WINDROSE ELECTRIC
R&S & Industrializzazione

Che cosa significa davvero il grado automotive

L'espressione si usa di continuo, ma non indica una qualifica unica — ne indica quattro, indipendenti tra loro. Confonderle porta a conclusioni come «questo chip è di grado automotive, quindi può prendere la decisione di frenata». Non può.

Introduzione tecnica
4
Qualifiche distinte
−40°C
Temperatura minima automotive
1000h
Prova di vita ad alta temperatura
10–15yr
Impegno di fornitura
1/36
Combinazioni che raggiungono ASIL-D
99%
Copertura dei guasti ASIL-D
01

Non un bollino — una pila di certificazioni

Quando un chip viene definito «di grado automotive», quell'affermazione può coprire soltanto uno dei quattro punti seguenti.

Uno

Intervallo di temperatura

La finestra tra freddo e caldo entro cui funziona ancora correttamente.

AEC-Q100 Grade 0/1/2/3
Due

Affidabilità

Migliaia di ore di invecchiamento, cicli termici, vibrazioni e umidità.

AEC-Q100 / Q101 / Q200
Tre

Produzione & fornitura

Cultura zero difetti, tracciabilità di lotto, notifica delle modifiche, disponibilità decennale.

IATF 16949 / PPAP
Quattro

Sicurezza funzionale

Se il sistema è in grado di contenere le conseguenze quando il componente si guasta.

ISO 26262 ASIL

I due più spesso confusi sono il secondo e il quarto.

AEC-Q100 risponde a «si guasterà?». ISO 26262 risponde a «che cosa succede quando si guasta?». Sono qualifiche del tutto distinte. Un chip può superare integralmente AEC-Q100 e non possedere alcuna capacità ASIL.

02

Uno — La temperatura

Il più concreto dei quattro. I gradi differiscono soltanto per quanto calore il componente sopporta — perché la sua posizione nel veicolo decide ciò che deve reggere.

−40°C 0°C 85°C 105°C 125°C 150°C ← più freddo più caldo → Commercial 0 to 70°C Industrial −40 to 85°C AEC-Q100 AUTOMOTIVE Grade 3 −40 to 85°C Grade 2 −40 to 105°C Grade 1 −40 to 125°C Grade 0 −40 to 150°C
Si confronti il Grade 3 con l'Industrial. L'intervallo di temperatura è identico — entrambi da −40 a +85 °C — eppure i due non sono equivalenti. La differenza non sta nella temperatura, ma nel secondo punto: quanto sono severe le prove e quanto deve essere bassa la percentuale di guasto. «Industriale equivale al Grade 3 automotive» è un equivoco diffuso e costoso.

Posizioni diverse nel veicolo impongono carichi termici molto diversi:

−40 °C

Inverno nordico

85 °C

Nella cabina

125 °C

Nel vano motore

150 °C

A ridosso della trasmissione

Un caso reale. Un documento di progetto di un fornitore riportava un componente come «non automotive, ma specificato da −30 a +85 °C». Sembra sufficiente — finché non si ricorda che il veicolo viene consegnato nel Nord Europa, dove il requisito a livello veicolo è da −40 a +85 °C.

Quei dieci gradi non sono margine. Decidono se il camion parte nell'inverno norvegese. E il componente non raggiunge nemmeno il Grade 3, il livello automotive più basso — la cui soglia inferiore è esattamente −40 °C.

03

Due — Si guasterà prima del tempo?

È il grosso di AEC-Q100: oltre quaranta prove di sollecitazione, migliaia di ore, centinaia di campioni. Lo scopo è forzare in pochi mesi la comparsa di difetti che altrimenti emergerebbero al decimo anno.

Sollecitazione ambientale
  • 1000 h di funzionamento ad alta temperatura
  • 1000 h di polarizzazione temperatura-umidità
  • 1000 cicli termici
Integrità del contenitore
  • Tenuta dei terminali e saldabilità
  • Livello di sensibilità all'umidità
  • Dimensioni fisiche, sezione
Affidabilità a livello di die
  • Elettromigrazione
  • Integrità dell'ossido di gate
  • Iniezione di portatori caldi
Elettrico & screening
  • Scarica elettrostatica
  • Latch-up
  • Tasso di errori soft

Che cosa si ottiene superandolo? Un impegno sul tasso di guasto — normalmente espresso in PPM (parti per milione) o FIT (guasti per miliardo di ore) — insieme a rapporti di prova tracciabili.

