汽車(chē)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)初階入門(mén)：資質(zhì)認(rèn)證的真正意義

在之前的文章 《 汽車(chē)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)初階入門(mén)：哪些認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與我們息息相關(guān) 》 中，我們探討了當(dāng)時(shí)的車(chē)規(guī)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。自那時(shí)起，汽車(chē)市場(chǎng)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，電子設(shè)備在車(chē)輛內(nèi)外扮演的角色愈發(fā)重要。本文重新審視了這一主題并更新了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，重點(diǎn)介紹由下一代汽車(chē)電子和通信技術(shù)所塑造的新標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)代與下一代汽車(chē)

現(xiàn)代車(chē)輛設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極其復(fù)雜的任務(wù)。如今的汽車(chē)已不僅僅是一部機(jī)械裝置，而是擁有多達(dá)100個(gè)可編程電子控制單元（ECU）和上億行代碼的復(fù)雜電子生態(tài)系統(tǒng)。 這些系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理從發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力總成，到信息娛樂(lè)、通信和安全功能等的一切事務(wù) 。隨著汽車(chē)技術(shù)向更先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)和自主駕駛等方向突飛猛進(jìn)，汽車(chē)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度也在持續(xù)攀升。

這一演進(jìn)過(guò)程中的一個(gè)重大轉(zhuǎn)變是 向軟件定義車(chē)輛（SDV）的過(guò)渡 ；即由軟件而非硬件決定汽車(chē)的功能。不同于圍繞機(jī)械框架構(gòu)建的傳統(tǒng)車(chē)輛，SDV更像是智能手機(jī)——通過(guò)軟件更新不斷進(jìn)化，而無(wú)需硬件修改或推出新車(chē)型。這種軟件驅(qū)動(dòng)的變革是汽車(chē)行業(yè)的一個(gè)重要里程碑，為完全自主駕駛汽車(chē)（AV）等的未來(lái)發(fā)展鋪平了道路。此類(lèi)SDV系統(tǒng)采用了先進(jìn)的電源管理集成電路（PMIC）、電機(jī)控制器件（MCD），以及無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)等，如圖1所示。

這些SDV車(chē)輛連接至云端，能夠?qū)崿F(xiàn)與其環(huán)境的無(wú)縫數(shù)字交互，并允許通過(guò)空中下載（OTA）進(jìn)行軟件升級(jí)，而無(wú)需硬件改動(dòng)。SDV以軟件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，集成了信息娛樂(lè)系統(tǒng)、數(shù)字座艙和高級(jí)車(chē)輛控制等功能。這種方式使SDV具有高度適應(yīng)性，能夠隨著新功能的出現(xiàn)而不斷進(jìn)化，變得更加智能，并在其整個(gè)生命周期內(nèi)不斷升級(jí)并保持互聯(lián)。

圖1，車(chē)載無(wú)線(xiàn)、電源管理和電機(jī)控制技術(shù)解決方案概覽

當(dāng)前，汽車(chē)行業(yè)已成為電子系統(tǒng)增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)，高質(zhì)量元器件的重要性前所未有地突出。消費(fèi)電子、軍事、工業(yè)和汽車(chē)等不同行業(yè)根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)景有著不同的要求。本文針對(duì) 汽車(chē) 和 消費(fèi)電子 市場(chǎng)進(jìn)行比較，并重點(diǎn)介紹了資質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵差異。雖然大多數(shù)消費(fèi)電子產(chǎn)品的測(cè)試要求不那么嚴(yán)格，但某些消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品（如冰箱和洗衣機(jī)）的標(biāo)準(zhǔn)要求高于手機(jī)。如下表所示，一些消費(fèi)產(chǎn)品中的電子元件在使用壽命、溫度合規(guī)性和耐用性方面低于汽車(chē)中的元件。

表1，車(chē)用與消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品的溫度及可靠性對(duì)比

汽車(chē)電子產(chǎn)品的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素

汽車(chē)電子系統(tǒng)日益復(fù)雜，并控制著越來(lái)越多的功能；因此，以下幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素必須納入考量：

• 堅(jiān)固性與可靠性 ：汽車(chē)電子元件必須能夠承受日常使用中的惡劣條件，包括極端溫度、濕度和機(jī)械應(yīng)力。

• 使用壽命 ：與消費(fèi)電子產(chǎn)品不同，汽車(chē)需穩(wěn)定可靠地運(yùn)行十年甚至更久。這種壽命要求每個(gè)元件都必須經(jīng)久耐用。

