Model 3/Y будет одобрен в Китае и Европе в 1 квартале 2025 года, то она станет первой, кто испытает беспилотное вождение и превратится в такси. Другие производители новых энергетических транспортных средств уже запустили подобные программы, включая Huawei ADS 4.0 и Xiaopeng.

Кроме того, в связи с углублением электрификации автомобилей растет и количество печатных плат, HDI, гибкие доски, многослойные платы и другие сегменты имеют свои собственные сценарии применения и особенности развития в области автомобильной электроники.

FS TechДостижения в области технологии печатных плат также меняют подход автопроизводителей к проектированию самоуправляемых автомобилей, начиная с создания тестовых автомобилей и заканчивая созданием прототипов.

Пожалуйста, Свяжитесь с нами как можно скорее, если у Вас есть какие-либо вопросы относительно Производство печатных плат и услуг, связанных с PCBA, для автомобильной промышленности. Мы всегда придаем большое значение СТАНДАРТАМ АВТОМОБИЛЬНАЯ ПЕЧАТЬ. Мы также отвечаем всем следующим стандартам для автомобильных печатных плат:

Производство и сборка автомобильных печатных плат

Нажмите здесь

Понимание самодвижущихся автомобилей

Самоуправляемые автомобили, широко известные как автономные транспортные средства (АВ) или автомобили без водителя, постепенно меняют наши представления о путешествиях. Они способны выполнять задачи по управлению автомобилем от начала до конца, не требуя участия человека.

Самостоятельно управляемые автомобили работают, получая данные от окружающей среды, относительно бортовых систем, управляющих движением, и решая в режиме реального времени, какое действие выполнить.

Общество автомобильных инженеров классифицировало автономность автомобилей на 6 уровней: от уровня 0, означающего полное отсутствие автономности, до уровня 5, означающего предельную или полную автоматизацию. Эта классификация помогает наметить технологические этапы развития автономного вождения.

Компоненты самоуправляемых автомобилей

Обеспечение необходимых электрических соединений и поддержки широкого спектра компонентов, таких как датчики, процессоры, модули связи и системы управления питанием, возможно благодаря печатным платам, которые являются важным компонентом в функционировании самоуправляемых автомобилей. Основными компонентами этой технологии считаются следующие:

Датчики и камеры

Для наблюдения за окружающей обстановкой в самоуправляемых автомобилях необходимы различные датчики и камеры. Эти устройства могут собирать данные об окружающей обстановке в виде положения других автомобилей, присутствия людей, светофоров и дорог.

Эти устройства собирают данные об окружающей среде в виде положения других автомобилей и количества людей, наличия светофоров и просто состояния дорог в контексте. К основным типам датчиков относятся:

Камеры: Камеры высокого разрешения используются под несколькими углами, чтобы обеспечить видимость препятствий, чтение дорожных знаков и распознавание полос движения.
Ультразвуковые датчики: Это датчики малого радиуса действия, которые используются для парковки и распознавания других близлежащих объектов.
Радар и LIDAR(в автомобилях, не принадлежащих компании Tesla): Радар способен измерять расстояние и оценивать скорость, излучая радиоволны, а LIDAR использует лазерное излучение для создания карты местности. С другой стороны, компания Tesla разработала более продвинутые методы, которые не используют ни одну из этих технологий, а их системы полагаются исключительно на зрение.

Искусственный интеллект и машинное обучение

ИИ - основа всех технологий движущихся автоматизированных автомобилей. В самодвижущиеся автомобили встроены системы искусственного интеллекта, которые обрабатывают данные, поступающие от датчиков и камер, чтобы увидеть "мир" вокруг себя. Система искусственного интеллекта должна:

Обнаружение и наблюдение за объектами вблизи, особенно за моторизованными клиентами и пешеходами.
Предвидьте, как будут вести себя водители и пешеходы, находящиеся в том же районе, чтобы не мешать.
Сценарии, требующие мышечной памяти и быстрой реакции, например, нажатие на педаль газа или тормоза.

Центральные блоки управления

В современных самоуправляемых автомобилях самым важным компонентом является центральный блок управления, который координирует движение, ускорение и торможение после объединения информации от различных датчиков и AI Системы.

Это устройство соединяет и интегрирует все благодаря печатным платам, которые обеспечивают высокоскоростную передачу данных между системами.

Центральный блок управления должен отвечать за системы, критически важные для безопасности, где в случае отказа ИИ должно быть возможно безопасное управление автомобилем. Такие системы в значительной степени зависят от времени, поэтому в автономных автомобилях необходимо передовое вычислительное оборудование и невероятно надежные печатные платы.

Понимание самодвижущихся автомобилей PCB

Мы уже знаем, что представляют собой аудио- и видеомобили. Давайте углубимся в тему PCB без водителя.

Печатные платы для самоуправляемых автомобилей являются основой этих машин, соединяя и интегрируя датчики, камеры, радары, блоки управления и т.д. для обработки данных, принятия решений и управления автомобилем для выполнения различных функций и обеспечения безопасности транспортного средства.