I componenti consumer saltano quasi tutto questo, o ne eseguono solo alcune prove. «Funziona» e «funziona ancora fra dieci anni» sono affermazioni diverse. Un telefono si sostituisce dopo due anni; un camion viaggia per quindici.

04

Tre — Produzione e fornitura

Il più trascurato dei quattro, e il più punitivo per un veicolo industriale con quindici anni di vita utile.

Ciclo di vita di un chip consumer
Fuori produzione dopo circa 2–3 anni
Impegno di fornitura automotive
10–15 anni
I fornitori automotive devono inoltre applicare PCN (notifica di modifica di processo) ed EOL (preavviso di fine vita): nessun cambiamento silenzioso di processo, materiale o sito produttivo. A ciò si aggiungono IATF 16949, l'approvazione PPAP e la tracciabilità per lotto.

Detto chiaramente: un componente consumer può uscire di produzione mentre il nostro camion è ancora in garanzia. Ciò significa niente ricambi — oppure una riprogettazione della scheda. E una riprogettazione significa nuova certificazione.

05

Quattro — La sicurezza funzionale è un'altra questione

I primi tre chiedono quanto sia buono il chip. Il quarto chiede che cosa accade alle persone quando si guasta.

AEC-Q100

Si guasterà?

Affidabilità. Riduce la probabilità di guasto. Mette alla prova il componente in sé — invecchiamento, temperatura, vibrazioni, scarica elettrostatica.

ISO 26262 · ASIL

E se si guasta?

Sicurezza funzionale. Governa le conseguenze del guasto. Mette alla prova l'intero sistema — esiste un secondo canale che se ne accorge, e il sistema può raggiungere uno stato sicuro?

L'ASIL non è una classifica di qualità. Si calcola a partire dal pericolo. La ISO 26262 valuta tre dimensioni:

S · Gravità
Quanto gravemente qualcuno si fa male
S0 – S3
×
E · Esposizione
Quanto spesso si verifica la situazione
E0 – E4
×
C · Controllabilità
Se il conducente riesce ancora a rimediare
C0 – C3
ASIL
Livello risultante
QM · A · B · C · D
QM
A
B
C
D
Basta la normale gestione della qualitàIl più severo

Perché tante combinazioni si riducono a soli cinque livelli

S ha tre valori utilizzabili, E quattro, C tre. Sono 36 combinazioni — un numero finito. E queste 36 danno solo cinque esiti, perché la tabella della ISO 26262 si comporta come una semplice addizione: valutare S, E e C con 1, 2, 3 (E fino a 4), sommare e leggere il livello.

S1 · Lesione lieve
C1
C2
C3
E1
QM
QM
QM
E2
QM
QM
QM
E3
QM
QM
A
E4
QM
A
B
S2 · Lesione grave
C1
C2
C3
E1
QM
QM
QM
E2
QM
QM
A
E3
QM
A
B
E4
A
B
C
S3 · Pericolo di vita / mortale
C1
C2
C3
E1
QM
QM
A
E2
QM
A
B
E3
A
B
C
E4
B
C
D
18 caselle QM 8 caselle ASIL-A 6 caselle ASIL-B 3 caselle ASIL-C 1 casella ASIL-D

Su 36 combinazioni, esattamente una raggiunge l'ASIL-D: S3 × E4 × C3. Il danno più grave, nella situazione di guida più comune, senza possibilità per il conducente di rimediare. Tutte e tre le dimensioni devono essere al massimo contemporaneamente. Metà della tabella — 18 caselle — non richiede alcun processo di sicurezza funzionale.

E i livelli sono solo cinque perché l'ASIL non descrive il rischio con precisione — stabilisce quanto lavoro va fatto. Ogni livello porta con sé un insieme completo di requisiti di sviluppo: obiettivi di copertura, metodi di verifica, indipendenza di processo, hardware in lockstep. Con 36 livelli la norma sarebbe inutilizzabile. È un metro volutamente grossolano.

