WINDROSE ELECTRIC
I&D & Industrialização

O que significa realmente o grau automóvel

A expressão é usada constantemente, mas não designa uma qualificação única — designa quatro, independentes entre si. Confundi-las leva a conclusões como «este chip é de grau automóvel, logo pode tomar a decisão de travagem». Não pode.

Introdução técnica
4
Qualificações distintas
−40°C
Temperatura mínima automóvel
1000h
Ensaio de vida a alta temperatura
10–15yr
Compromisso de fornecimento
1/36
Combinações que atingem ASIL-D
99%
Cobertura de falhas ASIL-D
01

Não é um selo — é uma pilha de certificações

Quando se diz que um chip é «de grau automóvel», essa afirmação pode cobrir apenas um dos quatro pontos seguintes.

Um

Gama de temperatura

A janela entre o frio e o calor em que ainda funciona corretamente.

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

Fiabilidade

Milhares de horas de envelhecimento, ciclos térmicos, vibração e humidade.

AEC-Q100 / Q101 / Q200
Três

Produção & fornecimento

Cultura de zero defeitos, rastreabilidade de lote, notificação de alterações, disponibilidade a dez anos.

IATF 16949 / PPAP
Quatro

Segurança funcional

Se o sistema consegue conter as consequências quando o componente falha.

ISO 26262 ASIL

Os dois mais frequentemente confundidos são o segundo e o quarto.

A AEC-Q100 responde a «vai falhar?». A ISO 26262 responde a «o que acontece quando falha?». São qualificações inteiramente distintas. Um chip pode cumprir integralmente a AEC-Q100 e não possuir qualquer capacidade ASIL.

02

Um — Temperatura

O mais concreto dos quatro. Os graus diferem apenas na quantidade de calor que o componente suporta — porque a sua localização no veículo decide o que tem de aguentar.

−40°C 0°C 85°C 105°C 125°C 150°C ← mais frio mais quente → 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
Compare o Grade 3 com o Industrial. A gama de temperatura é idêntica — ambos de −40 a +85 °C — e no entanto não são equivalentes. A diferença não está na temperatura, mas no segundo ponto: quão duros são os ensaios e quão baixa tem de ser a taxa de falhas. «Industrial equivale a Grade 3 automóvel» é um equívoco comum e caro.

Diferentes localizações no veículo impõem cargas térmicas muito diferentes:

−40 °C

Inverno nórdico

85 °C

No interior da cabina

125 °C

No compartimento do motor

150 °C

Junto ao sistema de tração

Um caso real. Um documento de projeto de um fornecedor indicava um componente como «não automóvel, mas especificado de −30 a +85 °C». Parece suficiente — até nos lembrarmos de que o veículo é entregue no Norte da Europa, onde o requisito ao nível do veículo é de −40 a +85 °C.

Esses dez graus não são margem. Decidem se o camião arranca no inverno norueguês. E o componente nem sequer atinge o Grade 3, o nível automóvel mais baixo — cujo limite inferior é exatamente −40 °C.

03

Dois — Vai falhar prematuramente?

É o grosso da AEC-Q100: mais de quarenta ensaios de esforço, milhares de horas, centenas de amostras. O objetivo é forçar em poucos meses o aparecimento de defeitos que de outro modo só surgiriam ao décimo ano.

Esforço ambiental
  • 1000 h de funcionamento a alta temperatura
  • 1000 h de polarização temperatura-humidade
  • 1000 ciclos térmicos
Integridade do encapsulamento
  • Resistência dos terminais e soldabilidade
  • Nível de sensibilidade à humidade
  • Dimensões físicas, corte transversal
Fiabilidade ao nível do die
  • Eletromigração
  • Integridade do óxido de porta
  • Injeção de portadores quentes
Elétrico & triagem
  • Descarga eletrostática
  • Latch-up
  • Taxa de erros transitórios

O que se obtém ao ser aprovado? Um compromisso de taxa de falhas — normalmente expresso em PPM (partes por milhão) ou FIT (falhas por mil milhões de horas) — acompanhado de relatórios de ensaio rastreáveis.

