WINDROSE ELECTRIC
B&R & Industrializacja

Co naprawdę oznacza klasa motoryzacyjna

Określenia używa się nieustannie, ale nie oznacza ono jednej kwalifikacji — oznacza cztery, niezależne od siebie. Mylenie ich prowadzi do wniosków w rodzaju «ten układ jest klasy motoryzacyjnej, więc może podjąć decyzję o hamowaniu». Nie może.

Wprowadzenie techniczne
4
Odrębne kwalifikacje
−40°C
Dolna granica motoryzacyjna
1000h
Badanie trwałości w wysokiej temperaturze
10–15yr
Zobowiązanie dostawcze
1/36
Kombinacje osiągające ASIL-D
99%
Pokrycie uszkodzeń ASIL-D
01

To nie odznaka — to stos certyfikatów

Gdy układ nazywa się «klasy motoryzacyjnej», stwierdzenie to może obejmować tylko jeden z czterech poniższych punktów.

Jeden

Zakres temperatur

Okno między zimnem a gorącem, w którym nadal działa poprawnie.

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

Niezawodność

Tysiące godzin starzenia, cykli termicznych, drgań i obciążenia wilgocią.

AEC-Q100 / Q101 / Q200
Trzy

Produkcja & dostawy

Kultura zera defektów, identyfikowalność partii, powiadomienie o zmianach, dziesięcioletnia dostępność.

IATF 16949 / PPAP
Cztery

Bezpieczeństwo funkcjonalne

Czy system potrafi opanować skutki, gdy element ulegnie awarii.

ISO 26262 ASIL

Najczęściej mylone są punkt drugi i czwarty.

AEC-Q100 odpowiada na pytanie «czy ulegnie awarii?». ISO 26262 odpowiada na pytanie «co się stanie, gdy ulegnie?». To całkowicie odrębne kwalifikacje. Układ może w pełni przejść AEC-Q100 i nie mieć żadnej zdolności ASIL.

02

Jeden — Temperatura

Najbardziej konkretny z czterech. Klasy różnią się wyłącznie tym, ile ciepła element wytrzyma — bo o tym, co musi znieść, decyduje jego miejsce w pojeździe.

−40°C 0°C 85°C 105°C 125°C 150°C ← zimniej cieplej → 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
Porównajmy Grade 3 z Industrial. Zakres temperatur jest identyczny — oba −40 do +85 °C — a mimo to nie są równoważne. Różnica nie tkwi w temperaturze, lecz w punkcie drugim: jak ostre są badania i jak niski musi być wskaźnik awaryjności. «Przemysłowy równa się motoryzacyjny Grade 3» to powszechne i kosztowne nieporozumienie.

Różne miejsca w pojeździe oznaczają bardzo różne obciążenie cieplne:

−40 °C

Nordycka zima

85 °C

Wewnątrz kabiny

125 °C

W komorze silnika

150 °C

Przy układzie napędowym

Prawdziwy przypadek. W dokumencie konstrukcyjnym dostawcy element figurował jako «nie klasy motoryzacyjnej, ale specyfikowany −30 do +85 °C». Wygląda to na ledwie wystarczające — dopóki nie przypomnimy sobie, że pojazd trafia do Europy Północnej, gdzie wymaganie na poziomie pojazdu wynosi −40 do +85 °C.

Te dziesięć stopni to nie zapas. Jeden decydują, czy ciężarówka odpali norweską zimą. A element nie osiąga nawet Grade 3, najniższego poziomu motoryzacyjnego — którego dolna granica wynosi dokładnie −40 °C.

03

Dwa — Czy ulegnie awarii przedwcześnie?

To zasadnicza część AEC-Q100: ponad czterdzieści badań obciążeniowych, tysiące godzin, setki próbek. Celem jest wymuszenie w ciągu kilku miesięcy ujawnienia wad, które inaczej pojawiłyby się dopiero w dziesiątym roku.

