WINDROSE ELECTRIC
研究開発 & 量産化

車載グレードが実際に意味するもの

この語は絶えず使われますが、単一の認定を指してはいません——互いに独立した四つを指します。混同すると「このチップは車載グレードだから制動判断を担える」といった結論に至ります。担えません。

技術解説
4
独立した四つの認定
−40°C
車載の下限温度
1000h
高温動作寿命試験
10–15yr
供給コミットメント
1/36
ASIL-D に達する組合せ
99%
ASIL-D 故障検出率
01

一つの認証ではなく、証書の束

あるチップが「車載グレード」と呼ばれるとき、その主張は以下の四項目のうち一つしか満たしていないことがあります。

一つ目

温度範囲

寒さと暑さの間で、なお正常に動作する窓。

AEC-Q100 Grade 0/1/2/3
二つ目

信頼性

数千時間に及ぶ加速劣化、温度サイクル、振動、湿度ストレス。

AEC-Q100 / Q101 / Q200
三つ目

生産 & 供給

ゼロ欠陥文化、ロットトレーサビリティ、変更通知、十年の供給可能性。

IATF 16949 / PPAP
四つ目

機能安全

部品が故障したとき、システムがその結果を抑え込めるか。

ISO 26262 ASIL

最も混同されやすいのは二つ目と四つ目です。

AEC-Q100 は「壊れるか」に答えます。ISO 26262 は「壊れたらどうなるか」に答えます。まったく別個の認定です。あるチップが AEC-Q100 を完全に通過していても、ASIL 能力を一切持たないことがあります。

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一つ目 — 温度

四つのうち最も具体的な項目です。グレードの違いは、部品がどれだけの熱に耐えるかだけ——車両内のどこに載るかが、何に耐えねばならないかを決めるからです。

−40°C 0°C 85°C 105°C 125°C 150°C ← 低温 高温 → 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
Grade 3 と Industrial を見比べてください。温度範囲はまったく同一——ともに −40 ~ +85 °C——にもかかわらず、両者は等価ではありません。違いは温度ではなく二つ目の項目にあります。試験がどれだけ過酷か、故障率をどこまで下げねばならないか。「工業用 = 車載 Grade 3」は広く見られる、そして高くつく誤解です。

車両内の位置によって、熱負荷はまったく異なります:

−40 °C

北欧の冬

85 °C

キャブ室内

125 °C

エンジンルーム内

150 °C

パワートレイン近傍

実例。あるサプライヤーの設計文書には、ある部品が「車載グレードではないが −30 ~ +85 °C で規定」と記されていました。ぎりぎり足りるように見えます——この車両が北欧に納車され、車両レベル要件が −40 ~ +85 °C であることを思い出すまでは。

この 10 °C は余裕ではありません。ノルウェーの冬にトラックが始動するかどうかを分けます。しかもこの部品は、車載の最下位である Grade 3 にすら届いていません——Grade 3 の下限がまさに −40 °C だからです。

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二つ目 — 早期に壊れないか

これが AEC-Q100 の本体です:四十を超えるストレス試験、数千時間、数百個のサンプル。目的は、本来なら十年目に現れる欠陥を数か月で炙り出すことです。

環境ストレス
  • 高温動作寿命 1000 時間
  • 温湿度バイアス 1000 時間
  • 温度サイクル 1000 回
パッケージ健全性
  • リード強度とはんだ付け性
  • 吸湿感度レベル
  • 外形寸法、断面解析
ダイレベル信頼性
  • エレクトロマイグレーション
  • ゲート酸化膜の健全性
  • ホットキャリア注入
電気特性 & スクリーニング
  • 静電気放電
  • ラッチアップ
  • ソフトエラー率

合格すると何が得られるのか。故障率のコミットメント——通常は PPM(百万分率)または FIT(十億時間あたりの故障数)で表され——加えて追跡可能な試験報告書が得られます。

