Standardy komponentów dla elektroniki klasy samochodowej

Przemysł motoryzacyjny w dużym stopniu polega na elektronice pod kątem bezpieczeństwa, wydajności i doświadczenia użytkownika. Od jednostek sterujących silnikiem (ECU) po systemy rozrywki i informacji, komponenty elektroniczne muszą spełniać rygorystyczne normy, aby zapewnić niezawodność w trudnych warunkach.

W przeciwieństwie do elektroniki użytkowej, komponenty motoryzacyjne muszą wytrzymać ekstremalne temperatury, wibracje, wilgoć i długą żywotność. Aby zapewnić jakość, producenci stosują międzynarodowe normy. Ten artykuł wyjaśnia kluczowe normy dotyczące komponentów elektroniki motoryzacyjnej oraz to, jak Altium 365 pomaga inżynierom i kupującym szybko znaleźć części zgodne z wymogami.

Dlaczego normy są ważne w elektronice motoryzacyjnej

Jeden wadliwy czujnik może spowodować poważne problemy, takie jak nie działające poduszki powietrzne czy błędy samochodów autonomicznych. W przeciwieństwie do zwykłej elektroniki, części samochodowe muszą wytrzymać ekstremalne temperatury (od -40°C do +150°C), ciągłe wstrząsy, wilgoć i długą żywotność. Rygorystyczne normy, takie jak AEC-Q100 (dla układów scalonych), ISO 26262 (dla bezpieczeństwa) i IATF 16949 (dla jakości), zapewniają surowe testy, w tym zmiany temperatury, zakłócenia elektryczne i testy obciążeniowe. Bez nich samochody elektryczne mogłyby się przegrzewać, systemy wspomagania kierowcy mogłyby błędnie odczytywać drogi, a krytyczne funkcje mogłyby niespodziewanie zawodzić.

Kluczowe normy komponentów motoryzacyjnych

1. Normy AEC

Rada Elektroniki Motoryzacyjnej (AEC) ustala standardy niezawodności dla komponentów elektronicznych używanych w aplikacjach motoryzacyjnych. Te standardy zapewniają, że komponenty mogą wytrzymać trudne warunki takie jak ekstremalne temperatury, wibracje, wilgotność i obciążenie elektryczne.

AEC-Q100 (Dla układów scalonych)

AEC-Q100 to standard jakości dla układów scalonych używanych w aplikacjach motoryzacyjnych. Został stworzony przez Radę Elektroniki Motoryzacyjnej (AEC), aby zapewnić, że układy scalone mogą wytrzymać trudne warunki panujące wewnątrz pojazdu, takie jak: Ekstremalne temperatury (gorąco i zimno), wibracje i stres mechaniczny, wilgotność i wilgoć, Zakłócenia elektromagnetyczne. Układy scalone, które przechodzą testy AEC-Q100, są uznawane za kwalifikowane do użytku motoryzacyjnego.

Przykład:

• Mikrokontroler z certyfikatem AEC-Q100 oznacza, że nie ulegnie awarii nawet, gdy komora silnika osiągnie skwarne temperatury lub mroźny zimowy chłód.

AEC-Q101 (Dla dyskretnych półprzewodników)

AEC-Q101 to standard jakości i niezawodności dla dyskretnych półprzewodników. Został ustanowiony, aby zapewnić, że komponenty takie jak diody, tranzystory i MOSFETy mogą niezawodnie pracować w trudnych warunkach.

Przykład: 

• Tranzystor mocy z certyfikatem AEC-Q101 oznacza, że jest mało prawdopodobne, aby uległ awarii nawet po latach ciągłej pracy przy wysokim prądzie w systemach baterii pojazdów hybrydowych.

AEC-Q102 (Dla urządzeń optoelektronicznych)

AEC-Q102 jest przeznaczony dla urządzeń optoelektronicznych używanych w aplikacjach motoryzacyjnych. Obejmuje to komponenty takie jak diody LED, fotodiody, czujniki podczerwieni, optoprzekaźniki i diody laserowe.

AEC-Q102 klasyfikuje również urządzenia według klas temperatur, zapewniając odpowiedniość do różnych zastosowań motoryzacyjnych, takich jak reflektory, wyświetlacze deski rozdzielczej, czujniki LiDAR i systemy komunikacji podczerwieni.

Przykład: 

• Dioda LED z certyfikatem AEC-Q102 oznacza, że nie zmieni jasności ani koloru nawet po dekadzie ekspozycji na światło słoneczne i ekstremalne wahania temperatury w światłach do jazdy dziennej.

