Přehled:

Podle prognóz z roku 2020 by až do roku 2030 mohlo být každé desáté auto na světě autonomní. Tato nová éra vozidel bez řidiče přináší mnoho výhod, jako je zvýšená obchodní efektivita a snížení dopravních nehod, emisí a dopravních zácp.

Stojí za pozornost, že technologie senzorů v autonomních vozidlech prošla v posledních letech několika zásadními změnami, díky inovacím v oblasti desek plošných spojů (PCB). Tyto PCB mají nezastupitelný význam v automobilovém průmyslu a inovace v jejich designu pro elektroniku autonomních vozidel skutečně mění způsob, jakým výrobci staví tato moderní vozidla.

Při vývoji vozidel s autonomním provozem výrobci PCB provádějí kroky od návrhu prvních prototypů až po testování konstrukce vozidel. Nicméně je také důležité, aby byla vaše spolupráce vzájemně konstruktivní. Jestliže pracuje váš tým designérů na elektronice pro autonomní vozidla, je klíčové se seznámit s osvědčenými postupy pro PCB specifické pro tato vozidla:

Co je technologie autonomního řízení

Technologie umělé inteligence hraje klíčovou roli ve funkcích autonomních vozidel. Vývojáři těchto vozidel intenzivně využívají rozsáhlé množství dat z oblasti obrazového rozpoznávání spolu s technikami strojového učení a neuronovými sítěmi, aby vytvořili systémy schopné autonomního řízení.

Neuronové sítě mají schopnost detekovat vzory v datech a tato vzájemná propojení se promítají do algoritmů strojového učení. Tato data zahrnují obrazy zachycené kamerami vozidel s autonomním řízením, a prostřednictvím těchto obrazů neuronová síť získává schopnost rozpoznávat semafory, stromy, obrubníky, chodce, silniční značky a další prvky v daném prostředí.

Projekt Waymo od společnosti Google například využívá kombinaci různých senzorů, jako jsou lidary (které pracují na principu detekce světla a měření vzdáleností, podobně jako radar), kamery a spojuje data těchto senzorů, aby identifikovalo a předvídalo objekty kolem vozidla a jejich pohyb. Tento proces probíhá téměř v reálném čase. U těchto systémů je klíčová jejich vyspělost. Čím důkladněji je systém trénován, tím efektivněji může integrovat data do svých algoritmů hlubokého učení, což mu umožňuje provádět preciznější rozhodnutí.

Zde je přehled funkčnosti vozidel Waymo od společnosti Google:

• Řidič (nebo pasažér) nastaví cíl cesty. Vozidlo poté spočítá optimální trasu.
• Otočný lidarový senzor umístěný na střeše vozidla sleduje oblast o poloměru 60 metrů kolem vozidla a vytváří dynamickou trojrozměrnou (3D) mapu aktuálního prostředí vozidla.
• Senzor umístěný na levém zadním kole monitoruje boční pohyb vozidla a určuje jeho polohu vzhledem k 3D mapě.
• Radarový systém na předním a zadním nárazníku měří vzdálenost k překážkám.
• Umělá inteligence v softwaru vozidla kombinuje data ze všech senzorů s informacemi z Google Street View a kamer v vozidle.
• Díky hlubokému učení simuluje umělá inteligence lidské vnímání a rozhodovací procesy a řídí akce, jako je řízení a brzdění.
• Software vozidla spolupracuje s Google Maps a poskytuje předem upozornění na významné body, dopravní značení a světelné signály.
• Funkce potlačení umožňuje lidskému řidiči převzít kontrolu nad vozidlem.

Co je deska s plošnými spoji

Dříve, než se rozšířila technologie desek s plošnými spoji (PCB), byly elektronické součástky propojovány ručně, kdy se jednotlivé vodiče připojovaly k součástkám a ty byly upevněny na pevný substrát. Původně se jako substrát používal surový materiál zvaný bakelit, který sloužil jako náhrada za horní vrstvu překližky. Pro vytvoření vodivých spojů byly používány kovové dráty, a pokud šlo o větší obvody, bylo třeba propojit mnoho elektronických součástek s mnoha dráty. Tato metoda měla své nevýhody, neboť vodiče se často zamotávaly a zabíraly hodně místa v designu. Dále bylo složité naladit takové obvody a spolehlivost trpěla. Celý výrobní proces byl také pomalý, přičemž více součástek a jejich kabelových spojů bylo nutné manuálně pájet.

Co jsou tedy PCB? Deska s plošnými spoji (PCB) je elektronická komponenta, která využívá měděné vodiče ke vytvoření elektrických spojení mezi součástkami. Tyto desky poskytují mechanickou oporu pro elektronické komponenty a umožňují, aby zařízení bylo umístěno v ochranném krytu. Návrh desky s plošnými spoji musí respektovat konkrétní postupy, které odpovídají výrobním procesům, balení integrovaných obvodů a celkové konstrukci desky.

