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车用电子设计日趋繁复 透过分析、检验、测试持续改善品质

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汽车电子系统复杂,相关检测条件、环境与项目更为繁复。Seica
汽车电子系统复杂,相关检测条件、环境与项目更为繁复。Seica

随着汽车设计越来越前卫、先进,新款汽车使用电装零配件的比例正逐渐升高,不只是电装品变得更多,电装零配件、微控制器、车载电脑的复杂度并不亚于高端电脑设备,同时设备还必须符合车用电子检测标准。

近年来汽车电子化程度逐渐加深,几乎汽车相关的子系统都看得到电子零件的踪迹,电子构装产品已占整车成本50%以上,正由于汽车上的电子构装品装载于时刻移动的运行环境,不同场合的环境在温度、湿度条件差异大,汽车电子产品对于环境试验的要求比一般电子产品更高,相关应用功能载板必须经过各种模拟苛刻环境的实验测试,确保电装品能在预期的使用寿命内正常运作。

车用电子检测环境需考量温度、湿度、投放市场等,实验检测环境规划相对重要。Siemens

车用电子检测环境需考量温度、湿度、投放市场等,实验检测环境规划相对重要。Siemens

车载信息系统虽不直接影响行车安全,但电装品品质直接影响汽车品牌观感。Nissan

车载信息系统虽不直接影响行车安全,但电装品品质直接影响汽车品牌观感。Nissan

汽车电子化比例逐年增加

新款车型为了提升乘坐品质,不仅在安全与舒适配件上使用大量电子零件辅助,另在娱乐、导航、个人化电子设备的装设量也越来越多,不仅增加了车用电子系统的设计复杂度,也为车辆安全、耐用度检测增加许多门槛。随着车用电子零件数量越来越多,对于车用电子的检测要求也持续提升,车用电子零件主要可以分成三大种类,包括集成电路IC元件、离散半导体元件、被动电子元器件等三大种类,三种零组件装配而成的车用系统、子系统形成整个车用电子应用环境,不同零组件、元器件的元件特性差异大,进行检测分析的手法也不相同。

由于汽车产业使用集成电路、电子元件的数量激增,也让不少电子元件、集成电路业者急欲投入抢食应用市场,但实际上IT产业所使用的检测标准与车用标准差异大,一般电子业者并不容易打进汽车电子市场,只能选择在GPS卫星导航、车载娱乐系统、倒车雷达等非汽车电子核心产品涉入,而高获利的汽车电子供应链则难以切入,成为IC设计、电子构装系统厂急欲解决的问题。

不同区域车厂  检测基础标准略有差异

环顾全球不同车厂,在试验环境缺省试验之基础设置标准多有不同,像是在欧美车系大厂多普遍采行ISO标准,而日系车厂所使用的检测标准则与ISO略有出入。即便如此,基础检测归外在送验的最低标准,多数车厂在厂内的标准限值大多以外部规范更严苛的标准要求,以确保整车设计的综合表现能达到要求规范的限值。

一般而言,对于车厂电装品的供应商角色,对于车厂开出的电子构装品需求规格标准,不必理解为何要求这些项目,而是必须戮力达成标准,才能有机会挤进供应商之列;而对于后装产品的生产商而言,就必须针对不同投放市场的特殊需求、深入了解在地检测标准要求,才能将后装产品完成相对应的检测、打入该地市场。

车用电子构装品检测重点  需因地制宜

车用电子构装品在进行环境测试时,必须考量繁复的条件,例如,投放市场的地理、气候条件差异,另在车辆类型、车辆供电电气规格、车辆使用条件、车辆运行模式、设备寿命周期、设备安装的位置与电装设备是否牵涉生命安全影响性一一考量。同时因应全球化浪潮,生产商可能不见得在本国制成成品才运输至销售市场,在当地市场采购零组件与适地进行装配,组装成模块、半成品或成品的机会相当高,这时即必须针对在地采购的零件、零配件等设计产品测试计划、同时进行模拟测试,借此找出产品缺陷,提升产品品质。