Che cosa separa l'ASIL-B dall'ASIL-D:

IndicatoreASIL-BASIL-D
Indicatorea dei guasti a punto singolo≥ 90 %≥ 99 %
Indicatorea dei guasti latenti≥ 60 %≥ 90 %
Tasso di guasto casuale dell'hardware< 10⁻⁷ / ora< 10⁻⁸ / oraDieci volte più severo
Architettura hardwareDi norma basta un core con watchdogDi norma servono core in lockstep
Indipendenza di processoAttenuataRiesame, audit e valutazione indipendenti

Che cos'è un core in lockstep? Due core della CPU eseguono lo stesso codice in sincronia mentre l'hardware confronta le loro uscite in tempo reale. Qualsiasi discordanza genera un guasto immediato. È il modo più efficace di rilevare guasti hardware casuali — ed è per questo che gli ASIL elevati raramente ne fanno a meno.

Raggiungere l'ASIL-D senza lockstep significa compensare con estesi autotest software e calcolo ridondante: costoso e difficile da sostenere davanti a un servizio tecnico.

06

Ogni combinazione — e che cosa vi ricade

Gli esempi che seguono sono illustrativi, non normativi. L'ASIL è una proprietà di un pericolo specifico, non di un tipo di componente — la stessa funzione può ricadere in una casella diversa nell'analisi dei pericoli di un altro costruttore.

ASIL-D — una combinazione

S × E × CSommaFunzioni tipiche
S3 × E4 × C310Guasto del servosterzo elettrico · frenata indesiderata ESC / EBS · attivazione indesiderata dell'airbag · accelerazione piena indesiderata (monitoraggio della coppia) · frenata indesiderata dell'AEB · sterzo e freno by-wireDanno mortale, nella situazione di guida più comune, senza possibilità di rimedio da parte del conducente.

ASIL-C — tre combinazioni

S × E × CSommaFunzioni tipiche
S2 × E4 × C39Variazione brusca dell'assistenza allo sterzo durante la guida normale (degradata, non persa)
S3 × E3 × C39La batteria ad alta tensione non si scollega dopo un urto · perdita di isolamento AT
S3 × E4 × C29Perdita parziale della forza frenante durante la guida normale (altri circuiti ancora disponibili)

L'ASIL-C è raro nella pratica — la maggior parte dei team progetta direttamente a D, oppure ricorre alla decomposizione ASIL.

ASIL-B — sei combinazioni

S × E × CSommaFunzioni tipiche
S1 × E4 × C38Guasto delle luci posteriori e di ingombro — esposizione costante, e il conducente non vede le proprie luci posteriori
S2 × E3 × C38Guasto totale dei proiettori — nessuna illuminazione di notte
S2 × E4 × C28Guasto delle luci di stop — il veicolo che segue non sa che state frenando
S3 × E2 × C38Assenza di monitoraggio dell'isolamento ad alta tensione — rischio di folgorazione che una persona non può percepire
S3 × E3 × C28Accelerazione indesiderata del cruise control o dell'ACC
S3 × E4 × C18Perdita di propulsione durante la guida normale — il veicolo può ancora accostare per inerzia

Tipicamente ASIL-B anche: indicazione della velocità sul quadro, monitoraggio della pressione degli pneumatici e il livello di percezione di radar e telecamere.

ASIL-A — otto combinazioni

S × E × CSommaFunzioni tipiche
S1 × E3 × C37La telecamera di retromarcia si spegne — collisione a bassa velocità durante la manovra
S1 × E4 × C27Illuminazione interna bloccata accesa, che degrada la visione notturna
S2 × E2 × C37Guasto totale dei tergicristalli sotto la pioggia — perdita di visibilità anteriore
S2 × E3 × C27Guasto di un singolo proiettore
S2 × E4 × C17Errore di lettura del tachimetro — il conducente può ancora stimare la velocità dal traffico e dalla marcia
S3 × E1 × C37Perdita dell'avviso di fuga termica in una condizione di esercizio rara
S3 × E2 × C27Anomalia del coordinamento della frenata del rimorchio in determinate condizioni
S3 × E3 × C17Perdita di propulsione a esposizione moderata — il veicolo può accostare

QM — diciotto combinazioni

GravitàCombinazioniFunzioni tipiche
S1 · nove caselleE1C1 · E1C2 · E1C3
E2C1 · E2C2 · E2C3
E3C1 · E3C2 · E4C1
Illuminazione del vano di carico, riscaldamento sedile, luci di lettura, antipizzicamento del finestrino, tendina del tetto, ventilatore del climatizzatore, sbrinamento degli specchi, luminosità del quadro.L'unità di infotainment, la navigazione, il Bluetooth, la ricarica wireless e l'illuminazione ambientale si trovano tutte in questa fascia.
S2 · sei caselleE1C1 · E1C2 · E1C3
E2C1 · E2C2 · E3C1
Regolazione del sedile fuori controllo in condizioni rare, anomalie dell'illuminazione del rimorchio, guasto della velocità lenta del tergicristallo (la veloce resta disponibile), anomalia dell'assistenza alla partenza in salita, avviso di pressione pneumatici non emesso
S3 · tre caselleE1C1 · E1C2 · E2C1Pericoli di gravità mortale in condizioni rare che il conducente controlla pienamente; anomalie di propulsione a bassa esposizione che la frenata può contenere

Tre regolarità da interiorizzare.