民生部品はこの大半を省くか、ごく一部の試験しか行いません。「動く」と「十年後も動く」は別の主張です。スマートフォンは二年で買い替えますが、トラックは十五年走ります。

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三つ目 — 生産と供給

四つのうち最も見落とされ、十五年の寿命をもつ商用車にとって最も厳しい項目です。

民生チップのライフサイクル
およそ 2〜3 年で生産終了
車載の供給コミットメント
10〜15 年
車載サプライヤーはさらに PCN(工程変更通知)と EOL(生産終了予告)を運用しなければなりません——工程、材料、製造拠点のいかなる変更も黙って行うことはできません。加えて IATF 16949、PPAP 量産承認、ロット単位のトレーサビリティ。

端的に言えば:民生部品は、当社のトラックがまだ保証期間内にあるうちに生産終了になり得ます。それは補給部品がないということ、あるいは基板を再設計するということです。そして再設計は再認証を意味します。

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四つ目 — 機能安全はまったく別の問いである

最初の三つは「このチップはどれだけ良いか」を問います。四つ目は「それが壊れたとき、人はどうなるか」を問います。

AEC-Q100

壊れるか

信頼性。故障の確率を下げます。部品そのものを試験します——加速劣化、温度、振動、静電気放電。

ISO 26262 · ASIL

壊れたらどうなるか

機能安全。故障の結果を管理します。システム全体を試験します——それに気づく第二の経路はあるか、システムは安全状態に移行できるか。

ASIL は品質の順位付けではありません。ハザードから算出されます。ISO 26262 は三つの次元を採点します:

S · 深刻度
どれほど重い傷害か
S0 – S3
×
E · 暴露頻度
その状況がどれほど頻繁に起きるか
E0 – E4
×
C · 制御可能性
運転者がなお回避できるか
C0 – C3
ASIL
導かれる等級
QM · A · B · C · D
QM
A
B
C
D
通常の品質管理で足りる最も厳格

これほど多くの組合せが、なぜ五段階に収束するのか

S には使える値が三つ、E には四つ、C には三つあります。すなわち 36 通りの組合せ——無限ではありません。そしてこの 36 通りは五つの結果しか生みません。ISO 26262 の表が単純な足し算のように振る舞うからです:S、E、C を 1、2、3(E は 4 まで)で採点し、足し合わせ、等級を読み取る。

S1 · 軽傷
C1
C2
C3
E1
QM
QM
QM
E2
QM
QM
QM
E3
QM
QM
A
E4
QM
A
B
S2 · 重傷
C1
C2
C3
E1
QM
QM
QM
E2
QM
QM
A
E3
QM
A
B
E4
A
B
C
S3 · 生命に関わる / 致命的
C1
C2
C3
E1
QM
QM
A
E2
QM
A
B
E3
A
B
C
E4
B
C
D
18 マス QM 8 マス ASIL-A 6 マス ASIL-B 3 マス ASIL-C 1 マス ASIL-D

36 通りのうち、ASIL-D に達するのはただ一つ:S3 × E4 × C3。最も重い被害が、最も一般的な走行状況で、運転者に回避の余地なく生じる場合です。三つの次元が同時に最大でなければなりません。表の半分——18 マス——は機能安全プロセスをまったく必要としません。

そして段階が五つしかないのは、ASIL がリスクを精密に記述するものではなく、どれだけの作業を行うかを決めるものだからです。各段階は開発要求一式を丸ごと伴います:カバレッジ目標、検証手法、プロセスの独立性、ロックステップ・ハードウェア。36 段階では規格として使い物になりません。意図的に目盛りの粗い物差しなのです。

ASIL-B と ASIL-D を分けるもの:

指標ASIL-BASIL-D
単一点故障メトリック≥ 90 %≥ 99 %
潜在故障メトリック≥ 60 %≥ 90 %
ランダムハードウェア故障率< 10⁻⁷ / 時間< 10⁻⁸ / 時間十倍厳しい
ハードウェア構成ウォッチドッグ付き単一コアで足りることが多い通常はロックステップ・コアが必要
プロセスの独立性緩和される独立したレビュー、監査、アセスメント

