汽車(chē)質(zhì)量標準初階入門(mén)：資質(zhì)認證的真正意義

在之前的文章 《 汽車(chē)質(zhì)量標準初階入門(mén)：哪些認證標準與我們息息相關(guān) 》 中，我們探討了當時(shí)的車(chē)規質(zhì)量標準。自那時(shí)起，汽車(chē)市場(chǎng)獲得了長(cháng)足發(fā)展，電子設備在車(chē)輛內外扮演的角色愈發(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)所塑造的新標準。

現代與下一代汽車(chē)

現代車(chē)輛設計是一項極其復雜的任務(wù)。如今的汽車(chē)已不僅僅是一部機械裝置，而是擁有多達100個(gè)可編程電子控制單元（ECU）和上億行代碼的復雜電子生態(tài)系統。 這些系統負責管理從發(fā)動(dòng)機、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(zhù)汽車(chē)技術(shù)向更先進(jìn)的駕駛輔助系統和自主駕駛等方向突飛猛進(jìn)，汽車(chē)設計的復雜程度也在持續攀升。

這一演進(jìn)過(guò)程中的一個(gè)重大轉變是 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。不同于圍繞機械框架構建的傳統車(chē)輛，SDV更像是智能手機——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系統采用了先進(jìn)的電源管理集成電路（PMIC）、電機控制器件（MCD），以及無(wú)線(xiàn)通信系統等，如圖1所示。

這些SDV車(chē)輛連接至云端，能夠實(shí)現與其環(huán)境的無(wú)縫數字交互，并允許通過(guò)空中下載（OTA）進(jìn)行軟件升級，而無(wú)需硬件改動(dòng)。SDV以軟件驅動(dòng)的架構為設計基礎，集成了信息娛樂(lè )系統、數字座艙和高級車(chē)輛控制等功能。這種方式使SDV具有高度適應性，能夠隨著(zhù)新功能的出現而不斷進(jìn)化，變得更加智能，并在其整個(gè)生命周期內不斷升級并保持互聯(lián)。

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

當前，汽車(chē)行業(yè)已成為電子系統增長(cháng)最快的市場(chǎng)，高質(zhì)量元器件的重要性前所未有地突出。消費電子、軍事、工業(yè)和汽車(chē)等不同行業(yè)根據其應用場(chǎng)景有著(zhù)不同的要求。本文針對 汽車(chē) 和 消費電子 市場(chǎng)進(jìn)行比較，并重點(diǎn)介紹了資質(zhì)標準的關(guān)鍵差異。雖然大多數消費電子產(chǎn)品的測試要求不那么嚴格，但某些消費類(lèi)產(chǎn)品（如冰箱和洗衣機）的標準要求高于手機。如下表所示，一些消費產(chǎn)品中的電子元件在使用壽命、溫度合規性和耐用性方面低于汽車(chē)中的元件。

表1，車(chē)用與消費類(lèi)產(chǎn)品的溫度及可靠性對比

汽車(chē)電子產(chǎn)品的關(guān)鍵設計要素

汽車(chē)電子系統日益復雜，并控制著(zhù)越來(lái)越多的功能；因此，以下幾個(gè)關(guān)鍵設計要素必須納入考量：

• 堅固性與可靠性 ：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、濕度和機械應力。

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

• 抗干擾 ：車(chē)輛內部的眾多電子系統必須共存，且不能產(chǎn)生電磁干擾和射頻（RF）信號干擾，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)針對元件的制造和測試制定了嚴格的質(zhì)量標準。只有符合這些標準的部件才有資格用于汽車(chē)，從而確保它們一旦嵌入車(chē)輛電子系統中便不會(huì )失效。