La controllabilità è la leva più forte. Un errore del tachimetro a S2 × E4 × C1 è ASIL-A; un guasto delle luci di stop a S2 × E4 × C2 è ASIL-B. Stessa gravità, stessa esposizione — tutta la differenza sta nella possibilità del conducente di accorgersene e compensare.

La gravità da sola non decide nulla. S3 compare in QM (tre caselle), A (tre), B (tre), C (due) e D (una) — attraversa tutti i livelli. Mortale non significa ASIL elevato.

Solo il massimo su tutti e tre gli assi raggiunge D. S3 × E4 × C3 è l'unica casella. Ecco perché su un veicolo gli elementi ASIL-D sono così pochi: sterzo, freno, airbag, monitoraggio della coppia — e poco altro.

Applicata alla frenata automatica di emergenza, l'asimmetria è tutto l'argomento.

Frenata indesiderata — frenare quando non si dovrebbe — ricade in S3 × E4 × C3. È l'ASIL-D, l'unica casella.

Mancata frenata — non frenare quando si dovrebbe — ricade intorno a S3 × E3–E4 × C1, cioè ASIL-A o B. Il riferimento è un camion senza AEB: dal conducente ci si è sempre attesi che frenasse da sé.

Ogni requisito ASIL-D di un sistema AEB esiste per impedire una frenata che non dovrebbe avvenire — non per garantire una frenata che dovrebbe.

07

Le quattro dimensioni sono ortogonali

Ogni combinazione è possibile. Conoscerne una delle quattro non dice nulla sulle altre.

ChipTemperaturaAffidabilitàSicurezza funzionaleIdoneo a una decisione di frenata AEB?
SoC consumer0 to 70 °CNessun AEC-Q100Nessun ASILNo
SoC industriale−40 to 85 °CNessun AEC-Q100Nessun ASILNoSolo la temperatura; nient'altro
SoC qualificato automotive−40 to 105 °CGrade 2Può comunque non averne alcunoSolo percezioneNon la decisione di sicurezza
MCU di sicurezza, ASIL-B−40 to 125 °CGrade 1ASIL-B, senza lockstepRichiede ulteriore argomentazione
MCU di sicurezza, ASIL-D−40 to 125 °CGrade 1ASIL-D, core in lockstep

La terza riga è la trappola. «Usiamo la versione qualificata automotive» suona rassicurante, ma quella frase risponde soltanto a temperatura e affidabilità. Sulla sicurezza funzionale non dice assolutamente nulla.

08

Che cosa chiedere quando sentite «grado automotive»

Sulla temperatura

Quale grado AEC-Q100? Chiedete il certificato stesso, con il codice esatto e il grado.

Sull'affidabilità

Esiste un certificato AEC-Q100? «Progettato secondo standard automotive» e «qualificato secondo essi» sono affermazioni diverse.

Sulla sicurezza funzionale

Quale ASIL? Con o senza lockstep? Pretendete un certificato di prodotto — un certificato di processo non vale.

Sulla fornitura

Quanti anni di fornitura sono garantiti? Dietro c'è una disciplina PCN ed EOL?

Tre affermazioni comuni e ciò che significano davvero:

  • «La nostra è una soluzione di grado automotive.» Di norma copre solo la temperatura. Non dice nulla sul superamento di AEC-Q100 e assolutamente nulla sull'ASIL.
  • «Siamo certificati ASIL-D.» Chiedete se è a livello di prodotto o di processo / sistema di gestione. Il secondo dimostra che l'azienda ha un processo di sviluppo — non che questo prodotto sia sicuro.
  • «Questo chip ha una variante automotive.» Che esista una variante non equivale a dire che sia quella che compriamo. Pretendete il codice esatto, mai il nome della famiglia.