Persyaratan untuk Papan Sirkuit Cetak dalam Sistem Elektronik Otomotif (2) Sistem Kontrol Kendaraan

Meta Deskripsi: Pelajari persyaratan PCB untuk sistem kontrol kendaraan EV, termasuk VCU, ECU, TCU, ABS/ESC, dan modul kemudi. Jelajahi desain PCB yang kritis terhadap keselamatan, kepatuhan ISO 26262, papan multilayer, dan strategi desain EMI/EMC.

Pendahuluan

Sistem kontrol kendaraan berfungsi sebagai “otak dan saraf” kendaraan listrik (EV), yang mengatur koordinasi fungsi penggerak dan mekanisme keselamatan. Modul-modul penting seperti Unit Kontrol Kendaraan (VCU), Unit Kontrol Mesin (ECU untuk model hibrida), Unit Kontrol Transmisi (TCU), Rem Parkir Elektronik (EPB), Electric Power Steering (EPS), dan Modul Kontrol Rem (ABS/ESC) bekerja bersama untuk memastikan pengoperasian yang lancar, penanganan yang responsif, dan perlindungan penumpang. Mengingat sifatnya yang kritis terhadap keselamatan, setiap kegagalan dalam sistem ini dapat secara langsung membahayakan keselamatan kendaraan, menjadikan desain dan manufaktur PCB untuk sistem kontrol sebagai landasan keandalan EV. Artikel ini menguraikan persyaratan PCB khusus, tantangan manufaktur, dan tren yang muncul dalam sistem kontrol kendaraan EV.

Ikhtisar Sistem Kontrol Kendaraan

Sistem kontrol EV terdiri dari beberapa modul khusus, masing-masing dengan peran berbeda dalam pengoperasian kendaraan:

• VCU (Vehicle Control Unit): Berfungsi sebagai koordinator pusat, mengelola seluruh operasi kendaraan termasuk distribusi torsi, manajemen energi, dan pengalihan mode antara mode penggerak.

• ECU (Engine Control Unit, untuk hibrida): Mengatur sinergi antara mesin pembakaran dan motor listrik dalam EV hibrida, mengoptimalkan efisiensi bahan bakar dan keluaran daya.

• TCU (Transmission Control Unit): Menyetel halus perpindahan gigi dalam transmisi EV hibrida atau multi-kecepatan, memastikan pengiriman daya yang mulus dan efisiensi energi.

• Modul EPS (Electric Power Steering): Memberikan bantuan kemudi yang presisi dan peka terhadap kecepatan, meningkatkan kemampuan manuver dan kenyamanan pengemudi.

• ABS/ESC (Anti-lock Braking System/Electronic Stability Control): Mencegah penguncian roda saat pengereman dan menjaga stabilitas kendaraan selama manuver mendadak, sangat penting untuk pencegahan kecelakaan.

• Pengontrol EPB (Electronic Parking Brake): Mengelola aktivasi dan pelepasan rem parkir, berintegrasi dengan sistem keamanan kendaraan untuk menambah keamanan.

Persyaratan Desain PCB

Untuk memenuhi tuntutan ketat dari pengoperasian yang kritis terhadap keselamatan, PCB sistem kontrol kendaraan harus mematuhi kriteria desain khusus:

1. Keselamatan Fungsional (ISO 26262 ASIL-D)

Keselamatan fungsional adalah yang terpenting, dengan kepatuhan terhadap ISO 26262, standar global untuk keselamatan fungsional otomotif. Strategi utama meliputi:

• Sirkuit redundan: Gandakan jalur kritis untuk memastikan pengoperasian berlanjut bahkan jika satu sirkuit gagal.

• Desain MCU ganda: Unit mikrokontroler paralel menyediakan fail-safe, dengan mekanisme pemeriksaan silang untuk mendeteksi anomali.

• Tata letak toleran kesalahan: Jalur dan komponen PCB diatur untuk meminimalkan risiko kegagalan titik tunggal, dengan isolasi antara sirkuit kritis dan non-kritis.

2. Kompatibilitas Elektromagnetik (EMC/EMI)

Sistem kontrol beroperasi di lingkungan elektromagnetik yang dipenuhi dengan kebisingan dari motor, baterai, dan elektronik lainnya. Mitigasi EMC/EMI melibatkan:

• Bidang ground khusus: Lapisan ground terpisah untuk sinyal digital, analog, dan daya mengurangi interferensi.