Имея представление о PCB самодвижущихся автомобилей, ниже мы подробно рассмотрим основные компоненты, которые FS Tech может обеспечить самодвижущиеся автомобили при производстве печатных плат и сборка.

Стратегии для самоуправляемых автомобилей Сборка печатных плат

Для сборки печатной платы автомобильной электроники необходимо выбрать правильный Материал печатной платы и специфический дизайн, отвечающий требованиям, указанным в стандартах использования, чтобы гарантировать отсутствие проблем в процессе производства. Поэтому необходимо придерживаться следующих основных стратегий.

Размещение и ориентация компонентов

Размещение и ориентация компонентов играют важную роль в надежности производства печатных плат. Например, когда используется пайка волной, компоненты должны быть ориентированы параллельно направлению волны, размещая мостики припоя или открытые цепи.

Управление тепловой мощностью

Толщина выравнивания платы, количество слоев, непрерывность теплового пути и поверхность платы - все эти факторы влияют на микроклимат работающих компонентов. Если поглощаемая мощность превышает 10 мВт или ток превышает 10 мА, компоненты должны быть правильно термостатированы и управляемы по мощности.

Последовательность компонентов

Размещайте сначала более мелкие компоненты, а затем более мелкие. Кроме того, аналоговые или гибридные компоненты должны быть размещены в специальной области печатной платы, отдельно от их цифровых компонентов.

Принцип DRC

Принцип DRC (Design Rule Check) для PCBA для самоуправляемых автомобилей гарантирует, что дизайн печатной платы соответствует правилам производства и стандартам производительности, включая проверку того, что расстояние между элементами схемы, ширина выравнивания, размеры отверстий и т.д. находятся в пределах производственных допусков. Это позволяет выявить потенциальные производственные проблемы на ранней стадии, снизить затраты и повысить качество продукции.

Роль печатных плат в автономных транспортных средствах

Компьютеры, технологии автоматизации и автономные транспортные средства - все они используют важнейший компонент, известный как печатная плата. Они служат для соединения различных электронных систем и облегчения многочисленных коммуникационных связей. Главная роль печатных плат в самоуправляемых автомобилях - управление данными многочисленных датчиков и принятие решений в течение миллисекунд, чтобы гарантировать безопасность и эффективность.

Вот как печатные платы питают автономные автомобили:

Надежность и долговечность

Автомобильные печатные платы должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать более жесткие условия эксплуатации, чем печатные платы, обычно используемые в других приложениях. Они обычно подвергаются воздействию высоких температур, пыли, влаги, случайных ударов (падений) и перегрузок/ скачков напряжения. При проектировании убедитесь, что материалы и корпуса печатных плат способны выдержать термическую надежность и длительные испытания, характерные для жестких условий эксплуатации.

Интеграция

По мере развития индустрии самоуправляемых автомобилей ранее независимые и разнообразные системы становятся все более интегрированными. Большей вычислительной мощности в автомобилях можно достичь, отдавая приоритет интеграции при разработке печатной платы, которая включает в себя датчики, электронные блоки управления (ЭБУ) и различные электромеханические системы, контролирующие различные аспекты работы самоуправляемых автомобилей.

Требования к аппаратному интерфейсу

Самоуправляемые автомобили должны обладать возможностями, превосходящими возможности водителя-человека. Это означает, что необходимо учитывать потребность в многочисленных аппаратных интерфейсах, чтобы гарантировать, что система способна заставить другой ЭБУ взять на себя его функции в случае выхода из строя одного ЭБУ, что требует использования бортовых сетей с ячеистой топологией для обеспечения избыточности.

Охлаждение и терморегулирование лидара

Системы LIDAR или радары в самоуправляемых автомобилях требуют печатных плат с низкими потерями и высокочастотными характеристиками. Кроме того, по мере увеличения количества компонентов и межсоединений все большее значение приобретают конструкции с высокой плотностью межсоединений (HDI).

Архитектура управления транспортным средством

Электронные блоки управления и различные системы в самоуправляемых автомобилях требуют высокой степени интеграции, чтобы обеспечить обработку данных и выполнение задач в реальном времени, таких как мгновенное распознавание объектов, связь по самоорганизующимся сетям между транспортными средствами (VANET) и т.д.

Высокоскоростная передача данных

Печатные платы также служат для приема и передачи информации с необходимой скоростью. Датчики позволяют собирать информацию, которая передается в различные части автомобиля. В крутых и узких условиях автомобилю потребуются камеры и блоки управления, которые будут эффективно функционировать для надежной и достаточной реакции.

Различия между печатными платами для самоуправляемых автомобилей и автомобильными печатными платами

По мере развития технологий и повышения требований к безопасности и надежности, проектирование печатных плат для самоуправляемых автомобилей является уникальным и сложным во многих отношениях.

