ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में प्रिंटेड सर्किट बोर्ड के लिए आवश्यकताएँ (2) वाहन नियंत्रण प्रणाली

मेटा विवरण: ईवी वाहन नियंत्रण प्रणालियों, जिनमें वीसीयू, ईसीयू, टीसीयू, एबीएस/ईएससी, और स्टीयरिंग मॉड्यूल शामिल हैं, के लिए पीसीबी आवश्यकताओं के बारे में जानें। सुरक्षा-महत्वपूर्ण पीसीबी डिज़ाइन, आईएसओ 26262 अनुपालन, मल्टीलेयर बोर्ड, और ईएमआई/ईएमसी डिज़ाइन रणनीतियों का अन्वेषण करें।

परिचय

वाहन नियंत्रण प्रणालियाँ इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) के “मस्तिष्क और तंत्रिकाओं” के रूप में कार्य करती हैं, जो ड्राइविंग कार्यों और सुरक्षा तंत्रों के समन्वय का संचालन करती हैं। महत्वपूर्ण मॉड्यूल जैसे वाहन नियंत्रण इकाई (वीसीयू), इंजन नियंत्रण इकाई (हाइब्रिड मॉडल के लिए ईसीयू), ट्रांसमिशन नियंत्रण इकाई (टीसीयू), इलेक्ट्रॉनिक पार्किंग ब्रेक (ईपीबी), इलेक्ट्रिक पावर स्टीयरिंग (ईपीएस), और ब्रेक नियंत्रण मॉड्यूल (एबीएस/ईएससी) सुचारू संचालन, उत्तरदायी हैंडलिंग और यात्री सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए एक साथ काम करते हैं। उनकी सुरक्षा-महत्वपूर्ण प्रकृति को देखते हुए, इन प्रणालियों में कोई भी विफलता सीधे वाहन सुरक्षा से समझौता कर सकती है, जिससे नियंत्रण प्रणालियों के लिए पीसीबी डिज़ाइन और निर्माण ईवी विश्वसनीयता का आधार बन जाता है। यह लेख ईवी वाहन नियंत्रण प्रणालियों में विशिष्ट पीसीबी आवश्यकताओं, निर्माण चुनौतियों और उभरते रुझानों की रूपरेखा देता है।

वाहन नियंत्रण प्रणालियों का अवलोकन

ईवी नियंत्रण प्रणालियाँ कई विशिष्ट मॉड्यूल से मिलकर बनी हैं, जिनमें से प्रत्येक की वाहन संचालन में अलग-अलग भूमिकाएँ हैं:

• वीसीयू (वाहन नियंत्रण इकाई): केंद्रीय समन्वयक के रूप में कार्य करता है, जो समग्र वाहन संचालन का प्रबंधन करता है जिसमें टॉर्क वितरण, ऊर्जा प्रबंधन और ड्राइविंग मोड के बीच मोड स्विचिंग शामिल है।

• ईसीयू (इंजन नियंत्रण इकाई, हाइब्रिड के लिए): हाइब्रिड ईवी में दहन इंजन और इलेक्ट्रिक मोटर्स के बीच तालमेल को विनियमित करता है, ईंधन दक्षता और बिजली उत्पादन का अनुकूलन करता है।

• टीसीयू (ट्रांसमिशन नियंत्रण इकाई): हाइब्रिड या मल्टी-स्पीड ईवी ट्रांसमिशन में गियर शिफ्ट को फाइन-ट्यून करता है, सुचारू बिजली वितरण और ऊर्जा दक्षता सुनिश्चित करता है।

• ईपीएस (इलेक्ट्रिक पावर स्टीयरिंग) मॉड्यूल: सटीक, गति-संवेदनशील स्टीयरिंग सहायता प्रदान करता है, जो पैंतरेबाज़ी और ड्राइवर के आराम को बढ़ाता है।

• एबीएस/ईएससी (एंटी-लॉक ब्रेकिंग सिस्टम/इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता नियंत्रण): ब्रेकिंग के दौरान पहिया लॉक होने से रोकता है और अचानक पैंतरेबाज़ी के दौरान वाहन स्थिरता बनाए रखता है, दुर्घटना रोकथाम के लिए महत्वपूर्ण है।