Obciążenie środowiskowe
  • 1000 h pracy w wysokiej temperaturze
  • 1000 h polaryzacji w temperaturze i wilgotności
  • 1000 cykli termicznych
Integralność obudowy
  • Wytrzymałość wyprowadzeń i lutowność
  • Poziom wrażliwości na wilgoć
  • Wymiary fizyczne, przekrój
Niezawodność na poziomie struktury
  • Elektromigracja
  • Integralność tlenku bramki
  • Wstrzykiwanie gorących nośników
Elektryczne & selekcja
  • Wyładowanie elektrostatyczne
  • Zatrzask (latch-up)
  • Współczynnik błędów miękkich

Co się otrzymuje po zaliczeniu? Zobowiązanie co do wskaźnika awaryjności — zwykle wyrażone w PPM (części na milion) lub FIT (awarie na miliard godzin) — wraz z identyfikowalnymi raportami z badań.

Elementy konsumenckie pomijają większość tego lub wykonują tylko kilka badań. «Działa» i «nadal działa za dziesięć lat» to różne twierdzenia. Telefon wymienia się po dwóch latach; ciężarówka jeździ piętnaście.

04

Trzy — Produkcja i dostawy

Najczęściej pomijany z czterech i najbardziej dotkliwy dla pojazdu użytkowego o piętnastoletnim okresie eksploatacji.

Cykl życia układu konsumenckiego
Wycofany po około 2–3 latach
Motoryzacyjne zobowiązanie dostawcze
10–15 lat
Dostawcy motoryzacyjni muszą ponadto stosować PCN (powiadomienie o zmianie procesu) i EOL (zapowiedź zakończenia produkcji): żadnych cichych zmian procesu, materiału ani zakładu wytwarzania. Do tego IATF 16949, zatwierdzenie PPAP i identyfikowalność partii.

Mówiąc wprost: element konsumencki może zniknąć z produkcji, gdy nasza ciężarówka jest jeszcze na gwarancji. To oznacza brak części zamiennych — albo przeprojektowanie płytki. A przeprojektowanie oznacza ponowną certyfikację.

05

Cztery — Bezpieczeństwo funkcjonalne to całkiem inne pytanie

Pierwsze trzy pytają, jak dobry jest układ. Czwarte pyta, co dzieje się z ludźmi, gdy ulega awarii.

AEC-Q100

Czy ulegnie awarii?

Niezawodność. Obniża prawdopodobieństwo awarii. Bada sam element — starzenie, temperaturę, drgania, wyładowanie elektrostatyczne.

ISO 26262 · ASIL

A jeśli ulegnie?

Bezpieczeństwo funkcjonalne. Panuje nad skutkami awarii. Bada cały system — czy istnieje drugi kanał, który to zauważy, i czy system osiągnie stan bezpieczny?

ASIL nie jest rankingiem jakości. Wylicza się go z zagrożenia. ISO 26262 punktuje trzy wymiary:

S · Dotkliwość
Jak poważnie ktoś zostaje ranny
S0 – S3
×
E · Ekspozycja
Jak często sytuacja występuje
E0 – E4
×
C · Sterowalność
Czy kierowca zdąży jeszcze zareagować
C0 – C3
ASIL
Wynikowy poziom
QM · A · B · C · D
QM
A
B
C
D
Zwykłe zarządzanie jakością wystarczaNajostrzejszy

Dlaczego tyle kombinacji sprowadza się do zaledwie pięciu poziomów

S ma trzy używane wartości, E cztery, C trzy. To 36 kombinacji — liczba skończona. A te 36 dają tylko pięć wyników, ponieważ tablica ISO 26262 zachowuje się jak proste dodawanie: przypisz S, E i C wartości 1, 2, 3 (E aż do 4), zsumuj i odczytaj poziom.