Основными отличиями печатных плат для самоуправляемых автомобилей от общих автомобильных печатных плат являются более высокие требования к технической сложности, интеграции, надежности и долговечности, а также повышенный спрос на высокопроизводительные материалы, EMC, многослойные платы и использование HDI. Кроме того, в печатные платы для самоуправляемых автомобилей необходимо интегрировать больше датчиков и контроллеров, а также предъявлять более высокие требования к защите окружающей среды и энергоэффективности.

В таблице ниже представлены основные различия:

Характеристика	Печатная плата автономного транспортного средства	Обычная печатная плата для транспортных средств
Сложность	Высокая сложность, интеграция множества датчиков и исполнительных механизмов, поддержка передовых систем помощи водителю (ADAS)	Относительно низкая сложность, в основном поддерживает основные электронные системы автомобиля
Скорость передачи данных	Требуется высокоскоростная передача данных для обработки большого количества сенсорных данных	Более низкие требования к скорости передачи данных
Количество и плотность слоев	Многослойные платы, платы HDI, проводка высокой плотности	Меньшее количество слоев, меньшая плотность
Материалы и устойчивость к воздействию окружающей среды	Должны выдерживать более экстремальные температуры, влажность, вибрацию и химическую коррозию.	Более низкие требования к устойчивости к воздействию окружающей среды
Надежность и долговечность	Более высокие требования, поскольку функции автономного вождения критически важны для безопасности	Более низкие требования к надежности и долговечности
Электромагнитная совместимость	Повышенные требования в связи с увеличением количества датчиков и коммуникационных устройств	Более низкие требования к электромагнитной совместимости
Интеграция сенсоров	Интеграция большего количества и разнообразия датчиков, таких как камеры, радары, LiDAR	Меньше интеграций датчиков
Особенности интеллектуального кокпита	Поддержка более сложных функций интеллектуального кокпита, таких как мультимедиа, подключение к Интернету	Меньшее количество или полное отсутствие функций интеллектуального кокпита
Модули для подключенных автомобилей	Требуется поддержка модулей подключенных автомобилей для высокоскоростной связи и передачи данных	Может не поддерживать или не иметь базовых функций подключенного автомобиля
Значение	Более высокая стоимость, особенно для печатных плат контроллеров домена	Более низкое значение
Потенциал роста	Высокий потенциал роста для плат HDI, ожидаемый CAGR 16,5%	Более низкий потенциал роста

Будущее самоуправляемых автомобилей

По оценкам, к 2030 году каждый десятый автомобиль в мире будет самоуправляемым. Этот рост стимулирует не только развитие многослойных систем PCBS, но и увеличение количества электронных компонентов в автомобилях, особенно в электромобилях (EV) и передовых системах помощи водителю (ADAS). По мере развития технологий автономного вождения и увеличения инвестиций спрос на высокопроизводительные и надежные PCBS в секторе автономных транспортных средств продолжает расти.

Коммерческое применение

С появлением роботакси от Tesla, которое объединяет в себе многочисленные достижения в области мобильности и делает его практически безводительным, сектор поездок на такси изменится. При предполагаемой цене около $0,20 за милю, усовершенствованная система такси Tesla, вероятно, изменит городской транспорт к лучшему, сделав его качественным и более простым.

Технологические проблемы

Несмотря на достигнутый прогресс, до полной автономии еще очень далеко. Несмотря на постоянные улучшения, система Tesla Full Self-Driving еще не достигла уровня нерегулируемого вождения. Такие конкуренты, как Waymo и Cruise, в настоящее время далеко впереди в развертывании автономных автомобилей, дистанционно управляемых с помощью технологии геозонирования.

Большое внимание, уделяемое развитию искусственного интеллекта, датчиков и аппаратного обеспечения, имеет отношение к цели Tesla - обеспечению полной безопасности при полной автономности. В этом же отношении, ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА Производство будет играть ключевую роль в поддержке таких общих достижений за счет более быстрой обработки данных и более безопасной передачи данных в автомобильных системах.

Заключение

Инновации и интеграция технологий печатных плат необходимы для развития самоуправляемых автомобилей. Производители печатных плат играют важную роль в автомобильной промышленности, поскольку самодвижущиеся автомобили становятся все умнее и экологичнее. Печатные платы все чаще используются в современных автомобилях для всего - от развлекательных систем до систем безопасности. Помимо обеспечения электрических соединений и механической поддержки, они также отвечают нашим ожиданиям в отношении комфорта, безопасности и связи. Мы ожидаем, что в будущем, по мере развития технологий, самодвижущиеся автомобили изменят наши способы передвижения.

Для сборки печатных плат для автомобильной промышленности Вы можете выбрать FS Tech в качестве своего партнера. FS предлагает промышленные решения в области печатных плат уже более десяти лет. Для реализации Ваших проектов по производству печатных плат у нас есть самое современное оборудование и преданный своему делу персонал. Вам интересно узнать больше о производстве и сборке печатных плат? Свяжитесь с нами или отправьте нам электронное письмо, чтобы начать прямо сейчас!

Мы будем рады услышать от Вас