Estándares automotrices para componentes electrónicos

Con la tecnología penetrando cada elemento de nuestras vidas cotidianas, desde los sistemas de seguridad doméstica hasta la comida que comemos, los vehículos que conducimos se han vuelto cada vez más dependientes de electrónica sofisticada. Desde sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) como la advertencia de salida de carril y el frenado automático de emergencia hasta unidades de control de tren motriz complejas y sistemas de infoentretenimiento elaborados, la electrónica ahora impregna cada aspecto del sector automotriz; esta integración omnipresente exige componentes electrónicos sólidos y fiables que puedan resistir el duro y exigente entorno automotriz: necesitan recorrer la distancia sin fallas. 

Y, naturalmente, el sector automotriz presenta desafíos a los componentes electrónicos que no se ven en los electrodomésticos estándar. Las fluctuaciones extremas de temperatura, la vibración constante, la exposición a la humedad y a químicos, y la presencia de interferencia electromagnética (EMI) representan amenazas para la fiabilidad de los componentes y, en consecuencia, para la seguridad del vehículo. Para asegurar que la seguridad y la longevidad de estos sistemas críticos sean la prioridad número uno de los desarrolladores, la adherencia a los numerosos estándares nacionales e internacionales es de suma importancia; estos estándares proporcionan un marco para la selección de componentes, diseño y pruebas, aseguran que los componentes puedan resistir los rigores de la operación automotriz y cumplir con los más altos niveles de calidad y seguridad.

Si necesita conocer los principales estándares automotrices que rigen el diseño y la selección de componentes electrónicos, está en el lugar correcto. Siga leyendo para explorar cómo estos estándares abordan preocupaciones importantes como la fiabilidad, la seguridad y los elementos ambientales.

Estándares Automotrices Clave

Varios estándares automotrices críticos guían el desarrollo y la selección de componentes electrónicos y proporcionan un marco para asegurar la seguridad, la fiabilidad y la calidad a lo largo de todo el ciclo de vida del vehículo. A continuación, se presentan algunos de los más importantes.

ISO 26262

Este estándar internacional se centra en la seguridad funcional para vehículos de carretera. Establece un enfoque basado en el riesgo para el desarrollo de sistemas relacionados con la seguridad, incluidos aquellos que dependen en gran medida de la electrónica. ISO 26262 define los cuatro Niveles de Integridad de Seguridad Automotriz (ASILs), que categorizan la criticidad de las funciones de seguridad; niveles ASIL más altos exigen procesos de diseño y verificación más estrictos. Este estándar es particularmente relevante para componentes electrónicos involucrados en sistemas críticos de seguridad como ADAS, sistemas de frenado y sistemas de dirección.

AEC-Q100/Q101/Q102

Estos estándares, desarrollados por el Consejo de Electrónica Automotriz (AEC), proporcionan requisitos de calificación de estrés para varios tipos de componentes electrónicos. AEC-Q100 cubre circuitos integrados, AEC-Q101 se dirige a semiconductores discretos, y AEC-Q102 se centra en semiconductores optoelectrónicos. Estas normas describen procedimientos de prueba rigurosos para evaluar el rendimiento de los componentes bajo condiciones extremas, incluyendo ciclos de temperatura, humedad, vibración e interferencia electromagnética. La calificación exitosa según estas normas proporciona confianza en la fiabilidad y longevidad de los componentes en el duro entorno automotriz.

IATF 16949:2016

Anteriormente conocida como ISO/TS 16949, esta norma internacional especifica los requisitos del sistema de gestión de calidad para organizaciones en la cadena de suministro automotriz. Aunque no se centra directamente en la selección de componentes, IATF 16949:2016 juega un papel crucial en asegurar la calidad y fiabilidad general de los productos automotrices. Enfatiza la mejora continua, la gestión de riesgos y la satisfacción del cliente a través de la creación de sistemas de gestión de calidad orientados a procesos que promueven la mejora continua, la prevención de defectos y una “reducción de la variación y el desperdicio en la cadena de suministro”, todos los cuales son esenciales para el desarrollo y despliegue exitoso de componentes electrónicos fiables.

Otras Normas Relevantes

Varias otras normas son relevantes para la industria automotriz, incluyendo ISO/SAE 21434, que se centra en la ciberseguridad para vehículos de carretera, y las regulaciones de la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas, que abordan las emisiones de vehículos y el impacto ambiental. Estas normas contribuyen a la seguridad general y al rendimiento de los vehículos y deben ser consideradas durante el proceso de diseño y desarrollo.

