汽车应用领域典型概念解析

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随着新能源车市场的发展，这个领域的应用越来越多，诸如新能源汽车OBC,车载无线充电，车载储能逆变器等，为了很好地理解这些应用，我们对一些典型概念做一些梳理和解释。

一.ISO26262的解释

首先解释一下ISO26262，它是汽车行业功能安全的国际标准，它主要适用于汽车的电子电气系统，包括硬件组件和软件组件。它定义了汽车相关产品在开发过程中，用到的安全相关的功能和及流程，方法和工具等需要满足的要求。ISO26262这个标准，可以确保整车在整个生命周期中，达到或者保持足够的安全水平。

这个标准之所以这么重要，是因为它为汽车制造商（OEM）和供应商等，提出了诸多的益处，如下图1所示。

图1 ISO26262标准的重要性说明

从上述说明中，我们可以看出ISO26262在确保产品安全，保持产品竞争优势，避免人身伤害及产品避免失败，提高公司声誉，产品国际化等方面都有着重要的作用。

图2 典型的功能安全服务项目

图2是从功能安全服务商TUV网站上给出的典型功能安全服务，主要是系统安全评估，流程评估，风险危害评估，开发过程安全分析，开发接口协议评估等。

二．汽车产品认证标准AECQ

AEC是汽车电子协会的简称，即Automotive Electronics Council，它是由美国克莱斯勒，通用，福特等为了建立的一套零件资质及质量系统标准而设置的协会，由主要的汽车制造商和零组件的制造商组成。这个协会以车载电子器件的可靠性，及认定标准的规格化为目的，它建立了一个完善的质量控制标准。符合AEC认证的零部件均可被多家车厂使用，这也就促进了零部件厂商交换产品特性数据的意愿，推动了汽车零件向通用性发展。

在新能源汽车市场的推动下，半导体分立器件，尤其是诸如SiC mosfet及SiC diode等的应用普遍增加，那么这些器件要进入这个市场，必须要通过一个认证，那就是AECQ101认证。

图3 需要通过AEC-Q101认证的半导体分立器件1

图4 需要通过AEC-Q101认证的半导体分立器件2

我们从图3，4中不难看出，典型的Si基的半导体功率器件，或者宽禁带功率器件，或者常见的MOSFET,二极管，三极管，IGBT等的汽车应用场合，都需要通过这个测试标准。

图5 AEC-Q101认证的主要项目

从图5我们可知，除了半导体分立器件需要满足的AEC-Q101应力测试标准之外，还有一系列的分项测试标准文件，细节如上所示。

接下来，我们再聊一下另外一个常见的标准，那就是针对车用集成电路芯片的应力测试应用规范AEC-Q100测试标准。它于1994年6月首次发表，目前已经是汽车电子行业的通用标准。

AEC-Q100认证规定了一系列的测试群组，如下，

测试群组A,环境压力加速测试，Accelerated Environment Stress，

测试群组B,使用寿命模拟测试，Accelerated Lifetime Simulation，

测试群组C,封装组装整合测试，Package Assembly Integrity，

测试群组D,芯片晶元可靠度测试，Die Fabrication Reliability，

测试群组E,电气特性确认测试，Electrical Verification，

测试群组F,瑕疵筛选监控测试，Defect Screening，

测试群组G,封装凹陷整合测试，Cavity Package Integrity，

为区分汽车产品对工作温度，耐久性，可靠度的不同的标准要求，AEC-Q100又分为不同的产品温度等级，如下参考，

图6 AEC-Q100不同温度等级定义

其中1级工作温度是车载应用普遍的温度标准，针对-40-125C范围工作的器件，器件的电气规范在此温度范围内均是确保的，而非车载器件，通常仅仅在常温下确保器件的特性参数。

另外值得提醒的是，一般来说，汽车器件的合规要求和生产验证有关，任何IC在生产测试前，都需要进行一系列的使用寿命，可靠性，电气等的验证测试，这比商业级和工业级器件要严格地多。

例如，不同温度等级，会有不同的质量要求，其中0级，即-40-150C的温度等级要求最为严格，一般适用于传动系统或者引擎盖下的应用。这种严格的测试，可以确保汽车产品在恶劣环境中长时间的寿命和可靠地使用。逐步地，一些工业应用也会选择汽车认证的器件，如工业储能应用中的器件。2或者3等级，用于车厢信息娱乐或者通信处理应用等。

