汽车电子中的关键车规质量标准

在之前的文章《汽车质量标准初阶入门：哪些认证标准与我们息息相关》中，我们探讨了当时的车规质量标准。自那时起，汽车市场获得了长足发展，电子设备在车辆内外扮演的角色愈发重要。本文重新审视了这一主题并更新了相关知识点，重点介绍由下一代汽车电子和通信技术所塑造的新标准。

现代与下一代汽车

现代车辆设计是一项极其复杂的任务。如今的汽车已不仅仅是一部机械装置，而是拥有多达100个可编程电子控制单元（ECU）和上亿行代码的复杂电子生态系统。这些系统负责管理从发动机、动力总成，到信息娱乐、通信和安全功能等的一切事务。随着汽车技术向更先进的驾驶辅助系统和自主驾驶等方向突飞猛进，汽车设计的复杂程度也在持续攀升。

这一演进过程中的一个重大转变是向软件定义车辆（SDV）的过渡；即由软件而非硬件决定汽车的功能。不同于围绕机械框架构建的传统车辆，SDV更像是智能手机——通过软件更新不断进化，而无需硬件修改或推出新车型。这种软件驱动的变革是汽车行业的一个重要里程碑，为完全自主驾驶汽车（AV）等的未来发展铺平了道路。此类SDV系统采用了先进的电源管理集成电路（PMIC）、电机控制器件（MCD），以及无线通信系统等，如图1所示。

这些SDV车辆连接至云端，能够实现与其环境的无缝数字交互，并允许通过空中下载（OTA）进行软件升级，而无需硬件改动。SDV以软件驱动的架构为设计基础，集成了信息娱乐系统、数字座舱和高级车辆控制等功能。这种方式使SDV具有高度适应性，能够随着新功能的出现而不断进化，变得更加智能，并在其整个生命周期内不断升级并保持互联。

图1，车载无线、电源管理和电机控制技术解决方案概览

当前，汽车行业已成为电子系统增长最快的市场，高质量元器件的重要性前所未有地突出。消费电子、军事、工业和汽车等不同行业根据其应用场景有着不同的要求。本文针对汽车和消费电子市场进行比较，并重点介绍了资质标准的关键差异。虽然大多数消费电子产品的测试要求不那么严格，但某些消费类产品（如冰箱和洗衣机）的标准要求高于手机。如下表所示，一些消费产品中的电子元件在使用寿命、温度合规性和耐用性方面低于汽车中的元件。

表1，车用与消费类产品的温度及可靠性对比

汽车电子产品的关键设计要素

汽车电子系统日益复杂，并控制着越来越多的功能；因此，以下几个关键设计要素必须纳入考量：

坚固性与可靠性：汽车电子元件必须能够承受日常使用中的恶劣条件，包括极端温度、湿度和机械应力。

使用寿命：与消费电子产品不同，汽车需稳定可靠地运行十年甚至更久。这种寿命要求每个元件都必须经久耐用。

抗干扰：车辆内部的众多电子系统必须共存，且不能产生电磁干扰和射频（RF）信号干扰，以免影响关键功能的性能。

为了确保这些因素得到充分解决，汽车行业针对元件的制造和测试制定了严格的质量标准。只有符合这些标准的部件才有资格用于汽车，从而确保它们一旦嵌入车辆电子系统中便不会失效。

关键车规质量标准

若要使元件获得“车规质量”认证，制造商必须在整个生产和测试过程中遵循若干行业标准。IATF 16949是由国际汽车工作组（IATF）制定的车辆质量管理体系国际标准，适用于为汽车行业制造零件、总成和电子元件的组织。该标准旨在建立一个强调持续改进和缺陷预防的质量管理体系。它还注重减少浪费和供应链差异，同时高效满足客户需求并提升客户满意度。该标准基于ISO 9001，但包括针对各汽车制造商的客户特定要求。该标准立足于七大质量管理原则：以客户为中心、领导作用、全员参与、过程方法、改进、循证决策以及关系管理。