AEC-Q103 (Dyskretne MEMS/Czujniki)

AEC-Q103 jest głównym standardem jakości i niezawodności dla Dyskretnych Czujników. Zapewnia, że te czujniki spełniają rygorystyczne wymagania niezawodności i wydajności niezbędne do użytku w trudnych warunkach motoryzacyjnych.

Przykład: 

• Czujnik ciśnienia z certyfikatem AEC-Q103 oznacza, że nie pokaże fałszywych odczytów nawet po latach wibracji i ekstremalnych temperatur w systemach monitorowania ciśnienia w oponach.

AEC-Q104 (Moduły wieloukładowe)

AEC-Q104 dotyczy specjalnie modułów wieloukładowych (MCM) używanych w aplikacjach motoryzacyjnych.

Przykład: 

• Moduł zasilający z certyfikatem AEC-Q104 może wytrzymać ciepło pochodzące z szybkiego ładowania samochodów elektrycznych bez uszkodzeń.

AEC-Q200 (Dla komponentów pasywnych)

AEC-Q200 to specjalny zestaw testów i standardów zaprojektowanych, aby zapewnić, że komponenty elektroniczne pasywne (takie jak rezystory, kondensatory i cewki) są niezawodne i mogą wytrzymać trudne warunki.

Przykład: 

• Rezystor z certyfikatem AEC-Q200 oznacza, że nie ulegnie uszkodzeniu nawet jeśli samochód jest używany w mroźne zimy lub upalne lata.

2. Standardy ISO

Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) opracowuje globalnie uznane standardy, aby zapewnić bezpieczeństwo, niezawodność i wydajność elektrycznych i elektronicznych systemów motoryzacyjnych. Te standardy obejmują bezpieczeństwo funkcjonalne, kompatybilność elektromagnetyczną (EMC), odporność środowiskową, cyberbezpieczeństwo i więcej.

ISO 16750 (Standard testowania środowiskowego)

ISO 16750 jest międzynarodową normą, która określa, jak należy testować elektryczne i elektroniczne komponenty samochodowe, aby przetrwały rzeczywiste warunki w pojazdach. Zapewnia, że części takie jak czujniki, jednostki sterujące (ECU), okablowanie i złącza nie zawiodą z powodu ciepła, zimna, wibracji, wilgoci czy fluktuacji mocy.

Przykład:

• Jednostka sterująca samochodu musi przejść testy ISO 16750, aby udowodnić, że nie zawiedzie w mroźne zimy, upały pustynne czy po latach jazdy po wybojach.

ISO 26262 (Standard bezpieczeństwa funkcjonalnego)

Współczesne samochody polegają na skomplikowanych systemach elektronicznych do hamowania, kierowania, a nawet autonomicznej jazdy. ISO 26262 zapewnia, że te systemy są bezpieczne i mało prawdopodobne, aby zawiodły w sposób niebezpieczny. Standard używa Poziomów Integralności Bezpieczeństwa Motoryzacyjnego (ASIL A-D) do klasyfikacji systemów według ryzyka, przy czym ASIL A oznacza najniższe, a ASIL D najwyższe wymagania bezpieczeństwa dla funkcji krytycznych dla życia.

Przykład: 

• Jednostka sterująca hamulcami certyfikowana zgodnie z ISO 26262 ASIL D oznacza, że nie zawiedzie niebezpiecznie nawet w przypadku awarii chipa, ponieważ posiada redundantne procesory, które wzajemnie się sprawdzają 100 razy na sekundę.

ISO 11452 – Odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMC)

ISO 11452 określa, jak komponenty elektryczne i elektroniczne w samochodach muszą być odporne na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) pochodzące od wież radiowych, linii energetycznych, a nawet innych systemów pojazdów. Zapewnia to prawidłowe działanie ważnych elektronik samochodowych, takich jak jednostki sterujące, radary i ekrany dotykowe, nawet w przypadku wystawienia na działanie zakłóceń elektrycznych.

Przykład: 

• Radary autopilota Tesli spełniają normę ISO 11452, co zapewnia ignorowanie zakłóceń elektromagnetycznych pochodzących od linii energetycznych i wież komórkowych, przy jednoczesnym dokładnym wykrywaniu rzeczywistych przeszkód.

ISO 7637 – Przejściowe zakłócenia elektryczne w pojazdach

ISO 7637 testuje, jak elektronika samochodowa wytrzymuje skoki napięcia i zakłócenia elektryczne w systemie zasilania pojazdu. Testuje części samochodowe w warunkach zbliżonych do rzeczywistych, takich jak skoki napięcia, nagłe zmiany elektryczne i odcięcia baterii, aby upewnić się, że nie ulegną awarii lub nie stworzą ryzyka bezpieczeństwa.