Na PCB se nacházejí vodivé prvky, jako jsou měděné stopy, plošky a plochy. Mechanická struktura desky spočívá v izolačním materiálu, který je laminován mezi vrstvami vodičů. Celková konstrukce je poté pokovována a pokryta nevodivou pájecí maskou. Na horní straně masky se pak nachází tisk sítotisku, který poskytuje ilustrace elektronických součástek. Po dokončení těchto výrobních kroků je holá deska odeslána ke sestavení desky s plošnými spoji, kde jsou součástky připojeny a celý PCB může být otestován.

Design desky plošných spojů se stal samostatnou disciplínou v rámci elektronického průmyslu. Tyto desky hrají klíčovou roli tím, že zajišťují elektrické propojení mezi součástkami, poskytují pevnou oporu pro držení součástek a umožňují vytvoření kompaktních zařízení, která lze integrovat do finálních produktů. I když jde o základní desku, je nutné ji pečlivě navrhnout pomocí specializovaných softwarových nástrojů. Kvalitní software vám může pomoci od koncepčního návrhu až po výrobu. V tomto článku budeme podrobněji zkoumat, co PCB představuje, jak je konstruována a na co je potřeba se zaměřit při jejím návrhu.

Každá deska s plošnými spoji je složena z vrstev střídajících se vodičů a izolačního materiálu. Během výrobního procesu jsou vnitřní vrstvy mědi leptány tak, aby vytvořily zamýšlené vodivé stopy pro připojení součástek. Tyto vrstvy jsou postupně laminovány, dokud není deska s plošnými spoji kompletní. Tento postup se používá při výrobě PCB, kde se z holé desky vytvoří plně funkční deska s plošnými spoji.

Samořídící auta kombinovaná s plošnými spoji

• Zajištění spolehlivosti a trvanlivosti: Automobilová PCB zařízení musí vykazovat větší odolnost vůči náročnějším podmínkám než ty, které se používají v jiných aplikacích. Tyto desky často čelí extrémním podmínkám, jako jsou teplo, prach, vlhkost a náhodné vibrace (včetně pádů). Důkladná odolnost vůči těmto faktorům je zásadní. Během návrhu je důležité provést tepelné a dlouhodobé testy materiálů desky a obalů, které jsou specifické pro drsná prostředí. Pro desky plošných spojů v motorovém prostoru se často volí keramické substráty, jako je oxid hlinitý nebo nitrid hliníku. Pokud potřebujete desky odolné vůči vyšším proudům a teplotám (např. v systémech nabíjení a distribuce energie), můžete zvážit použití silných měděných PCB.
• Větší integrace: V oblasti autonomních vozidel se v poslední době objevuje větší tendence k integraci systémů, které byly dříve oddělené. Integrací návrhu PCB mezi senzory, elektronickými řídicími jednotkami a dalšími mechatronickými systémy lze dosáhnout vyššího výpočetního výkonu. Zohledněte složitost softwaru a potřebu rychlého zpracování velkého množství dat v reálném čase. Vyšší integrace v omezeném prostoru vyžaduje miniaturizaci na úrovni desek, komponent a propojení. Při zajištění integrace nezapomeňte na dostatečnou ochranu před živly, vlhkostí a vibracemi.
• Více požadavků na hardwarová rozhraní: Samořídící vozidla vyžadují vysoké schopnosti. Při navrhování desek plošných spojů pro tato vozidla je cílem vytvořit detekční systém, který kombinuje různé senzory a výpočetní techniky. Důraz na přesnost vidění vozidla znamená využití různých typů senzorů, včetně redundance a překrytí. Mezi automobilové senzory patří kamery, radary, lidary a ultrazvukové senzory. Cílem těchto senzorů je poskytnout vizuální mapu okolí vozidla, což je klíčové pro rozpoznávání objektů.
• Správa tepla u LiDAR: Při navrhování LiDAR systémů pro autonomní vozidla je důležité správně řešit chlazení, proudění vzduchu a okolní teploty. LiDAR systémy, umístěné často na střeše vozidla, jsou vystaveny slunečnímu záření. Teplo generované vnitřními komponenty může ovlivnit výkonnost měření. Tepelné simulace a analýzy mohou odhalit potenciální problémy a umožnit včasné řešení. Efektivní správa tepla desek a komponent zvyšuje spolehlivost a výkonnost.
• Struktura integrovaného řízení: PCB pro autonomní vozidla by měla umožňovat hladký přechod mezi režimy bezpečného provozu a režimu provozu při poruše. Dvoukanálové elektronické řídicí jednotky mohou zajišťovat kritické