ロックステップ・コアとは。二つの CPU コアが同じコードを同じ拍で実行し、ハードウェアが両者の出力をリアルタイムに比較します。不一致があれば直ちに故障として扱われます。ランダムハードウェア故障を捉える最も有効な手段であり——高い ASIL がこれを手放せない理由です。

ロックステップなしで ASIL-D に到達するには、大量のソフトウェア自己診断と冗長演算で補う必要があります:高コストであり、技術サービスの前で論証するのも困難です。

06

すべての組合せ — そこに何が置かれるか

以下の例は説明のためのものであり、規範ではありません。ASIL は特定のハザードの属性であって、部品の種類の属性ではありません——同じ機能でも、別のメーカーのハザード分析では別のマスに置かれ得ます。

ASIL-D — 組合せは一つ

S × E × C合計代表的な機能
S3 × E4 × C310電動パワーステアリングの喪失 · ESC / EBS の意図しない制動 · エアバッグの意図しない展開 · 意図しない全開加速(トルク安全監視)· AEB の意図しない制動 · ステアバイワイヤおよびブレーキバイワイヤ最も一般的な走行状況で生じる致命的被害であり、運転者に回避の余地がありません。

ASIL-C — 組合せは三つ

S × E × C合計代表的な機能
S2 × E4 × C39通常走行中の操舵アシストの急変(低下であり、喪失ではない)
S3 × E3 × C39衝突後に高電圧バッテリーが遮断されない · 高電圧絶縁の喪失
S3 × E4 × C29通常走行中の制動力の部分喪失(他系統はなお使用可能)

ASIL-C は実務では稀です——多くのチームは初めから D で設計するか、ASIL 分解を用います。

ASIL-B — 組合せは六つ

S × E × C合計代表的な機能
S1 × E4 × C38尾灯・車幅灯の故障——暴露が常時であり、運転者は自車の尾灯を見られない
S2 × E3 × C38前照灯の全灯故障——夜間に照明がない
S2 × E4 × C28制動灯の故障——後続車が制動を認識できない
S3 × E2 × C38高電圧絶縁監視の欠如——人が知覚できない感電リスク
S3 × E3 × C28クルーズコントロールまたは ACC による意図しない加速
S3 × E4 × C18通常走行中の駆動力喪失——車両はなお惰行で路肩に寄せられる

通常 ASIL-B とされるもの:メーターの車速表示、タイヤ空気圧監視、レーダーおよびカメラの認識層。

ASIL-A — 組合せは八つ

S × E × C合計代表的な機能
S1 × E3 × C37後退時カメラの画面消失——取り回し中の低速衝突
S1 × E4 × C27室内灯が点灯したままとなり夜間視界が低下
S2 × E2 × C37降雨時のワイパー全故障——前方視界の喪失
S2 × E3 × C27前照灯片側の故障
S2 × E4 × C17速度計の表示誤差——運転者は交通の流れとギヤから速度を推し量れる
S3 × E1 × C37稀な運転条件下での熱暴走警告の喪失
S3 × E2 × C27特定条件下でのトレーラ制動協調の異常
S3 × E3 × C17中程度の暴露頻度における駆動力喪失——車両は路肩に停車できる

QM — 組合せは十八

深刻度組合せ代表的な機能
S1 · 九マスE1C1 · E1C2 · E1C3
E2C1 · E2C2 · E2C3
E3C1 · E3C2 · E4C1
荷室照明、シートヒーター、読書灯、ウィンドウ挟み込み防止、ルーフブラインド、送風ファン、ミラーヒーター、メーター輝度。インフォテインメント本体、ナビゲーション、Bluetooth、ワイヤレス充電、アンビエント照明はいずれもこの帯にあります。
S2 · 六マスE1C1 · E1C2 · E1C3
E2C1 · E2C2 · E3C1
稀な条件下でのシート調整の暴走、トレーラ照明の異常、ワイパー低速段の故障(高速段は使用可)、坂道発進補助の異常、タイヤ空気圧警告の未発報
S3 · 三マスE1C1 · E1C2 · E2C1運転者が完全に制御できる稀な条件下の致命的深刻度のハザード;制動で抑え込める低暴露の駆動異常