S1 · Lekkie obrażenia
C1
C2
C3
E1
QM
QM
QM
E2
QM
QM
QM
E3
QM
QM
A
E4
QM
A
B
S2 · Ciężkie obrażenia
C1
C2
C3
E1
QM
QM
QM
E2
QM
QM
A
E3
QM
A
B
E4
A
B
C
S3 · Zagrożenie życia / śmiertelne
C1
C2
C3
E1
QM
QM
A
E2
QM
A
B
E3
A
B
C
E4
B
C
D
18 pól QM 8 pól ASIL-A 6 pól ASIL-B 3 pola ASIL-C 1 pole ASIL-D

Spośród 36 kombinacji dokładnie jedna osiąga ASIL-D: S3 × E4 × C3. Najcięższa szkoda, w najczęstszej sytuacji drogowej, bez możliwości reakcji kierowcy. Wszystkie trzy wymiary muszą być jednocześnie na maksimum. Połowa tablicy — 18 pól — nie wymaga w ogóle procesu bezpieczeństwa funkcjonalnego.

A poziomów jest tylko pięć, ponieważ ASIL nie opisuje ryzyka precyzyjnie — rozstrzyga, ile pracy trzeba wykonać. Każdy poziom niesie pełny zestaw wymagań rozwojowych: cele pokrycia, metody weryfikacji, niezależność procesu, sprzęt w trybie lockstep. Przy 36 poziomach norma byłaby bezużyteczna. To celowo zgrubna miara.

Co dzieli ASIL-B od ASIL-D:

WskaźnikASIL-BASIL-D
Miara uszkodzeń pojedynczych≥ 90 %≥ 99 %
Miara uszkodzeń utajonych≥ 60 %≥ 90 %
Współczynnik losowych uszkodzeń sprzętu< 10⁻⁷ / godzinę< 10⁻⁸ / godzinęDziesięciokrotnie ostrzejszy
Architektura sprzętowaJeden rdzeń z układem nadzoru zwykle wystarczaZwykle wymagane rdzenie w trybie lockstep
Niezależność procesuZłagodzonaNiezależny przegląd, audyt i ocena

Czym jest rdzeń w trybie lockstep? Dwa rdzenie procesora wykonują ten sam kod w tym samym takcie, a sprzęt porównuje ich wyniki w czasie rzeczywistym. Każda rozbieżność natychmiast zgłasza błąd. To najskuteczniejszy sposób wykrywania losowych uszkodzeń sprzętu — dlatego wysokie ASIL rzadko się bez niego obywa.

Osiągnięcie ASIL-D bez lockstepu oznacza nadrabianie rozbudowanymi autotestami programowymi i obliczeniami nadmiarowymi: kosztownie i trudno obronić przed służbą techniczną.

06

Każda kombinacja — i co w niej ląduje

Poniższe przykłady mają charakter ilustracyjny, nie normatywny. ASIL jest cechą konkretnego zagrożenia, a nie typu podzespołu — ta sama funkcja może trafić do innego pola w analizie zagrożeń innego producenta.

ASIL-D — jedna kombinacja

S × E × CSumaTypowe funkcje
S3 × E4 × C310Awaria elektrycznego wspomagania kierownicy · niezamierzone hamowanie ESC / EBS · niezamierzone rozwinięcie poduszki · niezamierzone pełne przyspieszenie (nadzór momentu) · niezamierzone hamowanie AEB · steer-by-wire i brake-by-wireSzkoda śmiertelna, w najczęstszej sytuacji drogowej, bez możliwości reakcji kierowcy.

ASIL-C — trzy kombinacje

S × E × CSumaTypowe funkcje
S2 × E4 × C39Gwałtowna zmiana wspomagania kierownicy podczas normalnej jazdy (osłabione, nie utracone)
S3 × E3 × C39Akumulator wysokonapięciowy nie odłącza się po zderzeniu · utrata izolacji WN
S3 × E4 × C29Częściowa utrata siły hamowania podczas normalnej jazdy (pozostałe obwody nadal dostępne)

ASIL-C jest w praktyce rzadki — większość zespołów projektuje od razu na D albo stosuje dekompozycję ASIL.