• ईपीबी (इलेक्ट्रॉनिक पार्किंग ब्रेक) नियंत्रक: पार्किंग ब्रेक सक्रियण और रिलीज का प्रबंधन करता है, अतिरिक्त सुरक्षा के लिए वाहन सुरक्षा प्रणालियों के साथ एकीकृत होता है।

पीसीबी डिज़ाइन आवश्यकताएँ

सुरक्षा-महत्वपूर्ण संचालन की सख्त मांगों को पूरा करने के लिए, वाहन नियंत्रण प्रणाली पीसीबी को विशिष्ट डिज़ाइन मानदंडों का पालन करना चाहिए:

1. कार्यात्मक सुरक्षा (आईएसओ 26262 एएसआईएल-डी)

कार्यात्मक सुरक्षा सर्वोपरि है, जो ऑटोमोटिव कार्यात्मक सुरक्षा के लिए वैश्विक मानक, आईएसओ 26262 का अनुपालन करती है। प्रमुख रणनीतियों में शामिल हैं:

• अनावश्यक सर्किट: ऑपरेशन जारी रखने के लिए महत्वपूर्ण मार्गों को डुप्लिकेट करें, भले ही एक सर्किट विफल हो जाए।

• दोहरी एमसीयू डिज़ाइन: समानांतर माइक्रो कंट्रोलर इकाइयाँ विफलता-सुरक्षित प्रदान करती हैं, विसंगतियों का पता लगाने के लिए क्रॉस-चेकिंग तंत्र के साथ।

• फॉल्ट-टॉलरेंट लेआउट: पीसीबी ट्रेस और घटकों को एकल-बिंदु विफलता जोखिमों को कम करने के लिए व्यवस्थित किया जाता है, महत्वपूर्ण और गैर-महत्वपूर्ण सर्किट के बीच अलगाव के साथ।

2. विद्युत चुम्बकीय संगतता (ईएमसी/ईएमआई)

नियंत्रण प्रणालियाँ विद्युत चुम्बकीय वातावरण में संचालित होती हैं जो मोटर्स, बैटरी और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स से शोर से भरी होती हैं। ईएमसी/ईएमआई शमन में शामिल हैं:

• समर्पित ग्राउंड प्लेन: डिजिटल, एनालॉग और पावर सिग्नल के लिए अलग-अलग ग्राउंड लेयर हस्तक्षेप को कम करती हैं।

• परिरक्षित परतें: संवेदनशील सिग्नल ट्रेस के चारों ओर धातु परिरक्षण विद्युत चुम्बकीय विकिरण को संचालन में बाधा डालने से रोकता है।

• सख्त सिग्नल अखंडता: नियंत्रित प्रतिबाधा रूटिंग और न्यूनतम ट्रेस लंबाई उच्च गति संचार पथों में सिग्नल गुणवत्ता को संरक्षित करती है।

3. कठोर वातावरण प्रतिरोध

वाहन नियंत्रण मॉड्यूल चरम स्थितियों का सामना करते हैं, जिसके लिए आवश्यकता होती है:

• व्यापक तापमान सहनशीलता: इंजन बे और अंडरकैरेज वातावरण का सामना करने के लिए -40°C से +150°C तक संचालन।

• उच्च आर्द्रता प्रतिरोध: विभिन्न जलवायु में विश्वसनीयता के लिए महत्वपूर्ण, संघनन और नमी के प्रवेश से सुरक्षा।

• शॉक और कंपन प्रतिरोध: सड़क-प्रेरित कंपन और प्रभाव भार से बचने के लिए संरचनात्मक सुदृढ़ीकरण।

4. मल्टीलेयर विश्वसनीयता

जटिल नियंत्रण कार्यों के लिए परिष्कृत पीसीबी संरचनाओं की आवश्यकता होती है:

• 4–8 लेयर स्टैक-अप: अनुकूलित लेयर कॉन्फ़िगरेशन क्रॉसस्टॉक को कम करते हुए पावर, ग्राउंड और सिग्नल पथ को अलग करते हैं।