關(guān)鍵車(chē)規質(zhì)量標準

若要使元件獲得“車(chē)規質(zhì)量”認證，制造商必須在整個(gè)生產(chǎn)和測試過(guò)程中遵循若干行業(yè)標準。 IATF 16949 是由國際汽車(chē)工作組（IATF）制定的車(chē)輛質(zhì)量管理體系國際標準 ，適用于為汽車(chē)行業(yè)制造零件、總成和電子元件的組織。該標準旨在建立一個(gè)強調持續改進(jìn)和缺陷預防的質(zhì)量管理體系。它還注重減少浪費和供應鏈差異，同時(shí)高效滿(mǎn)足客戶(hù)需求并提升客戶(hù)滿(mǎn)意度。該標準基于ISO 9001，但包括針對各汽車(chē)制造商的客戶(hù)特定要求。該標準立足于七大質(zhì)量管理原則： 以客戶(hù)為中心 、 領(lǐng)導作用 、 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90年代成立的行業(yè)組織，旨在建立共同的零件認證和質(zhì)量體系標準。AEC元件技術(shù)委員會(huì )是制定可靠、高質(zhì)量電子元件標準的標準化機構。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標準。符合以下規格的元件無(wú)需額外的元件級認證測試，即可適用于嚴苛的車(chē)載環(huán)境。

表2，AEC車(chē)規標準

車(chē)規資質(zhì)測試

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

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

表3，車(chē)規和商用產(chǎn)品的晶圓級與組裝測試

圖2，AEC-Q100——關(guān)鍵可靠性測試

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

表4，車(chē)規和商用產(chǎn)品的成品測試及載帶卷盤(pán)測試

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

表5，車(chē)規及商用產(chǎn)品的可靠性測試

系統級認證

系統級認證與組件級認證同樣關(guān)鍵，它確保了汽車(chē)的合規性、安全性和互操作性。隨著(zhù)車(chē)輛系統變得日益復雜，維持客戶(hù)信任變得至關(guān)重要。系統可靠性，尤其是乘客檢測和自動(dòng)剎車(chē)等關(guān)乎生命安全的技術(shù)，必須滿(mǎn)足最高標準。

IATF 16949標準 解決了這些系統級要求，而 ISO 26262標準 則專(zhuān)注于汽車(chē)電氣和電子系統的功能安全，有助于降低風(fēng)險并保護乘客和道路使用者。此外， SAE J2980 為評估這些系統的可靠性提供了指導，涵蓋了分析、預測和制造可靠汽車(chē)電子設備的最佳實(shí)踐。

如前所述，隨著(zhù)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用的SDV變得越來(lái)越普遍，增加了隨機硬件故障的風(fēng)險。例如， 兒童存在檢測系統使用帶有嵌入式固件的超寬帶（UWB） IC來(lái)增強安全性 。

針對乘用車(chē)電氣/電子/可編程電子系統的ISO 26262功能安全標準作為基于風(fēng)險的標準，有助于評估危險情況、定義安全措施，并在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中系統地輔助風(fēng)險管理，以防止因電子故障導致的事故，從而確保配備復雜電子系統的現代車(chē)輛擁有較高的安全標準。

ISO 26262標準將風(fēng)險分為四個(gè)汽車(chē)安全完整性等級（ASIL） ——從ASIL A（最低）到ASIL D（最高） ，其中ASIL D要求采取最嚴格的安全措施。下面的表6列出了從ASIL A到ASIL D的安全標準，同時(shí)提供了有關(guān)適用用例，并詳細說(shuō)明了其旨在預防的危險情況。

表6，ASIL安全完整性等級及應用

汽車(chē)認證的影響

隨著(zhù)車(chē)輛越來(lái)越像“四輪計算設備”，電子元件的質(zhì)量對于車(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)規認證的射頻（RF）濾波器、PMIC或UWB IC可能與商用元件外觀(guān)相似，但區別在于它們必須滿(mǎn)足嚴格的測試和制造標準。符合車(chē)規標準的元件設計旨在能夠經(jīng)受汽車(chē)在道路上多年使用過(guò)程中所面臨的各種嚴苛駕駛條件。

這些標準確保了汽車(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。隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)的不斷發(fā)展，遵循這些嚴格認證標準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。

結語(yǔ)

車(chē)規認證標準是確保車(chē)輛中使用的電子元件能夠滿(mǎn)足車(chē)載環(huán)境嚴苛要求的核心。從堅固性、可靠性，到使用壽命及干擾管理，這些標準確保了每個(gè)元件都經(jīng)久耐用。隨著(zhù)汽車(chē)變得越來(lái)越先進(jìn)，其內部的電子系統也越來(lái)越復雜，遵循這些標準對于保持道路上車(chē)輛的安全性和可靠性至關(guān)重要。