汽车电子环境可靠性标准

1. 简介

汽车的控制系统是以高端电子设备为基础，因此电子控制设备的可靠性对整车的可靠性起主导作用。一般来说，使用环境会影响到电子设备和单元的耐久性以及操作性能。因此，汽车电子元器件的环境可靠性问题成为汽车可靠性的核心问题之一。在开发设计的过程中，关键的问题就变为如何根据实际使用条件来设计环境试验项目，以及如何在控制成本的同时维持实用性和性能要求。本文主要介绍了汽车电子元器件常用的环境可靠性测试标准，希望能起到抛砖引玉的效果。

2. 汽车零部件的使用环境

汽车的使用环境比一般的消费电子要严酷很多，包括了温度、湿度、振动、雨水、耐老化性能、电压波动以及电压冲击等因素，表1、表2和表3给出了不同部位的汽车电子的温度湿度和振动条件。汽车电子的可靠性要求也比普通消费电子的可靠性要求高很多，一般会高出一个甚至两三个数量级。

表1 汽车电子温度环境条件

部位Location

前仪表板上部Top of the front instrument panel 前仪表板底部Bottom of the front instrument panel 客舱地板Passenger cabin floor 后架Rear deck

表2 汽车电子湿度环境条件

部位Location

引擎舱（引擎附近）Engine compartment (around engine)

引擎舱（轮片）Engine compartment (dashboard)

坐椅Passenger seats 侧门周围Around both side doors 仪表板前部Around front dash panel

地板Floor sheet 后架Rear deck

表3 汽车电子振动环境条件

振动源 发动机转矩波动 离合器不正

频率 2～10Hz 2～10Hz

最大湿度 38℃，95％ 66℃，80％ 66℃，80％ 38℃，95％ 38℃，95％ 66℃，80％ 38℃，95％ 最大温度 120℃ 71℃ 105℃ 117℃

头枕Headlining 83℃

行李箱Trunk 38℃，95％

传动轴夹角 10～20Hz 发动机转矩波动 20～50HZ

旋转失衡 20～50HZ 发动机转矩波动 50～80HZ 传动轴夹角 50～80HZ 发动机旋转惯性 100～200HZ 齿轮的啮合力 400～2000HZ

3. 国际通用测试标准 3.1 AEC 系列标准

上个世纪九十年代，克莱斯勒、福特和通用汽车为建立一套通用的零件资质及质量系统标准而设立了汽车电子委员会(AEC)，AEC建立了质量控制的标准。AEC-Q-100芯片应力测试的认证规范是AEC的第一个标准。AEC-Q-100于1994年首次发表，由于符合AEC规范的零部件均可被上述三家车厂同时采用，促进了零部件制造商交换其产品特性数据的意愿，并推动了汽车零件通用性的实施，使得AEC标准逐渐成为汽车电子零部件的通用测试规范。经过10多年的发展，AEC-Q-100已经成为汽车电子系统的通用标准。在AEC-Q-100之后又陆续制定了针对离散组件的AEC-Q-101和针对被动组件的AEC-Q-200等规范，以及AEC-Q001/Q002/Q003/Q004等指导性原则。

3.2 ISO 16750系列标准

ISO 16750系列标准是国际标准化组织ISO最近几年推出的针对汽车电子的环境可靠性标准，该标准是欧系车常用的标准，并且逐渐被世界各国转化为国家标准，也逐渐被各企业标准所引用，成为应用比较广泛的汽车电子的环境可靠性标准。该系列标准包括五个部分：（1）ISO 16750-1 总则，（2）ISO 16750-2 电气负载；（3）ISO 16750-3 机械负载；（4）ISO 16750-4 气候负载；（5）ISO 16750-5 化学负载，各试验项目则主要采用了国际电工协会（IEC）的相关环境试验标准，表4列出了ISO 16750-４标准的试验项目情况。

表4 ISO16750-4 试验项目 试验项目

试验方法

试验条件

低温贮存 -40℃, 24 h

IEC 60068-2-1

低温工作 Tmin, 24 h 高温贮存 85℃, 48 h

IEC 60068-2-2

高温工作 Tmax, 96 h 温度步进 温度循环 冰水冲击 盐雾 交变湿热

IEC 60068-2-14:Nb Na

IEC 60068-2-52 Kb

IEC 60068-2-11 Ka IEC 60068-2-30 Db, IEC 60068-2-38 Z/AD

20℃ to Tmin to Tmax (步长：5℃ ) 去离子水 +55℃，6个循环 或者Z/AD 10个循环

恒定湿热 IEC 60068-2-78 Cab 21d 混合气体腐蚀试验 IEC 60068-2-60 Ke 方法4 10d或者21d 防尘防水 ISO 20653

