由Aspencore旗下中國版《EDN電子技術設計》、《EET電子工程專輯》和《ESM國際電子商情》共同舉辦的Tech Shanghai汽車電子設計論壇上,德凱宜特(DEKRA iST)技術行銷室的陳旺助,在「智慧車聯網之汽車電子模組可靠度設計驗證」議題上,為我們分享了可靠性在汽車電子中的重要性。

陳旺助表示,「如果你的企業是在起步的求生存的階段,可能不會那麼重視品質。然而,如果未來你想要切入到整車廠,和知名整車廠和Tier 1供應商做合作,那就不得不重視品質。否則,你的產品就無法切進供應鏈。」

從2016全球汽車銷售量排行榜可以看到,全球前七大汽車廠商的銷售量占到前十大的60%。因此這才是汽車電子廠商最終需要打進的市場。另外,Tier 1廠商也是汽車電子廠商的一個關鍵客戶群,主要涵蓋歐美日地區。中國市場這麼大,但中國的供應鏈卻無法進到全球十大汽車零元件供應商的陣營中,這個問題值得反思。中國前十大車廠以生產小型車為主,但近兩年也陸續有MPV、SUV加入。

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另外,全球車廠都將目標放在2020年(5G商用導入車聯網?)。

智慧車聯網應用與市場概況

1970年代,汽車電子的金額占汽車價格的2%,而到現在,汽車電子的金額佔到汽車價格的40~50%。由於要確保安全,因此對於傳統系統,汽車廠商不願意採納新的供應鏈。但是現在汽車電子所佔比重越來越高,對於動力總成和電池等新興供應鏈,這也帶來了機會。但是如果沒有品質,相關產品也是無法進入到這些供應鏈當中。

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SAE J3016-2016法規將自動駕駛分成6個等級(0~5級)。

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據HIS 2016年統計,2~4級自動駕駛技術由汽車廠商主導,而5級自動駕駛技術則由蘋果、優步、Google這三家非車廠主導(原因麻煩讀者自行思考…)。

自動駕駛技術首先要有感測器(如雷達、雷射雷達、攝像頭、超聲波、衛星導航系統、V2X車載單元等)資料來支援,然後送入電子控制單元(ECU)做感知和決策,最後送入汽車做各種控制。對於4級和5級自動駕駛,傳統的ECU將被Super ECU所取代。它將加入人工智慧(AI,透過機器學習得到程式)、車對基礎設施(V2I)、高精準度導航地圖(如位於高架路的哪一層)等元素,並利用LTE-V/4G/5G或DSRC/802.11p(共存)與雲端實現連接,陳旺助先生談道。

新能源車/電動車採用交流或直流電來充電。交流充電是在汽車內部有一個車載充電器來將交流電轉換成直流電;直流充電則是AC/DC轉換在外部完成。鋰電池提供250~450V直流電,而電機是交流三相系統,因此需要經過DC/AC逆變器來轉換。另外車內的12V直流供電系統則需要經過DC/DC轉換器來供電。

Audi RS 5 TDI概念車中採用了48V鋰電池,這將在以後越來越多地被看到。陳旺助透露,「Audi認為,傳統使用12V電壓配置與鉛酸電池的組合,約可供應3kW電能輸出,能夠供應一般車輛上用電低的電子設備,但其實已負荷不了現代化或是替代能源車款對於電力的需求,更負擔不了電子渦輪增壓器所需電力,因此才加上了這套48V電系配置。」

他並提到,「同時若怠速熄火時,鋰電池儲純的電能亦可分攤鉛酸電池負荷,一起供應車輛電子或空調設備用電,不僅如此,由於電壓提高至48V、電流較小,因此也將可使用較細的電纜,盡可能降低車輛負重。」

車用電子可靠度驗證方法

汽車零部件分為原廠車零部件(又分原始設備製造商,OEM和原始設計製造商,ODM)、售後維修零件(又分正廠零件OES和副廠零件AM)和代理商選配件(代理商設計製造DOP)。對於售後維修零件,歐美地區OES佔七~八成,而中國大陸和臺灣則是AM佔七~八成,二者相比,OES比AM的品質/可靠度更高,售價/成本也更高(OEM、ODM則是最高)。

據了解,汽車設計需要符合車廠規範。汽車ECU的PCBA,車廠會指定自己的車廠規範,並且有國際規範,比如IATF 16949(ISO/TS 16949)、ISO 26262,Tier 2的產品必須符合這些規範,才能交付給Tier 1廠商。PCBA拆分成PCB和IC,PCB又有IPC TM 650/IPC-6012DA,IC又有AEC Q100/Q101/Q200規範。

IATF 16949是對生產流程的管控。代理商必須做此類標準的認證,而對於剛起步、求生存的企業,這個標準可以不必考慮。汽車安全規範ISO 26262分為很多部分,其中的功能安全部分,只要是和安全相關的產品(比如ADAS)就必須要通過認證。進入到驗證的部分,又包括零元件供應鏈(Tier 2和3)和系統/子系統供應鏈(Tier 1和2),出廠件需要符合ISO 16750規範。對於零元件供應鏈,必須過AEC Q100/Q101規範,AEC Q200則是可選。

以下是ISO 26262部分細則。

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車用電子可靠度需求與壽命實證

美國電子裝備可靠度顧問小組(AGREE)對可靠度下的基本定義為:產品於固定的時間內,在特定的工作與環境條件下,執行特定性能或功能,成功達成任務的機率。

可靠度的測試,即在產品設計時期,利用不同的「環境應力」,來驗證產品的耐受水準。除驗證產品耐受水準外, 亦可利用可靠度試驗證明「產品壽命」,常見有下列三種方法:可靠度壽命預估,可靠度壽命實測和市場回饋。最終目的為提高產品品質與降低市場客退的風險。

可靠度驗證並非強制性要求,完全取決於買賣雙方協定,此與一般強制驗證要求不同,例如電磁相容(EMC)、安規、無線通訊,若無通過該國或區域相關法令核准,則不得在該區銷售。

以下是汽車電子零元件設計與驗證流程。

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汽車電子可靠度驗證由Test to Pass發展到Test to Failure。

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最後,陳旺助表示,德凱宜特DEKRA-iST 提供全方位的車用驗證平台,涉及機構零件/電子元件領域、ECU電子控制模組領域、PCB /PCBA電路板領域和晶片/元器件領域的驗證,並提供可靠性試驗、失效分析、材料測試、化學分析,以及電磁相容測試。