Os componentes de consumo dispensam quase tudo isto, ou realizam apenas alguns ensaios. «Funciona» e «continua a funcionar daqui a dez anos» são afirmações diferentes. Um telemóvel substitui-se ao fim de dois anos; um camião roda quinze.

04

Três — Produção e fornecimento

O mais esquecido dos quatro, e o mais severo para um veículo industrial com quinze anos de vida útil.

Ciclo de vida de um chip de consumo
Descontinuado ao fim de cerca de 2–3 anos
Compromisso de fornecimento automóvel
10–15 anos
Os fornecedores automóveis têm ainda de aplicar PCN (notificação de alteração de processo) e EOL (aviso de fim de vida): nenhuma alteração silenciosa de processo, material ou local de fabrico. A isso juntam-se a IATF 16949, a aprovação PPAP e a rastreabilidade por lote.

Dito de forma clara: um componente de consumo pode ser descontinuado enquanto o nosso camião ainda está na garantia. Isso significa ficar sem peças de substituição — ou redesenhar a placa. E redesenhar significa voltar a certificar.

05

Quatro — A segurança funcional é outra questão

Os três primeiros perguntam se o chip é bom. O quarto pergunta o que acontece às pessoas quando ele falha.

AEC-Q100

Vai falhar?

Fiabilidade. Reduz a probabilidade de falha. Ensaia o próprio componente — envelhecimento, temperatura, vibração, descarga eletrostática.

ISO 26262 · ASIL

E se falhar?

Segurança funcional. Gere as consequências da falha. Ensaia o sistema completo — existe um segundo canal que a deteta e o sistema consegue atingir um estado seguro?

O ASIL não é uma classificação de qualidade. É calculado a partir do perigo. A ISO 26262 pontua três dimensões:

S · Severidade
A gravidade dos ferimentos
S0 – S3
×
E · Exposição
A frequência da situação
E0 – E4
×
C · Controlabilidade
Se o condutor ainda consegue evitar
C0 – C3
ASIL
Nível resultante
QM · A · B · C · D
QM
A
B
C
D
Basta a gestão da qualidade correnteO mais rigoroso

Porque é que tantas combinações se reduzem a cinco níveis

O S tem três valores utilizáveis, o E quatro e o C três. São 36 combinações — um número finito. E essas 36 dão apenas cinco resultados, porque a tabela da ISO 26262 comporta-se como uma soma simples: pontuar S, E e C com 1, 2, 3 (E até 4), somar e ler o nível.

S1 · Lesão ligeira
C1
C2
C3
E1
QM
QM
QM
E2
QM
QM
QM
E3
QM
QM
A
E4
QM
A
B
S2 · Lesão grave
C1
C2
C3
E1
QM
QM
QM
E2
QM
QM
A
E3
QM
A
B
E4
A
B
C
S3 · Risco de vida / mortal
C1
C2
C3
E1
QM
QM
A
E2
QM
A
B
E3
A
B
C
E4
B
C
D
18 casas QM 8 casas ASIL-A 6 casas ASIL-B 3 casas ASIL-C 1 casa ASIL-D

Em 36 combinações, exatamente uma atinge o ASIL-D: S3 × E4 × C3. O dano mais grave, na situação de condução mais comum, sem possibilidade de o condutor recuperar. As três dimensões têm de estar no máximo em simultâneo. Metade da tabela — 18 casas — não exige qualquer processo de segurança funcional.

E há apenas cinco níveis porque o ASIL não descreve o risco com precisão — decide quanto trabalho tem de ser feito. Cada nível traz consigo um conjunto completo de requisitos de desenvolvimento: metas de cobertura, métodos de verificação, independência do processo, hardware em lockstep. Com 36 níveis a norma seria inutilizável. É uma régua deliberadamente grosseira.