汽车电子产品大致可区分动力控制、安全控制、车身控制、行驶控制与信息系统等五大子系统,在动力控制系统下包括动力方向盘、引擎电子控制器、自动变速箱控制器等;安全控制系统包含安全气囊、ABS/ASR、线控系统等;车身控制系统包括电子开关控制、各种灯光控制、汽车防盗系统、车门锁控制、车窗控制、雨刷控制等电子控制功能;行驶控制系统则包含行车状态仪表、车用空调系统、底盘控制系统等;信息系统则包含车载娱乐系统、移动通讯系统、GPS卫星导航系统等;不同商品检测项目也相对复杂。

自检宜参考国际标准  再额外增车检专用强化项目

从车用设备的相关法规检视,一般会对车用产品零组件、零配件较消费性产品要求更高、更为严苛,但实际上从车用电子的验证标准检视,会发现惯用的国际标准AEC(Automotive Electronics Council)中,进行相关法规制定的衍生规范其测试条件仍以JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)或MIL-STD(美国军用标准Military Standard)为主,另再额外增加车用电子所需的测试方式,在相关检测的思考方向仍有限制。

前述,车用电子元器件大致能区分为三大类别,包括集成电路IC元件、离散半导体元件和被动元件等,另电子系统、子系统相关之电路连接器、印刷电路板、功能模块等,这些功能单位多数可以使用开发者自行设计的检测规范、提供给采用零组件的业者进行原型设计、功能整合,一般在供应元器件的同时也会提供参考设计、验证资源等。

参考国际检测设计建议  订立对应检验条件

在AEC设计建议中,一款汽车的零配件应该就元件的置放位置区分为乘坐区与引擎区,不同的元器件置放环境对其系统、子系统模块所要求的基本耐温规格就有较大差异,检测条件也应区隔不同区域元件使用的差异,因此AEC也针对实际使用的元件类型分门别类,即依照设置环境差异订立对应检验条件。

若以系统拆解,像是子系统(Sub-System)可对应SAE、ISO、JASO等相关车辆标准检测,自子系统细分如PCB构装、PCB电路板等检测需求,而再细分如半导体芯片对应如AEC-Q100、半导体离散元件对应如AEC-Q101、电阻/电感/电容等被动元器件则对应AEC-Q200等。

电装品的构装结构  因应车载平台宜再强化设计

除了针对功能模块、主要元器件的产品寿命、稳定性进行测试外,其实车用电子产品更重要的是要将产品的结构、组装品质加到测试项目中,因为这些子系统、功能模块最终都会导入车辆设计之中,而在车载平台或是有限的机构空间中,也会使得电子电路的元器件、甚至是组装加工形式的不同,导致子系统功能可能出现故障问题,例如,在进行推/拉力测试模拟车载环境汽车在颠簸路面行进对电路载板形成的应力,即会影响到电路板焊接元器件的锡球接合强度、载板弯曲度等测试,不仅要关注传统在电子零件、元器件的重点电性搭配环境温度/湿度进行耐用故测试,也必须考量车载应用环境的机构强度与应力检测需求。

而基于车载应用衍生的检测项目,在一般电子产品必经的EMC(Electromagnetic Compatibility)检测,在车用电子产品也必须谨慎进行,目前一般IC出厂大多已有针对基本的EMC要求进行先期验证,以降低导入设计模块后的使用风险,但实际上在整合至功能模块、子系统后,应针对电子电路进行的EMC检测仍不能省略,以降低产品使用风险,同时也能针对检测结果优化产品使用品质。

在车用电子的检测需求项目中,可以针对Automotive Parts(汽车零配件)、ECU Module(电控模块)、PCB/PCBA(电路载板)、IC/Component(电子元器件)等进行相关检测。除电磁兼容检测外,也必须针对电子模块进行Reliability Test(可靠度验证)、Failure Analysis(失效分析)、Material Test(材料测试)与Chemical Test材料化学分析。