Automobilstandards für elektronische Komponenten

Mit der Technologie, die jeden Aspekt unseres täglichen Lebens durchdringt, von Haussicherheitssystemen bis hin zu den Lebensmitteln, die wir essen, sind die Fahrzeuge, die wir fahren, zunehmend auf ausgeklügelte Elektronik angewiesen. Von fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) wie Spurverlassenswarnung und automatischer Notbremsung bis hin zu komplexen Antriebssteuereinheiten und aufwendigen Infotainmentsystemen durchdringt die Elektronik nun jeden Aspekt des Automobilsektors; diese allgegenwärtige Integration erfordert solide, zuverlässige elektronische Komponenten, die der rauen und anspruchsvollen Automobilumgebung standhalten können – sie müssen die Distanz ohne Ausfall überstehen. 

Und natürlich bringt der Automobilbereich Herausforderungen für elektronische Komponenten mit sich, die in herkömmlichen Haushaltsgeräten nicht zu finden sind. Extreme Temperaturschwankungen, ständige Vibrationen, Exposition gegenüber Feuchtigkeit und Chemikalien sowie die Präsenz von elektromagnetischen Störungen (EMI) stellen alle eine Bedrohung für die Zuverlässigkeit der Komponenten und folglich für die Fahrzeugsicherheit dar. Um sicherzustellen, dass die Sicherheit und Langlebigkeit dieser kritischen Systeme oberste Priorität für Entwickler haben, ist die Einhaltung der vielen nationalen und internationalen Standards von größter Bedeutung; diese Standards bieten einen Rahmen für die Auswahl, das Design und die Prüfung von Komponenten, stellen sicher, dass Komponenten den Belastungen des Automobilbetriebs standhalten und die höchsten Qualitäts- und Sicherheitsstandards erfüllen.

Wenn Sie mehr über die wichtigsten Automobilstandards erfahren möchten, die das Design und die Auswahl elektronischer Komponenten regeln, sind Sie hier genau richtig. Lesen Sie weiter, um zu erkunden, wie diese Standards wichtige Anliegen wie Zuverlässigkeit, Sicherheit und Umweltaspekte adressieren.

Wichtige Automobilstandards

Mehrere kritische Automobilstandards leiten die Entwicklung und Auswahl elektronischer Komponenten und bieten einen Rahmen, um Sicherheit, Zuverlässigkeit und Qualität während des gesamten Fahrzeuglebenszyklus zu gewährleisten. Die folgenden gehören zu den wichtigsten.

ISO 26262

Dieser internationale Standard konzentriert sich auf die funktionale Sicherheit für Straßenfahrzeuge. Er etabliert einen risikobasierten Ansatz für die Entwicklung sicherheitsrelevanter Systeme, einschließlich solcher, die stark auf Elektronik basieren. ISO 26262 definiert die vier Automotive Safety Integrity Levels (ASILs), welche die Kritikalität von Sicherheitsfunktionen kategorisieren; höhere ASIL-Niveaus fordern strengere Design- und Verifizierungsprozesse. Dieser Standard ist besonders relevant für elektronische Komponenten, die in sicherheitskritischen Systemen wie ADAS, Bremssystemen und Lenksystemen verwendet werden.

AEC-Q100/Q101/Q102

Diese Standards, entwickelt vom Automotive Electronics Council (AEC), bieten Stressqualifikationsanforderungen für verschiedene Arten elektronischer Komponenten. AEC-Q100 umfasst integrierte Schaltkreise, AEC-Q101 bezieht sich auf diskrete Halbleiter, und AEC-Q102 konzentriert sich auf optoelektronische Halbleiter. Diese Standards beschreiben strenge Testverfahren zur Bewertung der Leistung von Komponenten unter extremen Bedingungen, einschließlich Temperaturwechsel, Feuchtigkeit, Vibration und elektromagnetischer Störungen. Eine erfolgreiche Qualifizierung gemäß diesen Standards gibt Vertrauen in die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Komponenten in der rauen Automobilumgebung.

IATF 16949:2016

Früher bekannt als ISO/TS 16949, spezifiziert dieser internationale Standard die Anforderungen an das Qualitätsmanagementsystem für Organisationen in der Automobilzulieferkette. Obwohl nicht direkt auf die Auswahl von Komponenten fokussiert, spielt IATF 16949:2016 eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der allgemeinen Qualität und Zuverlässigkeit von Automobilprodukten. Es betont kontinuierliche Verbesserung, Risikomanagement und Kundenzufriedenheit durch die Schaffung von prozessorientierten Qualitätsmanagementsystemen, die kontinuierliche Verbesserung, die Verhinderung von Defekten und eine „Reduzierung von Variation und Verschwendung in der Lieferkette“ fördern, alles wesentliche Aspekte für die erfolgreiche Entwicklung und Bereitstellung zuverlässiger elektronischer Komponenten.

Weitere relevante Standards

Mehrere andere Normen sind für die Automobilindustrie relevant, einschließlich ISO/SAE 21434, die sich auf die Cybersicherheit für Straßenfahrzeuge konzentriert, und Vorschriften der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa, die Fahrzeugemissionen und Umweltauswirkungen ansprechen. Diese Standards tragen zur allgemeinen Sicherheit und Leistung von Fahrzeugen bei und müssen während des Entwurfs- und Entwicklungsprozesses berücksichtigt werden.