O que separa o ASIL-B do ASIL-D:

IndicadorASIL-BASIL-D
Métrica de falhas de ponto único≥ 90 %≥ 99 %
Métrica de falhas latentes≥ 60 %≥ 90 %
Taxa de falha aleatória do hardware< 10⁻⁷ / hora< 10⁻⁸ / horaDez vezes mais rigoroso
Arquitetura de hardwareUm núcleo com watchdog costuma bastarNúcleos em lockstep normalmente exigidos
Independência do processoAtenuadaRevisão, auditoria e avaliação independentes

O que é um núcleo em lockstep? Dois núcleos de CPU executam o mesmo código em sincronia enquanto o hardware compara as suas saídas em tempo real. Qualquer discrepância gera de imediato uma falha. É a forma mais eficaz de detetar falhas aleatórias de hardware — daí que os ASIL elevados raramente prescindam dele.

Atingir o ASIL-D sem lockstep obriga a compensar com extensos autotestes de software e cálculo redundante: caro e difícil de defender perante um serviço técnico.

06

Cada combinação — e o que nela recai

Os exemplos seguintes são ilustrativos, não normativos. O ASIL é uma propriedade de um perigo concreto, não de um tipo de componente — a mesma função pode recair noutra casa na análise de perigos de outro fabricante.

ASIL-D — uma combinação

S × E × CSomaFunções típicas
S3 × E4 × C310Falha da direção assistida elétrica · travagem indesejada ESC / EBS · acionamento indesejado do airbag · aceleração plena indesejada (monitorização do binário) · travagem indesejada do AEB · direção e travagem por caboDano mortal, na situação de condução mais comum, sem possibilidade de o condutor recuperar.

ASIL-C — três combinações

S × E × CSomaFunções típicas
S2 × E4 × C39Variação brusca da assistência à direção em condução normal (degradada, não perdida)
S3 × E3 × C39A bateria de alta tensão não se desliga após um embate · perda de isolamento de AT
S3 × E4 × C29Perda parcial da força de travagem em condução normal (outros circuitos ainda disponíveis)

O ASIL-C é raro na prática — a maioria das equipas projeta diretamente para D ou recorre à decomposição ASIL.

ASIL-B — seis combinações

S × E × CSomaFunções típicas
S1 × E4 × C38Falha das luzes traseiras e de delimitação — exposição constante, e o condutor não vê as suas próprias luzes traseiras
S2 × E3 × C38Falha total dos faróis — sem iluminação à noite
S2 × E4 × C28Falha das luzes de travagem — o veículo que segue atrás não sabe que está a travar
S3 × E2 × C38Ausência de monitorização do isolamento de alta tensão — risco de eletrocussão que uma pessoa não consegue percecionar
S3 × E3 × C28Aceleração indesejada do controlo de velocidade ou do ACC
S3 × E4 × C18Perda de propulsão em condução normal — o veículo ainda consegue encostar por inércia

Também tipicamente ASIL-B: indicação de velocidade no quadrante, monitorização da pressão dos pneus e a camada de perceção de radares e câmaras.

ASIL-A — oito combinações

S × E × CSomaFunções típicas
S1 × E3 × C37A câmara de marcha-atrás apaga-se — colisão a baixa velocidade durante a manobra
S1 × E4 × C27Iluminação interior permanentemente acesa, degradando a visão noturna
S2 × E2 × C37Falha total dos limpa-para-brisas à chuva — perda de visibilidade frontal
S2 × E3 × C27Falha de um único farol
S2 × E4 × C17Erro de leitura do velocímetro — o condutor ainda consegue estimar a velocidade pelo trânsito e pela mudança
S3 × E1 × C37Perda do aviso de fuga térmica numa condição de utilização rara
S3 × E2 × C27Anomalia na coordenação da travagem do reboque em determinadas condições
S3 × E3 × C17Perda de propulsão com exposição moderada — o veículo consegue encostar

QM — dezoito combinações

SeveridadeCombinaçõesFunções típicas
S1 · nove casasE1C1 · E1C2 · E1C3
E2C1 · E2C2 · E2C3
E3C1 · E3C2 · E4C1
Iluminação da caixa de carga, aquecimento do banco, luzes de leitura, antientalamento do vidro, cortina do tejadilho, ventilador da climatização, desembaciamento dos espelhos, luminosidade do quadrante.A unidade de infoentretenimento, a navegação, o Bluetooth, o carregamento sem fios e a iluminação ambiente situam-se todos nesta faixa.
S2 · seis casasE1C1 · E1C2 · E1C3
E2C1 · E2C2 · E3C1
Descontrolo do ajuste do banco em condições raras, anomalias da iluminação do reboque, falha da velocidade lenta do limpa-para-brisas (a rápida continua disponível), anomalia do assistente de arranque em subida, aviso de pressão dos pneus não emitido
S3 · três casasE1C1 · E1C2 · E2C1Perigos de severidade mortal em condições raras que o condutor controla totalmente; anomalias de propulsão com baixa exposição que a travagem consegue conter

Três padrões a interiorizar.