• रणनीतिक ग्राउंडिंग: स्टार ग्राउंडिंग और ग्राउंड प्लेन विभाजन संवेदनशील घटकों के बीच शोर प्रसार को कम करते हैं।

तालिका 1: नियंत्रण इकाइयों के लिए विशिष्ट ऑपरेटिंग स्थितियाँ

निर्माण चुनौतियाँ

वाहन नियंत्रण प्रणालियों के लिए पीसीबी का उत्पादन करने में अद्वितीय तकनीकी बाधाएँ शामिल हैं:

• सिग्नल अखंडता बनाम पावर हैंडलिंग: एक ही पीसीबी पर डिजिटल (नियंत्रण सिग्नल), एनालॉग (सेंसर इनपुट), और पावर सर्किट को एकीकृत करने के लिए उच्च-शक्ति और कम-वोल्टेज घटकों के बीच हस्तक्षेप से बचने के लिए सावधानीपूर्वक विभाजन की आवश्यकता होती है।

• कंपन प्रतिरोध: निरंतर कंपन का सामना करने के लिए उच्च ग्लास फाइबर सामग्री वाले मोटे बोर्ड (1.6–2.4 मिमी) आवश्यक हैं, लेकिन इससे ड्रिलिंग और लैमिनेशन में निर्माण जटिलता बढ़ जाती है।

• अनावश्यक डिज़ाइन कार्यान्वयन: दोहरी-परत सुरक्षा सर्किट और समानांतर घटक प्लेसमेंट को निर्माण के दौरान सटीक संरेखण की आवश्यकता होती है, सख्त सहनशीलता के साथ यह सुनिश्चित करने के लिए कि दोनों अनावश्यक पथ समान रूप से प्रदर्शन करें।

तालिका 2: वाहन नियंत्रण मॉड्यूल के लिए पीसीबी लेयर संरचनाएं

भविष्य के रुझान

ईवी तकनीक में प्रगति नियंत्रण प्रणाली पीसीबी में विकास को बढ़ावा दे रही है:

• एआई-संचालित नियंत्रण इकाइयाँ: बढ़ी हुई कंप्यूटिंग शक्ति एकीकरण, पीसीबी के साथ वास्तविक समय डेटा विश्लेषण और अनुकूली नियंत्रण एल्गोरिदम के लिए उच्च-प्रदर्शन प्रोसेसर का समर्थन करते हैं।

• डोमेन नियंत्रक एकीकरण: कम उच्च-प्रदर्शन बोर्डों में कई ईसीयू/वीसीयू का समेकन वायरिंग जटिलता को कम करता है, जिसके लिए उच्च लेयर काउंट (10–12 लेयर) और उन्नत सिग्नल रूटिंग वाले पीसीबी की आवश्यकता होती है।

• उन्नत सामग्री: उच्च टीजी लैमिनेट्स (≥180°C) को अपनाना थर्मल स्थिरता में सुधार करता है, जबकि अनुरूप कोटिंग कठोर वातावरण में नमी और रासायनिक प्रतिरोध को बढ़ाती है।

तालिका 3: आईएसओ 26262 सुरक्षा आवश्यकताएँ बनाम पीसीबी रणनीतियाँ

निष्कर्ष

वाहन नियंत्रण प्रणालियों को पीसीबी डिज़ाइन से समझौता न करने वाली सुरक्षा और विश्वसनीयता की आवश्यकता होती है, जिसमें आईएसओ 26262 अनुपालन एक मूलभूत आवश्यकता के रूप में कार्य करता है। इन पीसीबी को सटीक सिग्नल अखंडता बनाए रखते हुए अत्यधिक तापमान, कंपन और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप का सामना करना चाहिए। जैसे-जैसे ईवी तकनीक आगे बढ़ती है, भविष्य की नियंत्रण प्रणाली पीसीबी में उच्च एकीकरण, स्मार्ट डोमेन नियंत्रक और उन्नत सामग्री शामिल होंगी, यह सुनिश्चित करते हुए कि वे सुरक्षित और कुशल इलेक्ट्रिक गतिशीलता का महत्वपूर्ण आधार बने रहें।