Komponentenauswahl Überlegungen

Jetzt, da Sie einige der herausragenden Standards kennen, die über die Automobilindustrie herrschen, sollten wir hinzufügen, dass die Auswahl der richtigen elektronischen Komponenten für Automobilanwendungen eine sehr sorgfältige Berücksichtigung einer Vielzahl von Faktoren erfordert, die in der folgenden Tabelle zu finden sind:

Design für Zuverlässigkeitstechniken

Um die Zuverlässigkeit von Automobil-Elektronik zu gewährleisten, müssen Ingenieure solide Design für Zuverlässigkeit (DfR)-Techniken anwenden, die darauf abzielen, potenzielle Ausfallmodi früh im Designprozess zu identifizieren und zu mindern.

Schaltungssimulation und -analyse

• Thermische Analyse: Die Analyse des thermischen Verhaltens der Schaltung ist entscheidend, um Überhitzung und Komponentenausfälle zu verhindern. Simulationswerkzeuge können helfen, Hotspots zu identifizieren und das thermische Design zu optimieren.
• Worst-Case-Analyse: Diese Technik beinhaltet die Analyse der Schaltungsleistung unter den extremsten Betriebsbedingungen, um potenzielle Ausfallpunkte zu identifizieren.
• Fehlerbaum-Analyse: Diese Methode identifiziert systematisch potenzielle Ausfallmodi und ihre beitragenden Faktoren, was proaktive Minderungsstrategien ermöglicht.

Redundanz und Fehlertoleranz

• Die Implementierung von Redundanz in kritischen Systemen, wie die Verwendung von Dualprozessoren oder redundanten Sensoren, kann die Systemzuverlässigkeit verbessern, indem sie Backup-Funktionalität im Falle von Komponentenausfällen bietet.
• Fehlertolerante Designs integrieren Mechanismen zur Erkennung und Isolierung von Fehlern, sodass das System mit verminderter Leistung weiterarbeiten kann, bis Reparaturen durchgeführt werden können.

Alterung und Degradationsmechanismen

• Das Verständnis der Alterungs- und Degradationsmechanismen elektronischer Komponenten ist entscheidend für die Vorhersage ihrer Lebensdauer und die Gestaltung für langfristige Zuverlässigkeit. Faktoren wie Elektromigration, dielektrischer Durchbruch und thermische Zyklen können im Laufe der Zeit zur Komponentendegradation beitragen.

Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)

• FMEA ist ein systematischer Ansatz zur Identifizierung potenzieller Ausfallmodi, deren Auswirkungen und Ursachen. Sie hilft dabei, potenzielle Probleme zu priorisieren und Strategien zur Minderung zu entwickeln.

Designverifizierung und -validierung

• Umfassende Tests und Validierungen während des gesamten Designprozesses sind entscheidend, um sicherzustellen, dass das Endprodukt die erforderlichen Zuverlässigkeits- und Sicherheitsstandards erfüllt. Dies kann Tests auf Komponentenebene, Platinebene und Systemebene umfassen.

Beschleunigte Lebensdauertests

• Techniken für beschleunigte Lebensdauertests, wie Temperaturzyklen und Burn-in-Tests, können verwendet werden, um den Alterungsprozess von Komponenten zu beschleunigen und deren Langzeit-Zuverlässigkeit vorherzusagen.

Predictive Maintenance

• Die Implementierung von Strategien zur vorausschauenden Wartung, wie Vibrationsanalyse und Thermografie, kann helfen, potenzielle Ausfälle zu identifizieren, bevor sie auftreten, und ermöglicht zeitnahe Reparaturen sowie die Minimierung von Ausfallzeiten.

Fortgeschrittene Ingenieurwissenschaften in der Automobil-Elektronik

Die Einhaltung der strengen Automobilstandards für elektronische Komponenten ist für Design-Teams absolut notwendig, wenn sie beabsichtigen, sichere, zuverlässige Fahrzeuge zu verkaufen, die lange halten; diese Standards behandeln viele Aspekte, von der funktionalen Sicherheit und geringeren Umweltauswirkungen bis hin zur Komponentenzuverlässigkeit. Für diejenigen, die in der Bereitstellung solcher Komponenten hervorragen möchten, wird die Implementierung starker DfR-Techniken, die sorgfältige Auswahl von Materialien und Komponenten und die Verwendung fortschrittlicher Werkzeuge wie Altium 365 ihnen helfen, die hochwertigste Automobil-Elektronik zu entwickeln, die den anspruchsvollen Anforderungen moderner Fahrzeuge entspricht.

Altium 365 bietet eine cloudbasierte Plattform, die einen einzigartigen Satz von Vorteilen für die kollaborative Entwicklung von Automobil-Elektronik bietet:

• Ermöglicht es Design-Teams, ohne Hindernisse zusammenzuarbeiten, egal wo sich die Mitglieder auf der Welt befinden, gleichzeitig an Projekten zu arbeiten, Echtzeit-Design-Daten zu teilen und Designänderungen schnell zu überprüfen und zu genehmigen.  
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