Przykład: 

• Moduł sterowania światłami certyfikowany zgodnie z ISO 7637-2 nie zresetuje się podczas uruchamiania silnika w zimie przy -30°C, ponieważ przetrwał 100 000 impulsów testowych przeciążeń do 40V.

3. Normy IPC dla projektowania i montażu PCB

IPC (dawniej znane jako Instytut Obwodów Drukowanych) to globalne stowarzyszenie handlowe, które opracowuje standardy, szczególnie dla płytek obwodów drukowanych (PCB) i zespołów elektronicznych.

Kluczowe standardy:

• IPC-6012DA – Zapewnia, że PCB spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące trwałości w samochodach.
• IPC-A-610 – Definiuje zasady jakości dla zespołów elektronicznych w aplikacjach motoryzacyjnych.

4. Inne kluczowe standardy

IATF 16949 (Zarządzanie Jakością) 

IATF 16949 to globalny standard zarządzania jakością dla przemysłu motoryzacyjnego. Ten standard skupia się na redukcji defektów, poprawie efektywności i spełnianiu oczekiwań klientów. Łączy ISO 9001 z dodatkowymi wymaganiami specyficznymi dla motoryzacji, obejmującymi obszary takie jak zarządzanie ryzykiem, jakość dostawców i ciągłe doskonalenie.

Przykład: 

• Certyfikowany wstrzykiwacz paliwa IATF 16949 nie będzie przeciekał ani zatykał przed przejechaniem 150 000 mil, ponieważ każda partia produkcyjna jest kontrolowana statystycznie przy użyciu dokumentacji PPAP i 100% testowania na końcu linii produkcyjnej.

Jak możemy wykorzystać standardy komponentów motoryzacyjnych

Podczas pozyskiwania komponentów elektronicznych do zastosowań motoryzacyjnych, nabywcy muszą upewnić się, że części spełniają wymagane standardy niezawodności, bezpieczeństwa i wydajności. 

Jako inżynier ds. zaopatrzenia w elektronikę, kiedyś stanąłem przed krytyczną decyzją dotyczącą wyboru regulatora napięcia do jednostki sterującej silnikiem (ECU). Zespół projektowy potrzebował części, która mogłaby wytrzymać wysokie temperatury i wibracje, ale zespół zaopatrzenia naciskał na tańszy komercyjny układ scalony, aby obniżyć koszty. 

Jeden z dostawców zaoferował tani regulator, który wydawał się idealny, dopóki nie sprawdziłem jego specyfikacji: brak certyfikacji AEC-Q100, oceniony na -40°C do +125°C (Klasa 1), jednak nasze testy pokazały szczytowe temperatury do 140°C w pobliżu silnika i brak danych testowych dotyczących wibracji ISO 16750, co oznaczało, że mógłby zawieść pod wpływem długotrwałego stresu. 

Gdybyśmy użyli tej części, mogłoby to prowadzić do wczesnych awarii w gorących klimatach, roszczeń gwarancyjnych z powodu awarii ECU i wezwań do serwisu, jeśli regulatory zawiodłyby w krytycznych warunkach.  

Rozwiązanie: Wprowadzenie standardów AEC-Q100 i ISO

Używając Altium 365, szybko przefiltrowałem regulatory AEC-Q100 Klasa 0 (-40°C do +150°C) i porównałem raporty z testów potwierdzające zgodność z ISO 16750 (cykliczne zmiany temperatury, wibracje), certyfikaty dostawców (IATF 16949 dla zapewnienia jakości) oraz informacje o rzeczywistych stanach magazynowych i czasach realizacji, aby uniknąć opóźnień.

Wybraliśmy nieco droższą, ale w pełni kwalifikowaną część, unikając potencjalnych awarii w terenie. Lekcja, którą się nauczyłem, to nigdy nie iść na kompromis w kwestii standardów motoryzacyjnych, oszczędzanie 0,50 USD na jednostce nie jest warte ryzyka przypomnienia produktu za 10 mln USD.

Jak Altium 365 może pomóc inżynierom i kupującym w identyfikacji komponentów klasy motoryzacyjnej

Wybór odpowiednich komponentów elektronicznych klasy motoryzacyjnej jest kluczowy dla niezawodności i bezpieczeństwa, ale znalezienie certyfikowanych części może być czasochłonne. Altium 365, wiodące rozwiązanie do zarządzania danymi projektowymi elektroniki w chmurze, upraszcza proces, pomagając inżynierom szybko identyfikować i wybierać zgodne komponenty.