身につけておくべき三つの規則性。

制御可能性が最も強い梃子です。S2 × E4 × C1 の速度計誤差は ASIL-A、S2 × E4 × C2 の制動灯故障は ASIL-B。深刻度も暴露頻度も同じ——違いはひとえに、運転者が気づいて補えるかどうかにあります。

深刻度だけでは何も決まりません。S3 は QM(三マス)、A(三)、B(三)、C(二)、D(一)に現れます——全段階にまたがります。致命的であることが高 ASIL を意味するわけではありません。

三軸すべてが振り切れて初めて D に達します。S3 × E4 × C3 が唯一のマスです。車両に ASIL-D の項目がこれほど少ない理由がここにあります:操舵、制動、エアバッグ、トルク安全監視——ほかにはほとんどありません。

自動緊急ブレーキに当てはめると、この非対称性こそが論証のすべてです。

意図しない制動——踏むべきでないときに踏むこと——は S3 × E4 × C3 に位置します。唯一のマス、すなわち ASIL-D です。

制動の失敗——踏むべきときに踏まないこと——は概ね S3 × E3–E4 × C1 に位置し、ASIL-A または B です。基準線は AEB を持たないトラックであり、運転者が自ら制動することは常に前提とされてきました。

AEB システムにおけるすべての ASIL-D 要求は、起こるべきでない制動を防ぐために存在します——起こるべき制動を保証するためではありません。

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四つの次元は直交している

どの組合せもあり得ます。四つのうち一つを知っても、他の三つについては何もわかりません。

チップ温度信頼性機能安全AEB の制動判断に適するか
民生用 SoC0 to 70 °CAEC-Q100 なしASIL なし不可
工業用 SoC−40 to 85 °CAEC-Q100 なしASIL なし不可温度のみ、他は何もない
車載認定済み SoC−40 to 105 °CGrade 2それでも持たない場合がある認識のみ安全判断は担えない
安全 MCU、ASIL-B−40 to 125 °CGrade 1ASIL-B、ロックステップなし追加の論証が必要
安全 MCU、ASIL-D−40 to 125 °CGrade 1ASIL-D、ロックステップ・コア

三行目が落とし穴です。「車載認定済みの版を使っています」は安心感を与えますが、その一文が答えているのは温度と信頼性だけです。機能安全については何も述べていません。

08

「車載グレード」と聞いたら何を問うべきか

温度について

AEC-Q100 のグレードは。正確な品番とグレードが記載された認証書そのものを求めてください。

信頼性について

AEC-Q100 の認証書はあるか。「車載基準に沿って設計した」と「その基準で認定された」は別の主張です。

機能安全について

ASIL はいくつか。ロックステップの有無は。製品レベルの証書を求めてください——プロセス証書は数えません。

供給について

何年の供給を約束するか。その裏に PCN と EOL の規律はあるか。

よくある三つの言い回しと、その実際の意味:

  • 「当社のものは車載グレードのソリューションです」——多くの場合、温度しか押さえていません。AEC-Q100 に合格したかは述べておらず、ASIL については何一つ述べていません。
  • 「当社は ASIL-D 認証を取得しています」——それが製品レベルか、プロセス/マネジメントシステムレベルかを問い返してください。後者はその会社に開発プロセスがあることを示すだけで、この製品が安全であることを示しません。
  • 「このチップには車載版があります」——版が存在することと、我々が買うのがそれであることは別です。ファミリー名ではなく、正確な品番を求めてください。