ASIL-B — sześć kombinacji

S × E × CSumaTypowe funkcje
S1 × E4 × C38Awaria świateł tylnych i obrysowych — stała ekspozycja, a kierowca nie widzi własnych świateł tylnych
S2 × E3 × C38Całkowita awaria reflektorów — brak oświetlenia nocą
S2 × E4 × C28Awaria świateł stopu — pojazd z tyłu nie wie, że hamujesz
S3 × E2 × C38Brak nadzoru izolacji wysokonapięciowej — ryzyko porażenia, którego człowiek nie jest w stanie wyczuć
S3 × E3 × C28Niezamierzone przyspieszenie tempomatu lub ACC
S3 × E4 × C18Utrata napędu podczas normalnej jazdy — pojazd może jeszcze dotoczyć się na pobocze

Zwykle również ASIL-B: wskazanie prędkości w zestawie wskaźników, nadzór ciśnienia w oponach oraz warstwa percepcji radarów i kamer.

ASIL-A — osiem kombinacji

S × E × CSumaTypowe funkcje
S1 × E3 × C37Kamera cofania gaśnie — kolizja przy małej prędkości podczas manewrowania
S1 × E4 × C27Oświetlenie wnętrza pozostaje włączone i pogarsza widzenie nocne
S2 × E2 × C37Całkowita awaria wycieraczek w deszczu — utrata widoczności do przodu
S2 × E3 × C27Awaria pojedynczego reflektora
S2 × E4 × C17Błąd wskazania prędkościomierza — kierowca nadal oszacuje prędkość po ruchu i biegu
S3 × E1 × C37Utrata ostrzeżenia o niekontrolowanym wzroście temperatury w rzadkich warunkach pracy
S3 × E2 × C27Nieprawidłowość w koordynacji hamowania przyczepy w określonych warunkach
S3 × E3 × C17Utrata napędu przy umiarkowanej ekspozycji — pojazd może zjechać na bok

QM — osiemnaście kombinacji

DotkliwośćKombinacjeTypowe funkcje
S1 · dziewięć pólE1C1 · E1C2 · E1C3
E2C1 · E2C2 · E2C3
E3C1 · E3C2 · E4C1
Oświetlenie przestrzeni ładunkowej, ogrzewanie fotela, lampki do czytania, zabezpieczenie szyby przed przytrzaśnięciem, roleta dachowa, dmuchawa, ogrzewanie lusterek, jasność zestawu wskaźników.Jednostka infotainment, nawigacja, Bluetooth, ładowanie bezprzewodowe i oświetlenie nastrojowe mieszczą się w tym paśmie.
S2 · sześć pólE1C1 · E1C2 · E1C3
E2C1 · E2C2 · E3C1
Niekontrolowana regulacja fotela w rzadkich warunkach, nieprawidłowości oświetlenia przyczepy, awaria wolnego biegu wycieraczek (szybki nadal dostępny), nieprawidłowość asystenta ruszania pod górę, brak ostrzeżenia o ciśnieniu w oponach
S3 · trzy polaE1C1 · E1C2 · E2C1Zagrożenia o śmiertelnej dotkliwości w rzadkich warunkach, nad którymi kierowca w pełni panuje; nieprawidłowości napędu przy niskiej ekspozycji, które hamowanie jest w stanie opanować

Trzy prawidłowości warte zapamiętania.

Sterowalność jest najsilniejszą dźwignią. Błąd prędkościomierza przy S2 × E4 × C1 to ASIL-A; awaria świateł stopu przy S2 × E4 × C2 to ASIL-B. Ta sama dotkliwość, ta sama ekspozycja — cała różnica tkwi w tym, czy kierowca zdoła to zauważyć i zrekompensować.

Sama dotkliwość niczego nie rozstrzyga. S3 występuje w QM (trzy pola), A (trzy), B (trzy), C (dwa) i D (jedno) — obejmuje wszystkie poziomy. Śmiertelny nie znaczy wysoki ASIL.