• 抗干擾 ：車(chē)輛內(nèi)部的眾多電子系統(tǒng)必須共存，且不能產(chǎn)生電磁干擾和射頻（RF）信號(hào)干擾，以免影響關(guān)鍵功能的性能。

為了確保這些因素得到充分解決，汽車(chē)行業(yè)針對(duì)元件的制造和測(cè)試制定了嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。只有符合這些標(biāo)準(zhǔn)的部件才有資格用于汽車(chē)，從而確保它們一旦嵌入車(chē)輛電子系統(tǒng)中便不會(huì)失效。

關(guān)鍵車(chē)規(guī)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

若要使元件獲得“車(chē)規(guī)質(zhì)量”認(rèn)證，制造商必須在整個(gè)生產(chǎn)和測(cè)試過(guò)程中遵循若干行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 IATF 16949 是由國(guó)際汽車(chē)工作組（IATF）制定的車(chē)輛質(zhì)量管理體系國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ，適用于為汽車(chē)行業(yè)制造零件、總成和電子元件的組織。該標(biāo)準(zhǔn)旨在建立一個(gè)強(qiáng)調(diào)持續(xù)改進(jìn)和缺陷預(yù)防的質(zhì)量管理體系。它還注重減少浪費(fèi)和供應(yīng)鏈差異，同時(shí)高效滿(mǎn)足客戶(hù)需求并提升客戶(hù)滿(mǎn)意度。該標(biāo)準(zhǔn)基于ISO 9001，但包括針對(duì)各汽車(chē)制造商的客戶(hù)特定要求。該標(biāo)準(zhǔn)立足于七大質(zhì)量管理原則： 以客戶(hù)為中心 、 領(lǐng)導(dǎo)作用 、 全員參與 、 過(guò)程方法 、 改進(jìn) 、 循證決策 以及 關(guān)系管理 。

汽車(chē)電子委員會(huì)（AEC）是一個(gè)由克萊斯勒（Chrysler）、福特（Ford）和通用汽車(chē)（GM）在20世紀(jì)90年代成立的行業(yè)組織，旨在建立共同的零件認(rèn)證和質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)。AEC元件技術(shù)委員會(huì)是制定可靠、高質(zhì)量電子元件標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。如下表所示，這一委員會(huì)已經(jīng)為汽車(chē)領(lǐng)域制定了若干AEC標(biāo)準(zhǔn)。符合以下規(guī)格的元件無(wú)需額外的元件級(jí)認(rèn)證測(cè)試，即可適用于嚴(yán)苛的車(chē)載環(huán)境。

表2，AEC車(chē)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

車(chē)規(guī)資質(zhì)測(cè)試

從晶圓級(jí)到成品，車(chē)用元件在生產(chǎn)過(guò)程的不同階段都會(huì)接受測(cè)試：

晶圓級(jí)與組裝 ：每顆裸片都會(huì)接受多次光學(xué)檢查，以發(fā)現(xiàn)元件集成到汽車(chē)系統(tǒng)后可能導(dǎo)致故障的任何缺陷。

表3，車(chē)規(guī)和商用產(chǎn)品的晶圓級(jí)與組裝測(cè)試

圖2，AEC-Q100——關(guān)鍵可靠性測(cè)試

成品測(cè)試及載帶卷盤(pán)測(cè)試 ：盡管采用了最佳的制造工藝，但始終存在因意外異常導(dǎo)致部件早期失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此，汽車(chē)制造過(guò)程包括成品測(cè)試等額外的篩選環(huán)節(jié)，以便將“異?！辈考谒瓦_(dá)客戶(hù)之前識(shí)別并剔除。

表4，車(chē)規(guī)和商用產(chǎn)品的成品測(cè)試及載帶卷盤(pán)測(cè)試

可靠性測(cè)試與文檔記錄 ：制造商必須遵循一項(xiàng)名為“先進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量策劃（APQP）”的廣泛產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)劃。這包括編制一份涵蓋整個(gè)制造過(guò)程、測(cè)試記錄，和失效模式與影響分析（FMEA）的詳細(xì)文檔包。生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序（PPAP）是該計(jì)劃的關(guān)鍵部分，它確保所有元件在獲得車(chē)輛使用批準(zhǔn)前均符合必要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表5，車(chē)規(guī)及商用產(chǎn)品的可靠性測(cè)試