A controlabilidade é a alavanca mais forte. Um erro do velocímetro em S2 × E4 × C1 é ASIL-A; uma falha das luzes de travagem em S2 × E4 × C2 é ASIL-B. Mesma severidade, mesma exposição — toda a diferença está em o condutor conseguir dar por isso e compensar.

A severidade por si só não decide nada. O S3 aparece em QM (três casas), A (três), B (três), C (duas) e D (uma) — abrange todos os níveis. Mortal não significa ASIL elevado.

Só o máximo nos três eixos chega a D. S3 × E4 × C3 é a única casa. É por isso que há tão poucos elementos ASIL-D num veículo: direção, travagem, airbag, monitorização do binário — e pouco mais.

Aplicada à travagem automática de emergência, a assimetria é todo o argumento.

Travagem indesejada — travar quando não se deve — recai em S3 × E4 × C3. É o ASIL-D, a única casa.

Ausência de travagem — não travar quando se devia — recai em torno de S3 × E3–E4 × C1, ou seja ASIL-A ou B. A referência é um camião sem AEB: sempre se esperou que o condutor travasse por si.

Todo o requisito ASIL-D de um sistema AEB existe para impedir uma travagem que não deveria ocorrer — não para garantir uma travagem que deveria.

07

As quatro dimensões são ortogonais

Qualquer combinação é possível. Conhecer uma das quatro nada diz sobre as outras.

ChipTemperaturaFiabilidadeSegurança funcionalAdequado a uma decisão de travagem AEB?
SoC de consumo0 to 70 °CSem AEC-Q100Sem ASILNão
SoC industrial−40 to 85 °CSem AEC-Q100Sem ASILNãoApenas a temperatura; mais nada
SoC qualificado para automóvel−40 to 105 °CGrade 2Pode continuar sem nenhumApenas perceçãoNão a decisão de segurança
MCU de segurança, ASIL-B−40 to 125 °CGrade 1ASIL-B, sem lockstepExige argumentação adicional
MCU de segurança, ASIL-D−40 to 125 °CGrade 1ASIL-D, núcleos em lockstepSim

A terceira linha é a armadilha. «Usamos a versão qualificada para automóvel» soa tranquilizador, mas essa frase responde apenas à temperatura e à fiabilidade. Sobre segurança funcional não diz absolutamente nada.

08

O que perguntar quando ouvir «grau automóvel»

Sobre a temperatura

Qual o grau AEC-Q100? Peça o próprio certificado, com a referência exata e o grau.

Sobre a fiabilidade

Existe certificado AEC-Q100? «Concebido segundo normas automóveis» e «qualificado segundo elas» são afirmações diferentes.

Sobre a segurança funcional

Qual o ASIL? Com lockstep ou sem? Exija um certificado de produto — um certificado de processo não conta.

Sobre o fornecimento

Quantos anos de fornecimento estão garantidos? Há por trás disciplina de PCN e EOL?

Três afirmações comuns e o que significam na realidade:

  • «A nossa é uma solução de grau automóvel.» Cobre normalmente apenas a temperatura. Nada diz sobre se a AEC-Q100 foi cumprida, e absolutamente nada sobre o ASIL.
  • «Somos certificados ASIL-D.» Pergunte se é ao nível do produto ou do processo / sistema de gestão. O segundo prova que a empresa tem um processo de desenvolvimento — não que este produto seja seguro.
  • «Este chip tem uma variante automóvel.» A existência de uma variante não é o mesmo que ser aquela que compramos. Exija a referência exata, nunca o nome da família.