最严酷为：IP6K9K

3.3 SAE 相关标准介绍

美国汽车工程师协会（SAE）很早就制定了汽车电子的环境可靠性标准，包括至今仍在广泛使用的SAE J1211汽车电气部件环境试验标准，SAE J1455汽车电气部件环境试验标准以及针对电动汽车电池的环境可靠性标准SAE J2464电动汽车电池滥用试验和SAE J2380 电动汽车电池的振动试验等一系列标准。图1给出了SAE J2464的试验方法概要。

SAE J2464 机械滥用试验 冲击试验 跌落试验 刺穿试验 翻滚试验 浸渍试验 挤压试验 热量滥用试验 辐射热试验 热稳定试验 热绝缘破坏试验 过热试验 热循环试验 高温贮存试验 电滥用试验 短路试验 部分短路试验 过充电试验 过放电试验 低温试验

图1 SAE J2464 试验项目

3.4 其他相关标准

除了上述广泛使用的汽车电子的环境可靠性标准，还有一些针对电子电器部件的可靠性标准也经常被

汽车电子行业采用，这些标准包括： 1) MIL-STD-202 电子零部件 2) MIL-STD-750 半导体部件 3) MIL-STD-883 微电路器件 4) EIA-364系列

4. 主流车厂试验标准

各汽车企业对电子零部件的要求都很高，一般都有自己的企业标准，跟国际标准或者协会标准等通用型标准相比，实验项目大同小异，但是严酷等级会比通用型的标准更高一些；另外，企业标准也往往有一些独特的试验项目。表5给出了主流车厂的相关试验标准。

表5 主流车厂环境可靠性测试标准

汽车厂家

大众（Volkswagen）

相关标准

VW 80101 电气电子安装部件 检测条件 VW TL 226 汽车内饰喷涂件技术要求

GMW 3172 电气电子零部件环境可靠性分析设计以及验证程序要求 GMN 10083 塑料喷涂件内饰可靠性 MES PW67600 电子器件技术要求

通用（General Motors）马自达（Mazda） 福特（Ford）

FLTM BI 系列标准

5. 发展动态 5.1 ASAP

SAE最近几年提出了ASAP（Accelerated Stress Assurance Plan）的概念，ASAP是一个高效电子产品设计确认试验计划，着眼于利用失效（Physics of failure）解决前面所提的问题，需要电学、机械学、软件学和可靠性试验专家的共同努力。

ASAP是一种更有效的电子产品设计校验试验方案，强调在产品设计开发阶段校验产品强度，重点对产品固有的薄弱环节进行试验；对样品数量、试验周期和试验设备的要求较少，成本较低。ASAP包括三个阶段：分析、设计、校验（认证、耐久性），图2给出了ASAP的流程图。目前，该标准还在研制中。

分析

电路、热力、机械、可靠性

设计开发

软件校验 校验参数、检验试验设计边际、强度等EMC 试验认证 6DUT’s3DUT’s 耐久性

图2 ASAP流程图

5.2 GEIA-STD-0009

美国国防部（DoD）与工业界和政府电子与信息技术协会（GEIA）近两年密切合作制定了新的环境可靠性试验大纲标准；该标准参考了MIL-STD-785、IEEE 1332和SAE JA1000等可靠性大纲标准并于2008年８月正式发布。

该标准确立了在产品和系统研制中提供最佳值和最小风险的最佳惯例。规定措施步骤以便于在系统和设备的设计和生产中确保可靠性，并在使用中保持高的可靠性。该标准包括一种研制、增长、生产和部署可靠系统的新方法，它主要包含以下四个可靠性目标： 1) 理解客户/用户需求和约束条件； 2) 可靠性设计和再设计； 3) 生产可靠的系统/产品； 4) 监控和评估用户的可靠性。

5.3 Robustness Validation Standard

近两年，SAE International，Japan SAE以及ZVEI，the German Electrical and Electronic Manufacturers’Association，AEC，Automotive Electronics Council 正在着力制定该标准，他们认为AEC-Q-100标准是1994年制定的，已经不能适应现在技术发展形势和需要，因此需要新的技术标准。因此，相关成员致力于Robustness Validation Standard，以替代AEC-Q-100，其目标是提高可靠性，减少研发成本，缩短开发时间；其主要内容包括风险和机会评估，基于经验、失效机理以及应用的合格性评定。