系統(tǒng)級(jí)認(rèn)證

系統(tǒng)級(jí)認(rèn)證與組件級(jí)認(rèn)證同樣關(guān)鍵，它確保了汽車(chē)的合規(guī)性、安全性和互操作性。隨著車(chē)輛系統(tǒng)變得日益復(fù)雜，維持客戶(hù)信任變得至關(guān)重要。系統(tǒng)可靠性，尤其是乘客檢測(cè)和自動(dòng)剎車(chē)等關(guān)乎生命安全的技術(shù)，必須滿(mǎn)足最高標(biāo)準(zhǔn)。

IATF 16949標(biāo)準(zhǔn) 解決了這些系統(tǒng)級(jí)要求，而 ISO 26262標(biāo)準(zhǔn) 則專(zhuān)注于汽車(chē)電氣和電子系統(tǒng)的功能安全，有助于降低風(fēng)險(xiǎn)并保護(hù)乘客和道路使用者。此外， SAE J2980 為評(píng)估這些系統(tǒng)的可靠性提供了指導(dǎo)，涵蓋了分析、預(yù)測(cè)和制造可靠汽車(chē)電子設(shè)備的最佳實(shí)踐。

如前所述，隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展， 軟件定義車(chē)輛（SDV）已成為新常態(tài) 。這些配備基于軟件安全應(yīng)用的SDV變得越來(lái)越普遍，增加了隨機(jī)硬件故障的風(fēng)險(xiǎn)。例如， 兒童存在檢測(cè)系統(tǒng)使用帶有嵌入式固件的超寬帶（UWB） IC來(lái)增強(qiáng)安全性 。

針對(duì)乘用車(chē)電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)的ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)作為基于風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，有助于評(píng)估危險(xiǎn)情況、定義安全措施，并在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中系統(tǒng)地輔助風(fēng)險(xiǎn)管理，以防止因電子故障導(dǎo)致的事故，從而確保配備復(fù)雜電子系統(tǒng)的現(xiàn)代車(chē)輛擁有較高的安全標(biāo)準(zhǔn)。

ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)將風(fēng)險(xiǎn)分為四個(gè)汽車(chē)安全完整性等級(jí)（ASIL） ——從ASIL A（最低）到ASIL D（最高） ，其中ASIL D要求采取最嚴(yán)格的安全措施。下面的表6列出了從ASIL A到ASIL D的安全標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提供了有關(guān)適用用例，并詳細(xì)說(shuō)明了其旨在預(yù)防的危險(xiǎn)情況。

表6，ASIL安全完整性等級(jí)及應(yīng)用

汽車(chē)認(rèn)證的影響

隨著車(chē)輛越來(lái)越像“四輪計(jì)算設(shè)備”，電子元件的質(zhì)量對(duì)于車(chē)輛的可靠性和安全性變得舉足輕重。盡管一款通過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證的射頻（RF）濾波器、PMIC或UWB IC可能與商用元件外觀(guān)相似，但區(qū)別在于它們必須滿(mǎn)足嚴(yán)格的測(cè)試和制造標(biāo)準(zhǔn)。符合車(chē)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的元件設(shè)計(jì)旨在能夠經(jīng)受汽車(chē)在道路上多年使用過(guò)程中所面臨的各種嚴(yán)苛駕駛條件。

這些標(biāo)準(zhǔn)確保了汽車(chē)電子組件不僅功能正常，而且經(jīng)久耐用、安全可靠，能夠承受它們將遇到的極端考驗(yàn)。隨著汽車(chē)行業(yè)的不斷發(fā)展，遵循這些嚴(yán)格認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的重要性將不斷提升，以確保未來(lái)的車(chē)輛盡可能可靠、安全。

結(jié)語(yǔ)

車(chē)規(guī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是確保車(chē)輛中使用的電子元件能夠滿(mǎn)足車(chē)載環(huán)境嚴(yán)苛要求的核心。從堅(jiān)固性、可靠性，到使用壽命及干擾管理，這些標(biāo)準(zhǔn)確保了每個(gè)元件都經(jīng)久耐用。隨著汽車(chē)變得越來(lái)越先進(jìn)，其內(nèi)部的電子系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜，遵循這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于保持道路上車(chē)輛的安全性和可靠性至關(guān)重要。