Consideraciones para la Selección de Componentes

Ahora que entiendes algunas de las normas destacadas que rigen la industria automotriz, deberíamos añadir que elegir los componentes electrónicos adecuados para aplicaciones automotrices requiere una consideración muy cuidadosa de una miríada de factores, que se pueden encontrar en la siguiente tabla:

Técnicas de Diseño para la Fiabilidad

Para garantizar la fiabilidad de la electrónica automotriz, los ingenieros deben emplear sólidas técnicas de Diseño para la Fiabilidad (DfR) que tienen como objetivo identificar y mitigar los posibles modos de fallo desde el inicio del proceso de diseño.

Simulación y Análisis de Circuitos

• Análisis Térmico: Analizar el comportamiento térmico del circuito es crucial para prevenir el sobrecalentamiento y las fallas de componentes. Las herramientas de simulación pueden ayudar a identificar puntos calientes y optimizar el diseño térmico.
• Análisis de Peor Caso: Esta técnica implica analizar el rendimiento del circuito bajo las condiciones operativas más extremas para identificar posibles puntos de fallo.
• Análisis de Árbol de Fallos: Este método identifica sistemáticamente los posibles modos de fallo y sus factores contribuyentes, permitiendo estrategias de mitigación proactivas.

Redundancia y Tolerancia a Fallos

• Implementar redundancia en sistemas críticos, como el uso de procesadores duales o sensores redundantes, puede mejorar la fiabilidad del sistema al proporcionar una funcionalidad de respaldo en caso de fallos de componentes.
• Los diseños tolerantes a fallos incorporan mecanismos para detectar y aislar fallos, permitiendo que el sistema continúe operando con un rendimiento degradado hasta que se puedan realizar reparaciones.

Mecanismos de Envejecimiento y Degradación

• Entender los mecanismos de envejecimiento y degradación de los componentes electrónicos es crucial para predecir su vida útil y diseñar para una fiabilidad a largo plazo. Factores como la electromigración, la ruptura dieléctrica y el ciclado térmico pueden contribuir a la degradación de los componentes con el tiempo.

Análisis de Modos de Fallo y sus Efectos (FMEA)

• El FMEA es un enfoque sistemático para identificar posibles modos de fallo, sus efectos y sus causas. Ayuda a priorizar problemas potenciales y desarrollar estrategias de mitigación.

Verificación y Validación de Diseño

• Las pruebas rigurosas y la validación a lo largo del proceso de diseño son esenciales para asegurar que el producto final cumpla con los estándares de fiabilidad y seguridad requeridos. Esto puede incluir pruebas a nivel de componente, pruebas a nivel de placa y pruebas a nivel de sistema.

Pruebas de Vida Acelerada

• Las técnicas de pruebas de vida acelerada, como el ciclado de temperatura y pruebas de quemado, pueden usarse para acelerar el proceso de envejecimiento de los componentes y predecir su fiabilidad a largo plazo.

Mantenimiento Predictivo

• Implementar estrategias de mantenimiento predictivo, como análisis de vibraciones y termografía, puede ayudar a identificar posibles fallos antes de que ocurran, permitiendo reparaciones oportunas y minimizando el tiempo de inactividad.

Ingeniería Avanzada de Electrónica Automotriz

La adhesión a los estrictos estándares automotrices para componentes electrónicos es absolutamente esencial para los equipos de diseño si tienen la intención de vender vehículos seguros, confiables y duraderos; estos estándares abordan muchos aspectos, que van desde la seguridad funcional y el menor impacto ambiental hasta la fiabilidad de los componentes. Para aquellos que deseen destacarse en la provisión de tales componentes, implementar fuertes técnicas de Diseño para la Fiabilidad (DfR), seleccionar cuidadosamente materiales y componentes, y utilizar herramientas avanzadas como Altium 365 les ayudará a desarrollar electrónica automotriz de la más alta calidad que cumpla con los exigentes requisitos de los vehículos modernos.

Altium 365 ofrece una plataforma basada en la nube que brinda un conjunto único de ventajas para el diseño colaborativo de electrónica automotriz:

• Permite a los equipos de diseño colaborar sin obstáculos, sin importar dónde se encuentren los miembros en el mundo, trabajando de manera concurrente en proyectos, compartiendo datos de diseño en tiempo real y revisando y aprobando rápidamente los cambios de diseño.  
• Incorpora capacidades de gestión de datos y control de versiones que aseguran el almacenamiento seguro de datos de diseño en la nube y facilitan su acceso y rastreabilidad. Esta capacidad es fantástica para cumplir con los diversos requisitos de trazabilidad y cumplimiento de los estándares automotrices.
• Proporciona acceso a una amplia biblioteca de componentes pre-verificados, incluyendo muchos adecuados para aplicaciones automotrices. La plataforma también facilita la gestión eficiente de componentes y hace que los datos más recientes de los componentes estén fácilmente disponibles para el equipo de diseño.

Esta es solo una pequeña selección de características que mejoran el proceso. Aprende más sobre la colaboración en la nube para el diseño de electrónica automotriz para acelerar el desarrollo, asegurar el cumplimiento y optimizar la adquisición de componentes.