氣候變遷影響全人類的生活,各國紛紛制定相關制度與法律,其中碳中和議題備受關注,各國家組織擬定相關法律約制每年的碳排放量,甚至包含禁售燃油車的時程計畫,歐盟在2022年6月底與各國達成協議,在2035年將禁售燃油車;2021年11月在英國格拉斯哥召開的COP26 「格拉斯哥氣候協定」,全球超過190 位領導人共同簽署防止地球持續暖化的相關制度與合約。國際氣候制度也將會逐漸改變人類目前的生活習慣,全球車廠的碳中和目標必須跟隨國際制度有所改進,電動車在未來將逐漸取代現今普遍的燃油車。

11月2日於國立陽明交通大學登場的「第20屆台灣靜電放電防護技術暨可靠度技術研討會」,德凱宜特系統可靠度工程部技術副理洪瑞含,受邀分享智慧車聯網之汽車電子模組可靠度領域的深厚經驗。洪瑞含副理在演講中指出現今電動車產業的一大課題:電動車的性能與品質為當代車廠的考驗,除了新穎的技術與配備,電動車的自駕能力也將備受期待,更完善與安全的自駕能力在電動車中為關鍵技術之一。SAE(美國汽車工程師協會)將自動駕駛等級區分為0~5級並明確列出各等級之性能規範。目前市面上電動車以等級2居多,車輛具有輔助功能,但仍需要人類監控駕駛環境,等級3~5則交由系統監控,甚至在等級4以上,踏板與方向盤可能無須安裝。針對等級3以上的自駕系統,在肇事責任的定義上已歸屬車廠。根據美國加州車輛管理局報告,2021年在加州進行測試的28家公司1,180輛自駕車,共行駛逾410萬英里(約660萬公里),約為2020年的兩倍,且持續增加上路實測。
隨著電動車自駕系統的需求將不斷提高且性能備受考驗,車內的電子元件在安裝之前必須經過一連串嚴苛的可靠度測試來確保產品品質,以保障使用者的人身安全。汽車產業與人類生命財產息息相關,是一個相對封閉的環境,產品設計的不良或可靠度的缺陷都可能造成車廠巨大的賠償損失,因此國際車廠在採購相關零件時的優先考量不會是低廉價格,而是安全、可靠度與品質。在可靠度驗證中,車用產品比起商用或電子相關產品更為嚴苛,且需著重於功能安全問題,將故障風險對人員影響降至最低。汽車製造商和一級系統供應商(Tier 1)為提高電子產品的品質和可靠度,要求電子元件故障率的等級降至十億分之一,也在供應鏈中推行車用電子零部件的可靠度驗證必須目標零缺陷且零失效,測試至產品失效為主(Testing to Failure)

相較於消費性電子產品生命週期約在3-5年的高汰換率,在汽車產業中,往往不會將新技術放入最暢銷的車款上,而是導入最成熟且可靠度與品質最佳的技術與產品。洪瑞含副理進一步說明,當車廠要開發一個產品與功能時,會依序定義系統功能、子系統功能、該採用的電子控制單元(ECU),以及需要使用的半導體元件,規格由左至右由上而下開發製造;在進行驗證時則需由下而上,一步一步完成驗證需求。正所謂「基礎不牢,地動山搖」,從最源頭確認品質做起,是產品達到高可靠度的關鍵,如不遵循V型曲線,當產品失效時,將難以釐清失效原因來自產品、製程或是設計不良所致。解析汽車電子產品驗證要點,可參考國際規範 SAE J1211 與 ISO 26262 都強調的規格需求與驗證結果-V型曲線(參見圖一)。
圖一:汽車零組件流程圖 (資料來源:SAE J1211, MOBILEYE)

在汽車可靠性測試項目中,檢測內容包含電性、振動、衝擊、高溫低溫、濕度、日照、防水、防塵、化學、壽命預估、噪音…等測試項目。在德凱宜特實驗室服務的實戰經驗中,提供全面且專業的電子產品檢測技術與服務(參見圖二)。
圖二:Automotive reliability testing item (資料來源:DEKRA iST)

最後洪瑞含副理在演講中提醒汽車電子產品驗證的5大重點:
1. 要注意可靠度測試順序
2. 從設計到驗證的V型曲線,確實執行每個環節的可靠度,以利未來失效現象的釐清
3. 要從Test to Pass延伸到Test for Mission(ALT)或是Test to Fail(HALT)
4. 量產出貨後的產品品質,定期追蹤檢視(ESS/HASA),降低製程變異,確保品質一致
5. 收集所有失效數據,包含市場上實際發生的RMA資料,做為未來產品的可靠度設計依據
圖三:汽車電子測試建議 (資料來源:DEKRA iST)

在汽車產品的驗證中,安全為第一優先考量,必須有別於既有的消費性電子產業思維,對於品質與可靠度的要求須更為嚴謹,美系車廠特別要求高加速壽命試驗(High Accelerated Life Testing,簡稱HALT),利用測試至產品失效(Testing to Failure)來找出產品的設計缺陷,並且在設計驗證階段就先將設計的缺陷改善;歐/美車廠與Tier 1重視產品使用的壽命,用統計模型來擬訂測試計畫;亞洲對於產品品質的驗證,則是透過實際長時數的電化學測試來進行,而非採用加速的方式進行驗證。由此得知,全球國際車廠都以高品質、高可靠度、產品壽命長為共同目標,當決定跨入汽車產業之路,在各項檢測必須投入更多耐心與決心。

 

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