汽车电子委员会（AEC）是一个由克莱斯勒（Chrysler）、福特（Ford）和通用汽车（GM）在20世纪90年代成立的行业组织，旨在建立共同的零件认证和质量体系标准。AEC元件技术委员会是制定可靠、高质量电子元件标准的标准化机构。如下表所示，这一委员会已经为汽车领域制定了若干AEC标准。符合以下规格的元件无需额外的元件级认证测试，即可适用于严苛的车载环境。

表2，AEC车规标准

车规资质测试

从晶圆级到成品，车用元件在生产过程的不同阶段都会接受测试：

晶圆级与组装：每颗裸片都会接受多次光学检查，以发现元件集成到汽车系统后可能导致故障的任何缺陷。

表3，车规和商用产品的晶圆级与组装测试

图2，AEC-Q100——关键可靠性测试

成品测试及载带卷盘测试：尽管采用了最佳的制造工艺，但始终存在因意外异常导致部件早期失效的风险。因此，汽车制造过程包括成品测试等额外的筛选环节，以便将“异常”部件在送达客户之前识别并剔除。

表4，车规和商用产品的成品测试及载带卷盘测试

可靠性测试与文档记录：制造商必须遵循一项名为“先进产品质量策划（APQP）”的广泛产品质量计划。这包括编制一份涵盖整个制造过程、测试记录，和失效模式与影响分析（FMEA）的详细文档包。生产件批准程序（PPAP）是该计划的关键部分，它确保所有元件在获得车辆使用批准前均符合必要的质量标准。

表5，车规及商用产品的可靠性测试

系统级认证

系统级认证与组件级认证同样关键，它确保了汽车的合规性、安全性和互操作性。随着车辆系统变得日益复杂，维持客户信任变得至关重要。系统可靠性，尤其是乘客检测和自动刹车等关乎生命安全的技术，必须满足最高标准。

IATF 16949标准解决了这些系统级要求，而ISO 26262标准则专注于汽车电气和电子系统的功能安全，有助于降低风险并保护乘客和道路使用者。此外，SAE J2980为评估这些系统的可靠性提供了指导，涵盖了分析、预测和制造可靠汽车电子设备的最佳实践。

如前所述，随着汽车行业的发展，软件定义车辆（SDV）已成为新常态。这些配备基于软件安全应用的SDV变得越来越普遍，增加了随机硬件故障的风险。例如，儿童存在检测系统使用带有嵌入式固件的超宽带（UWB） IC来增强安全性。

针对乘用车电气/电子/可编程电子系统的ISO 26262功能安全标准作为基于风险的标准，有助于评估危险情况、定义安全措施，并在整个开发过程中系统地辅助风险管理，以防止因电子故障导致的事故，从而确保配备复杂电子系统的现代车辆拥有较高的安全标准。

ISO 26262标准将风险分为四个汽车安全完整性等级（ASIL）——从ASIL A（最低）到ASIL D（最高），其中ASIL D要求采取最严格的安全措施。下面的表6列出了从ASIL A到ASIL D的安全标准，同时提供了有关适用用例，并详细说明了其旨在预防的危险情况。

表6，ASIL安全完整性等级及应用

汽车认证的影响

随着车辆越来越像“四轮计算设备”，电子元件的质量对于车辆的可靠性和安全性变得举足轻重。尽管一款通过车规认证的射频（RF）滤波器、PMIC或UWB IC可能与商用元件外观相似，但区别在于它们必须满足严格的测试和制造标准。符合车规标准的元件设计旨在能够经受汽车在道路上多年使用过程中所面临的各种严苛驾驶条件。

这些标准确保了汽车电子组件不仅功能正常，而且经久耐用、安全可靠，能够承受它们将遇到的极端考验。随着汽车行业的不断发展，遵循这些严格认证标准的重要性将不断提升，以确保未来的车辆尽可能可靠、安全。

结语

车规认证标准是确保车辆中使用的电子元件能够满足车载环境严苛要求的核心。从坚固性、可靠性，到使用寿命及干扰管理，这些标准确保了每个元件都经久耐用。随着汽车变得越来越先进，其内部的电子系统也越来越复杂，遵循这些标准对于保持道路上车辆的安全性和可靠性至关重要。