图7 AEC-Q100认证的相关测试项目

AEC-Q100认证的相关项目如图7中给出，供参考。这里说明一下，AEC-Q100要求器件能够承受2000V的HBM人体放电模式，在边角上能够承受750V的带电器件模式（CDM）,在其它引脚上能够承受500V的电压。

AEC-Q104主要是针对车用多芯片模块（MCM,Multi-Chip Module）的可靠性测试，它是AECQ家族中是较新的汽车电子测试规范，接下来我们就看看AEC-Q104主要认证哪些项目。

由于MCM在汽车上是复合环境，因此增加顺序实验，如必须要先执行完高温使用实验HTOL,High Temp Operating Life测试，才能做TS,Thermal Shock测试.针对MCM增加了H系列的测试项，此外，也增加了器件本身的可靠性测试，Component Level Reliability，也增加了Thermal Shock，及外观监视离子迁移，VISM测试。

AEC-Q104的规范中，共分为A-H 8个系列。一般来说，当MCM上的所有组件，包括被动元件，分立器件，IC等在组合前已经通过了相应的AECQ测试，那么只需要进行AEC-Q104H的7项测试，如下所述，

TCT-温度循环测试，

Drop-跌落测试，

Low Temperature Storage Life-低温存储寿命测试，

Startup and Temperature Steps-启动和温度步长测试，

X-ray测试，

Acoustic Microscopy-声学显微镜测试

Destructive Physical-破坏性物理分析

如果组合前的器件未通过相应的AECQ测试，那么MCM需要完成49项A-H的测试项目，时间较长。

另外，再说明一下汽车用的被动元件如电阻，电容，电感等需要满足的测试标准，AEC-Q200,即Stress Test Qualification for Passive Component。它包含的认证对象主要如下图8所示，其中常用的石英晶体也包含在内。

图8 AEC-Q200认证对象

在图9中给出了典型的无源元件，及其对应的温度认证范围，及其在车上的应用案例。

图9 AEC-Q200认证温度范围和案例说明

相关的无源元件测试项目说明如下，

图10 AEC-Q200认证的测试项目

另外，还有针对离散光电LED产品测试的标准AEC-Q102,汽车传感器应力测试标准AEC-Q103,这里我们不做详细描述，有兴趣可自行查询。

三.ASIL等级说明

ASIL等级，是指Automotive Safety Integration Level，汽车安全完整性等级，是用于描述系统能够实现指定安全目标的概率高低。ASIL具有四个等级，A,B, C, D, 其中A为最低等级，D为最高等级。

ASIL的等级分解，是将安全目标和安全等级逐步落实到下级子系统的过程。影响ASIL等级的三个主要要素是，严重度-Severity，暴露率-Exposure，可控性-Controllability。

图11 ASIL几个要素的说明及案例

图12 关于SIL的解释

对于满足一定SIL等级的器件而言，它实际上仅仅是和安全功能有关的，是指系统能够实现高达SILx的安全功能。

图13 典型的汽车组件ASIL等级

上图13中给出了典型的汽车零组件的功能安全ASIL等级供参考。

四.AUTOSAR架构的说明

AUTOSAR架构，即Automotive Open System Architecture，汽车开放系统架构，这个联盟成立于2003年，是由全球的汽车制造商(宝马、博世、大陆、戴姆勒、福特、通用、PSA、丰田、大众)，组件供应商，半导体和软件系统公司共同成立，联盟成员保持汽车行业开发合作关系。

此机构致力于为汽车中的控制装置ECU，开发一个开放的，标准的软件架构。AUTOSAR的目标主要有，建立独立于硬件的软件分层架构，为实施应用提供方法论（指定无缝的软件架构堆叠流程，并将应用软件整合至ECU）,制定各种车辆应用接口规范，作为应用软件整合标准，以便软件架构在不同汽车平台复用。

其软件分层设计，以中间件RTE(Run Time Environment)为界，隔离上层的应用层（Application Layer），和下层的基础软件（Basic Software）。

截至2020年3月，AUTOSAR已经拥有了57家高级成员、50家开发成员、142家普通成员以及20家观察员公司及机构，包括全球各大主流整车厂、一级供应商、标准软件供应商、开发工具和服务提供商、半导体供应商、高校和研究机构等。许多中国厂商也是AUTOSAR联盟成员，例如长城、东风、一汽、上汽、吉利、蔚来、拜腾、宁德时代等。

不过，比较特殊的是Tesla却没有加入这个联盟。