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五大關鍵提高汽車電子產品可靠性
 

【作者: 德國萊因】   2018年07月24日 星期二

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2016年初,有位澳洲車主買到一台「檸檬車」(註),新車剛到手時就問題不斷,從無緣無故進入保護模式三次,到雨刮器自動啟動,還有車內出現燒焦氣味、方向盤不斷向左偏、突然失去動力等問題,簡直像被詛咒了一樣。也曾因為無法啟動而返廠維修了5次,最嚴重的一次剛修完出門,就再次熄火無法啟動;這期間,與廠商透過電話與電子郵件溝通無數次,可是每次一出問題,還是得自己實報實銷,氣得創作一首RAP並製作MV,沒想到在社群媒體上獲得病毒式傳播,讓該品牌公關部頭疼不已。


2017年2月還有一則和車有關的重磅新聞。德國某知名汽車零組件製造商向美國國家高速公路安全管理局(NHTSA)遞交了召回計劃,因其製造的部分安全氣囊感測器存在故障隱憂,將在全球協同受影響的6個汽車品牌實施召回,涉及500萬輛車。說到安全氣囊,日本某知名安全氣囊製造商的召回事件還餘波未平,此次德系品牌的召回再次對全球車主造成深遠影響。



圖1
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汽車產業的繁榮直接帶動了汽車電子產業的迅速崛起,然而與汽車相關的安全和品質事件層出不窮,也讓全球目光聚焦於佔汽車成本比重越來越高的汽車電子。毫無疑問,科技的日新月異也帶來了更多安全方面的隱憂。如何確保汽車電子產品品質過硬,既保護了駕乘人員安全的同時也杜絕讓品牌陷入「品質問題」的深淵?讓我們和德國萊因TUV在汽車電子零組件、電磁兼容以及功能安全的專家聊聊,他們在多年檢測驗證經驗中常碰到哪些問題?提高汽車電子產品可靠性有哪些方法?為你的痛點提出解決方案。


[方案一] 產品研發階段務必導入相關標準要求

某汽車線束產品公司生產用於危險車輛(如易燃易爆拖車)上的連接導線,第一次進行歐洲ADR認證。雖然該企業有海外出口的經驗,但是送樣的尺寸、結構不符合標準要求,直接被退回整改。


[專家建議]尺寸與結構是產品設計階段最入門的要求,一旦和標準有所偏頗則整套產品設計都要從頭開始,這無疑為企業平添了不必要的整改時間和經濟成本。如果企業的交貨期又很緊,更是雪上加霜。因此,企業在進行產品研發時,務必需要研讀標準,將其要求導入設計階段,為日後的生產和銷售打下事半功倍的開端。


[方案二] 原材料品質至關重要

某企業的產品是用於纏繞在導線外起到保護作用的線束膠帶。主機廠的要求非常嚴苛,規定供應商的產品需要經過3000小時的高溫炙烤後,必須耐高溫又無異,還要保持優質的黏性。但是該企業顯然沒有特別重視,或者想當然以為自己的產品一定可以通過考驗。但其實該產品一共經過了4次整改重測才滿足上述要求。


另一個案例則是關於雙跳開關。主機廠的要求是在經歷環境測試後,檢驗按鍵力是否改變,例如攝氏85度高溫5小時後,以每分鐘降低攝氏2度的降溫幅度降至攝氏–40度,持續4小時後再周而復始。經過100或200個循環以後,檢驗彈簧是否因疲勞而失效。這其實就是在考驗彈簧設計、原材料材質等問題。


[專家建議]國際品牌的主機廠通常會博採眾長,從眾多國際標準中吸納各方面的標準以組成各自的企業標準,嚴苛的要求對原材料的品質是極大的考驗,所以電子零組件供應商一定要把關好原材料,同時安排預先測試,避免上述案例因多次重測而造成額外的時間和經濟成本。


[方案三] 不干擾,降低自身輻射強度

早期的車輛由於電子元件佔比較少所以不太容易發生電磁兼容方面的問題,現在汽車電子元件的佔比呈現飛速上升的趨勢,電磁兼容已成為目前極需解決的重點。


某新型汽車裝有MCU的燃油控制系統,在駕駛通過某社區的街道時,汽車會自動熄火,之後通過測量該區段的電磁環境時,發現有一台民用無線電發射機在違法工作,那台發射機上的訊號通過空間耦合與MCU相連的導線上,造成處理器停止工作。


