汽车电子组件与产品可靠性设计

[摘 要]随着电子信息技术的迅猛发展，现代电子设备的功能得到了大大的拓展，性能指标不断提升。于此同时，电子设备的可靠性技术也面临着新的挑战。可靠性设计可以提高汽车电子设备质量，因此，本文就汽车电子设备的可靠性设计展开了讨论。

[关键词]汽车；电子；可靠性；设计

中图分类号：G236 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0228-01

近年来，随着电子技术的发展，电子元件的成本降低与可靠性的提高，使装在汽车上的电子设备急剧增加。电子设备的增加，不但影响产品的商品性，也影响产品的安全性。因此，今后电子设备一方面要适应汽车和飞机的高可靠性要求，另一方面也要满足家用电子设备的价格低廉要求，这是互相矛盾的要求。

产品的可靠性受使用条件的影响很大。可靠性设计决定着产品可靠性。所谓可靠性设计，就是以最低费用设计出满足产品可靠性的一系列程序。可靠性设计和性能设计是同时进行的，这是设计者不可忽视的。

1、可靠性设计概念

可靠性设计是自20世纪60年代开始逐渐进入机电工程及产品的设计领域的，尤其是近20年来可靠性理论有了长足的发展，相继出现了一些国际性、行业性的可靠性指标体系或含有可靠性要求的标准。至今，可靠性设计方法已经发展成为现代设计方法的一个重要组成部分，它小仅扩充了机械电子工程设计的内涵，也使其设计水平产生了质的飞跃。

2、电子设备开发设计步骤

电子设备的开发，分为三个阶段。

1.确定计划、规格

这个阶段是产品开发设计中最初的也是最重要的可靠性设计。它不但要确定产品的性能，也要确定产品可靠性的目标规格。

2.系统设计

这个阶段应使构成系统的元件发挥与分担提高可靠性的作用，并使整体性能协调。

3.个别元件设计

根据系统要求，提高各元件的可靠性。

可靠性设计技术各个阶段有着不同的侧重点，故障避免设计主要适用于3阶段，故障容差设计的中心为2阶段。但是，装在汽车上的电子设备，是硬件和软件作成一体的较难分离的系统。确定计划规格阶段，即确定可靠性的目标规格是一个重要课题。

3、汽车电子设备的可靠性设计

1.电磁兼容设计

保证汽车电子设备的电磁兼容性是一项复杂的技术任务，不存在万能的方法。汽车电子设备的电磁兼容设计要涉及很广的学科领域，具有科学交叉的特点，而且必须在各个阶段，包括汽车电子设备的设计到使用阶段全过程，利用小同性质的措施才能得到有效的解决。常见的电磁干扰中有自然界存在的干扰源，包括大气放电即雷电，太阳系黑子爆发，日辉，地球磁场等；人为的电磁干扰，包括点火系统，输电线系统，电感性设备，开关器件和继电器。保证电磁兼容性的方法：首先，保证元器件级上的电磁兼容性；减小导线之问的磨合；设备接地；对于干扰源或被干扰设备进行屏蔽，同时加滤波器抑制工作频带以外的频带上的干扰；电子设备之问的空间位置要适当。

2.减振设计

汽车电子设备必须能够耐受一定量值的冲击和振动，其量值因电子设备加装平台的小同而小同。如果把产生激振力的加装平台称为振源体，要求降低振动强度的汽车电子设备称为减振体，那么我们通常可以采取以卜三类减振措施去进行减振。（l）抑制振源强度。（2）隔振。在振源和减振体之问插进柔软的衬垫，依靠它的变形减轻振源对减振体的激励，通常称为隔振。（3）消振。在减振体上附加特殊装置，依靠它和减振体的相互作用吸收振动系统的动能，从而降低减振体的振动强度，这就是消振。根据以上三类减振措施，可以在汽车电子设备的减振设计中做两方面的工作。一方面，在分析减振系统力学模型的基础上阐明各种减振方案的物理}）L制，藉以深入了解各种减振方案的特性以及它们是否适合本设备；另一方面，建立减振方案的结构参数与减振性能指标之问的定量关系，按照设备减振要求计算出减振设备的最优结构参数。