Tylko pełne wychylenie sięga D. S3 × E4 × C3 to jedyne pole. Dlatego w pojeździe jest tak niewiele elementów ASIL-D: układ kierowniczy, hamulce, poduszka powietrzna, nadzór momentu — i niewiele ponadto.

W zastosowaniu do automatycznego hamowania awaryjnego cała argumentacja opiera się na tej asymetrii.

Niezamierzone hamowanie — hamowanie wtedy, gdy nie należy — trafia na S3 × E4 × C3. To ASIL-D, owo jedyne pole.

Brak hamowania — niehamowanie wtedy, gdy należałoby — trafia w okolice S3 × E3–E4 × C1, czyli ASIL-A lub B. Punktem odniesienia jest ciężarówka bez AEB: od kierowcy zawsze oczekiwano, że zahamuje sam.

Każde wymaganie ASIL-D w systemie AEB istnieje po to, by zapobiec hamowaniu, do którego nie powinno dojść — nie po to, by zagwarantować hamowanie, do którego dojść powinno.

07

Cztery wymiary są ortogonalne

Możliwa jest dowolna kombinacja. Znajomość jednego z czterech nic nie mówi o pozostałych.

UkładTemperaturaNiezawodnośćBezpieczeństwo funkcjonalneNadaje się do decyzji o hamowaniu AEB?
SoC konsumencki0 to 70 °CBrak AEC-Q100Brak ASILNie
SoC przemysłowy−40 to 85 °CBrak AEC-Q100Brak ASILNieTylko temperatura; nic poza tym
SoC kwalifikowany motoryzacyjnie−40 to 105 °CGrade 2Może nadal nie mieć żadnegoTylko percepcjaNie decyzja bezpieczeństwa
MCU bezpieczeństwa, ASIL-B−40 to 125 °CGrade 1ASIL-B, bez lockstepuWymaga dodatkowego uzasadnienia
MCU bezpieczeństwa, ASIL-D−40 to 125 °CGrade 1ASIL-D, rdzenie w lockstepTak

Trzeci wiersz to pułapka. «Używamy wersji kwalifikowanej motoryzacyjnie» brzmi uspokajająco, ale to zdanie odpowiada wyłącznie na temperaturę i niezawodność. O bezpieczeństwie funkcjonalnym nie mówi zupełnie nic.

08

O co pytać, gdy słyszysz «klasa motoryzacyjna»

O temperaturę

Który stopień AEC-Q100? Zażądaj samego certyfikatu, z dokładnym numerem katalogowym i stopniem.

O niezawodność

Czy istnieje certyfikat AEC-Q100? «Zaprojektowany zgodnie z normami motoryzacyjnymi» i «kwalifikowany według nich» to różne twierdzenia.

O bezpieczeństwo funkcjonalne

Jaki ASIL? Z lockstepem czy bez? Żądaj certyfikatu na poziomie produktu — certyfikat procesowy się nie liczy.

O dostawy

Na ile lat zobowiązano się do dostaw? Czy stoi za tym dyscyplina PCN i EOL?

Trzy najczęstsze twierdzenia i co naprawdę znaczą:

  • «Nasze rozwiązanie jest klasy motoryzacyjnej.» Zwykle obejmuje tylko temperaturę. Nie mówi nic o tym, czy AEC-Q100 zostało zaliczone, i zupełnie nic o ASIL.
  • «Mamy certyfikat ASIL-D.» Zapytaj, czy to poziom produktu, czy procesu / systemu zarządzania. To drugie dowodzi, że firma ma proces rozwojowy — nie że ten produkt jest bezpieczny.
  • «Ten układ ma wariant motoryzacyjny.» Istnienie wariantu to nie to samo, co to, że właśnie ten kupujemy. Żądaj dokładnego numeru katalogowego, nigdy nazwy rodziny.