[專家建議]上述案例雖然沒有造成人身傷害,但電磁干擾的問題的確會給駕乘人員帶來極大的安全隱憂。同時再次說明通過考核產品輻射抗干擾能力(radiated immunity)的EMC測試有多重要。


以輻射發射(Radiated emission)為例子,德國萊因建議企業可以通過以下幾個準則來控制:


-干擾源:減少噪聲源的能量(比如振盪器、數字電路、電源轉換器、數據總線等),也可以通過減少訊號轉換速率、開關電流、降低工作頻率來實現。


-傳播途徑:可以通過減少電路板上的耦合與傳導能量(改進佈線技術,避免接地線過長等)以及改善連接器位置的射頻抑制來達到目的。


-接地:好的接地是減少輻射發射最重要的方法。如何保證較完整的地平面是電路設計人員需要考慮的重點。


[方案四] 抗干擾,增強電子元件抗擾度

某高級轎車在上市之前路試的時候,一開始一切正常,當測試員開啟收音機後,過強的訊號影響儀表板和車身控制器的通訊,造成儀表失靈。


[專家建議]上述案例可以發現汽車電子間互相干擾,導致功能失效。顯而易見,抗干擾對電子元件來說至關重要。以輻射抗擾度(Radiated Immunity)為例,德國萊因建議各企業可以通過屏蔽來提高防護能力:在大於100kHz的頻段,好的導體材料(銅鋁鋼)做成的外殼能提供好的屏蔽效能,接縫和開口應<1/20頻率波長以達到20dB的屏蔽效能,盡量避免使用正方形的蓋子以防止內部諧振的產生。


[方案五] 汽車電子系統的功能安全不可忽視

隨著越來越多複雜電氣、電子系統和可編程電子系統應用到與安全相關的車輛功能中,任何一個安全相關的車輛功能失效,都會對駕乘人員,甚至附近車輛及行人帶來嚴重後果。汽車電子系統在安全設計上的缺陷,不僅對人身安全帶來了隱憂,隨之而來的召回事件給企業帶來巨額的經濟損失。與功能安全相關的系統可靠性問題已經得到社會的普遍重視。ISO 26262是實現功能安全的一個國際上廣泛認可的現行標準,該標準從技術角度為如何做到功能安全提供規範。


ISO 26262標準的適用範圍相當廣泛,從電動汽車的電動管理系統BMS、整車控制系統VCU,到傳統汽車的底盤控制、防鎖死剎車系統…等等,不一而足。


越來越多中國主機廠也已經向海外品牌靠攏,將ISO 26262標準列入產品研發及零組件系統採購時的一個必須驗證項目。然而,德國萊因TUV的專家在進行功能安全評審時,還是發現諸多問題在不同企業都時有發生,現列舉如下並提供改善建議。


易發生的問題及專家建言

‧ 診斷措施應用不當:建議企業在實施診斷措施之前對產品進行充分的設計分析,明確產品中與安全相關的功能可能存在的失效風險及各種診斷措施的優缺點(如診斷覆蓋率DC、實現的難易程度、花費的時間等),然後進行選擇。


‧ 文件編寫無規範:建議編寫每份文件時,進行內部審查,可以讓未參與專案的技術專家檢查,看能否理解文件中表達的意思。


‧ 多個文件中對同一事物描述不一致:建議企業一旦文件中有任何變動,都要及時在專案組內部溝通。


‧ 工程師經驗不足:建議對工程師做全面的功能安全培訓。


‧ 工具的可靠性證明不知從何下手:德國萊因TUV會提供相應的需求列表,進行逐項分析。


‧ 英文翻譯不準確:建議採用統一術語,內部自校。


‧ 設計變更未走變更流程:設計開發階段的每次變更需要遵從安全計劃中的變更流程,例如:需要進行變更影響分析並進行相應的測試和驗證,如果產品需要進行功能安全驗證,需要將變更的相關文件及時提交給認證機構(如德國萊因TUV)。



圖2
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目前,70%的汽車創新來自於汽車電子產品,電子產品在整車中的成本佔比已經從上世紀70年代的2%,成長到現在的25%左右,無庸置疑,這樣的增長趨勢還在持續。對汽車電子零組件供應商來說,確保產品的安全和可靠性至關重要,這是贏得市場信任的根本,也是企業謀求持續發展的基石。


(source:德國萊因技術白皮書)


註:國外把問題多的新汽車稱為「檸檬車」(Lemon Car)(買到爛新車像檸檬滋味又酸又苦)。


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