4、故障避免设计

1.耐环境条件的设计

汽车电子设备工作的环境条件，比一般家用电器要严峻得多，确切地把握环境条件是确保可靠性的第一步。环境条件有温度、湿度、振动等物理环境和过电压、电磁波等电气环境两种。不论那一种都是重要的，各种情况的环境条件已制定了标淮。

根据环境条件来决定电路，和安装方式等的研究叫耐环境条件电子部件，外罩的设计。例如，在-30～85℃温度范围内，采用扁平的电容器或附加温度补偿电路，使其特性不变，装在有灰尘或溅水处的电子设备采取防尘、防水的树脂封装型等措施，以防止由于环境条件引起的故障。

但是，要求所有的部件都能满足这样苛刻的环境条件，部件的价格将会提高，作为车用装置恐怕就不成立了。特别是电气环境和常用范圍比较，由于过电压变动范围大，考虑耐过电压就要用耐高压的元件。因此，设法改善电子装置部件的工作环境，在装置的输出输人端附加保护电路。例如，在装置的输人端装接吸收出现于电源线路上的过电压的电路，以保证内部各部件的可靠工作。

2.标准化、简略化

设计故障发生率低的汽车电子设备的方法之一，是将在使用中证明工作可靠的电子部件或电路部件组合起来而形成新的电子设备。这种使用上工作可靠的部件叫做标准件。积累经验，增加标准件就能在较短时间内设计高可靠性的电子设备。所以，推行标准化是提高汽车电子设备可靠性的重要活动。将很多部件组装成一个电子设备，只要其中一个部件发生故障，整个设备的可靠性将会降低。因此，应使构成汽车电子设备的部件尽可能少。使用中汽车电子设备发生故障的原因综合为元件小良、装配错误、焊接小良等。其中元件小良率由元件制造厂提高质量和电路设计，合理选择部件来降低。装配措施、焊接小良是电子设备制造上的措施，设计时减少部件个数和焊接点，可以减少错误。

3.减轻负荷设计

由晶体管、电阻、电容器等各部件构成的电路，各部件制造厂规定了额定值。例如，最大容许电流、最高电压等。如在额定值的范围内使用时，故障发生率低，这固然是制造厂家应该保证的。但不使用额定值，而选用有富余能力的部件，亦即部件的负荷减轻，故障发生率会更低。这叫做减轻负荷设计。

5、可靠性分析

构成系统的部件不管哪一个都是需要的，但各部件影响整体性能的程度有很大差别，因此对系统所有部件都提高可靠性的做法会造成成本提高，不是良策，而且对整个系统的可靠性產生不平衡状态也是不希望的事，所以，对整个系统应进行可靠性分析。

可靠性分析使用故障网络分析法（FTA）和（FMEA）等。所谓FTA分析，就是找出系统的主要故障和产生主要故障的主要原因的方法。所谓FMEA就是分析各部件故障对系统性能的影响程度的方法。利用这些方法找出故障容易发生的地方和影响较大的地方，重点地采取措施，消除可靠性低的地方，使可靠性均匀化。

结束语

综上所述，可靠性设计是保证现代电子设备可靠性的最根本环节。上文介绍了提高汽车电子设备可靠性的若干设计，随着市场竞争的激烈程度越来越强，使得电子设备的可靠性，可用性和安全性显得尤为重要。所以，未来在电子设备的设计过程中可靠性的研究和可靠性设计成为非常重要的迫切的环节。

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作者简介

金震曦（1990.03-），男，汉族，浙江杭州，本科学历，助理工程师，，研究方向：环境与可靠性。