克服汽车电子可靠性工程挑战

汽车的基本结构几十年来都没有改变:四个轮子、发动机、收音机、车门、引擎盖等等。什么有改变的是汽车电子。自20世纪70年代以来，电子产品已经从物料清单(BOM)的5%上升到35%以上预计到2030年将超过50% (Statista)。

现代汽车中的电子设备

随着智能手机市场的饱和，更多汽车电子产品的加入对电子行业来说是一个好消息。但是，车辆的测试要求和使用环境带来了传统设计和测试没有考虑到的可靠性工程挑战，从而导致了故障。

让我们来看看汽车电子产品如何以及为什么需要超越传统方法来确保成功的可靠性工程。

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汽车电子的四大类

现代汽车的安全特性

五十年来汽车电子产品的增长可以概括为四个方面。

1. 功能的电子产品(对车辆运行至关重要):防抱死制动系统(ABS)、自动变速箱控制、启动器、燃油喷射、大灯、机电驻车制动器。
2. 符合法规的电子产品(由美国国家公路交通安全管理局或交通部授权):安全气囊、排放控制系统、备用摄像头、碰撞探测雷达。
3. 区分电子(独特的、以客户为导向的技术):信息娱乐、自适应巡航控制、Wi-Fi连接和高级驾驶辅助系统(ADAS)。
4. 增长机会(对于一般车辆):碰撞检测、仪表板显示器、平视显示器(HUD)、增强的信息娱乐系统、车对车通信(V2V)和改进的Wi-Fi。

自动驾驶汽车的出现并没有那么清晰的分类。华体会官网app下载新浪华体会官网app下载新浪自动驾驶汽车通过提高公路容量和交通流量、比人类司机更快的反应时间、更少的燃料消耗和更少的污染，提供了巨大的改进潜力。汽车制造商正在努力确保这些车辆在日常交通和恶劣的越野环境中都能安全运行，以克服消费者的一些怀疑态度。

可靠性工程挑战:故障测试

电子设备运行的计算机环境相对良好，通常包括:

• 静止/有限的振动。
• 几乎没有机械冲击。
• 低湿度/可控温度的办公环境。
• 可预测的占空比。

在这种情况下，对可靠性的考虑通常是事后才考虑的。然而，汽车电子暴露的压力源完全改变了游戏。这些压力源包括:

• 广泛的用例。
• 升高温度。
• 温度波动很大。
• 持续的振动，在发生事故的情况下，突然的震动。

汽车电子的挑战之一是难以使用环境测试进行设计验证(DV)。电子学中的失效机制很难加速。电子设备可以嵌入到需要长时间停留来稳定温度的大型系统中，并且故障行为可能难以检测。利用其他市场(如计算机)的经验来克服这些限制的尝试越来越有限，因为汽车原始设备制造商发现自己处于最新技术的前沿。

可靠性工程挑战:半导体和板级可靠性

许多出版物都承认，当今数字集成电路的特征尺寸不断缩小(缩小到4纳米!)，这使得它们越来越有可能在汽车的生命周期中首先出现故障，远远早于传统的问题，如腐蚀(车身面板)、疲劳(焊接)和磨损(皮带)。将最先进的电子设备与24小时运营相结合的自动驾驶出租车更是如此。设备的放置和操作变得至关重要，因为不同的环境会加速不同的固态机制:

• 高温加速介电击穿和偏置温度不稳定。
• 低温加速热载流子效应。

在Ansys Motion中模拟传动系统

汽车一级供应商和原始设备制造商的一流设计团队已经认识到这种日益增加的风险，他们越来越多地寻找传统设计规则、设计审查和物理测试的替代方案。最有前途的方法是在DV中引入更多的模拟，这已经被世界各地的几个组织实现了。

下载“成功实现董事会级别可靠性的6个步骤”白皮书以了解更多信息．

可靠性设计最佳实践

汽车电子产品带来的挑战是真实存在的，但并不是不可克服的可靠性设计(DfR)最佳实践应用于生命周期的早期——甚至在电路板构建之前。Ansys提供了一个完整的工作流程，汽车电子可靠性，使用一系列软件工具基于强大的和充分验证的仿真引擎。这些包括嵌入其中的代工模型Ansys红鹰而且Ansys图腾，电迁移预测内Ansys SIwave可靠性预测Ansys夏洛克．Sherlock帮助产品严格符合汽车压力因素，包括热、冲击、振动和高密度板的挑战。结果呢?可靠的产品，更少的时间花在产品鉴定，减少测试周期和相关成本。

与其他行业一样，汽车电子的快速发展是不可避免的，也将继续是不可避免的。访问Ansys夏洛克。免费试用了解更多关于如何提高电子产品的可靠性。