Oto jak Altium 365 ułatwia znalezienie certyfikowanych części AEC-Q100, AEC-Q101, AEC-Q200, ISO 26262 (ASIL) i IATF 16949:

1. Szybkie znajdowanie komponentów klasy motoryzacyjnej

Altium Designer i Altium 365 zapewniają idealne środowisko do zarządzania, wybierania i używania komponentów w projekcie produktu motoryzacyjnego. Altium 365 to środowisko oparte na chmurze do hostowania danych projektowych i katalogowania komponentów w bibliotece projektowej firmy. Te części oraz wszystkie dane projektowe są hostowane w bezpiecznej przestrzeni roboczej w chmurze z zintegrowanymi kontrolami dostępu.

Po dodaniu komponentów do centralnej biblioteki w Altium 365, zespół projektowy firmy może uzyskać dostęp do części w Altium Designer. Korzystając z zaawansowanych funkcji wyszukiwania w Altium Designer, użytkownicy mogą wyszukiwać według kwalifikacji AEC-Q (Q100, Q101, Q200), filtrować według klasy temperatury, sprawdzać zgodność z ISO 26262 (poziomy ASIL A/B/C/D).

Przykład: Potrzebujesz znaleźć mikrokontroler klasy AEC-Q100 Grade 1 w bibliotece swojej firmy? Altium 365 i Altium Designer oferują narzędzia wyszukiwania, które pomagają zawęzić wybór do idealnego komponentu w kilka sekund.

2. Zlokalizuj BOM-y, w których używane są części

Firmy produkujące wiele produktów często używają tych samych obwodów i numerów części w swoim portfolio produktów. Aby śledzić, które części są używane w różnych zestawach, często wymagana jest wewnętrzna baza danych, która jest ciągle aktualizowana. Altium 365 całkowicie automatyzuje to zadanie dzięki swoim funkcjom Where Used. Niezależnie od tego, czy jest to część o jakości motoryzacyjnej, czy standardowa, Altium 365 zapewnia widoczność wyboru części w produktach motoryzacyjnych, jak również cykli życia każdej części w BOM.

Korzyść: Przy wyborze numerów części do projektu, istnieje wizualna wskazówka pokazująca, czy cykl życia części się zakończył oraz gdzie ta część była używana, co pozwala zespołom projektowym oznaczyć projekt do aktualizacji.

3. Dostęp do szczegółowych kart katalogowych i informacji o zgodności

Przed zakupem, inżynierowie muszą zweryfikować raporty testów AEC-Q, zakresy temperatur pracy, dokumentację ISO 26262 (jeśli dotyczy).

Altium 365 zapewnia bezpośrednie linki do kart katalogowych producentów, certyfikatów zgodności i statusu cyklu życia w zarządzanej bibliotece części firmy, obok informacji technicznych o komponentach.

4. Sprawdź dostępność zapasów i czas realizacji w BOM

Łańcuchy dostaw w branży motoryzacyjnej mogą być nieprzewidywalne. Altium 365 pokazuje w czasie rzeczywistym poziomy zapasów, czasy realizacji, sugestie alternatywnych części w BOM. Korzystając z Altium 365 BOM Portal, możesz tworzyć i udostępniać BOMy członkom zespołu, eksportować listy CSV/PDF do celów zakupowych, śledzić zmiany w komponentach (wycofanie z produkcji, substytucje) oraz przeglądać informacje o łańcuchu dostaw wraz z danymi technicznymi.

Przypadek użycia: Jeśli preferowany kondensator AEC-Q200 jest niedostępny, Altium 365 pomaga szybko znaleźć równoważną część.

Podsumowanie

Elektronika samochodowa musi spełniać rygorystyczne normy, aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność. Kluczowe standardy takie jak AEC-Q100, AEC-Q200, ISO 26262 i IATF 16949 pomagają producentom tworzyć komponenty, które wytrzymają lata w ekstremalnych warunkach.

Firmy, które przestrzegają tych zasad, korzystają z narzędzi takich jak Altium 365 i Altium Designer, aby produkować bezpieczniejsze i bardziej niezawodne pojazdy na przyszłość.

Dowiedz się więcej o współpracy w chmurze przy projektowaniu elektroniki samochodowej, aby przyspieszyć rozwój, zapewnić zgodność i usprawnić pozyskiwanie komponentów.