• Lapisan berpelindung: Pelindung logam di sekitar jalur sinyal sensitif mencegah radiasi elektromagnetik mengganggu pengoperasian.

• Integritas sinyal yang ketat: Perutean impedansi terkontrol dan panjang jalur yang diminimalkan menjaga kualitas sinyal dalam jalur komunikasi berkecepatan tinggi.

3. Ketahanan Lingkungan yang Keras

Modul kontrol kendaraan tahan terhadap kondisi ekstrem, yang membutuhkan:

• Toleransi suhu yang luas: Pengoperasian dari -40°C hingga +150°C untuk menahan lingkungan ruang mesin dan bawah bodi.

• Ketahanan kelembaban tinggi: Perlindungan terhadap kondensasi dan masuknya kelembaban, sangat penting untuk keandalan di berbagai iklim.

• Ketahanan guncangan & getaran: Penguatan struktural untuk bertahan dari getaran yang disebabkan oleh jalan dan beban benturan.

4. Keandalan Multilayer

Fungsi kontrol yang kompleks menuntut struktur PCB yang canggih:

• Tumpukan 4–8 lapis: Konfigurasi lapisan yang dioptimalkan memisahkan daya, ground, dan jalur sinyal, mengurangi crosstalk.

• Pengardean strategis: Pengardean bintang dan partisi bidang ground meminimalkan perambatan kebisingan antara komponen sensitif.

Tabel 1: Kondisi Pengoperasian Khas untuk Unit Kontrol

Tantangan Manufaktur

Memproduksi PCB untuk sistem kontrol kendaraan melibatkan rintangan teknis yang unik:

• Integritas Sinyal vs. Penanganan Daya: Mengintegrasikan sirkuit digital (sinyal kontrol), analog (input sensor), dan daya pada satu PCB memerlukan partisi yang cermat untuk menghindari interferensi antara komponen berdaya tinggi dan tegangan rendah.

• Ketahanan Getaran: Papan tebal (1,6–2,4mm) dengan kandungan serat kaca tinggi diperlukan untuk menahan getaran terus-menerus, tetapi ini meningkatkan kompleksitas manufaktur dalam pengeboran dan laminasi.

• Implementasi Desain Redundan: Sirkuit keselamatan dua lapis dan penempatan komponen paralel menuntut keselarasan yang tepat selama fabrikasi, dengan toleransi ketat untuk memastikan kedua jalur redundan berfungsi secara identik.

Tabel 2: Struktur Lapisan PCB untuk Modul Kontrol Kendaraan

Tren Masa Depan

Kemajuan dalam teknologi EV mendorong evolusi dalam PCB sistem kontrol:

• Unit Kontrol Berbasis AI: Peningkatan integrasi daya komputasi, dengan PCB yang mendukung prosesor berkinerja tinggi untuk analisis data real-time dan algoritma kontrol adaptif.

• Integrasi Pengontrol Domain: Konsolidasi beberapa ECU/VCU menjadi lebih sedikit papan berkinerja tinggi mengurangi kompleksitas kabel, membutuhkan PCB dengan jumlah lapisan yang lebih tinggi (10–12 lapisan) dan perutean sinyal yang canggih.

• Material Lanjutan: Adopsi laminasi Tg tinggi (≥180°C) meningkatkan stabilitas termal, sementara lapisan konformal meningkatkan ketahanan terhadap kelembaban dan bahan kimia di lingkungan yang keras.

Tabel 3: Persyaratan Keselamatan ISO 26262 vs. Strategi PCB

Kesimpulan

Sistem kontrol kendaraan menuntut keselamatan dan keandalan yang tanpa kompromi dari desain PCB, dengan kepatuhan ISO 26262 yang berfungsi sebagai persyaratan dasar. PCB ini harus tahan terhadap suhu ekstrem, getaran, dan interferensi elektromagnetik sambil mempertahankan integritas sinyal yang tepat. Seiring kemajuan teknologi EV, PCB sistem kontrol di masa mendatang akan menampilkan integrasi yang lebih tinggi, pengontrol domain yang lebih cerdas, dan material canggih, memastikan mereka tetap menjadi tulang punggung penting dari mobilitas listrik yang aman dan efisien.