干汽車電子測(cè)試這些年我最大的感觸是環(huán)境可靠性測(cè)試一直是最繞不開的一關(guān)。很多在實(shí)驗(yàn)室里功能完美的板子一上車就出問(wèn)題輕則重啟死機(jī)重則燒毀失效。說(shuō)到底汽車電子面對(duì)的不是寫字樓空調(diào)房而是從漠河到吐魯番、從高原到沿海的極端環(huán)境——夏天暴曬后車內(nèi)溫度能到85℃以上冬天冷啟動(dòng)時(shí)-40℃的嚴(yán)寒再加上發(fā)動(dòng)機(jī)和路面帶來(lái)的持續(xù)振動(dòng)。這就是汽車電子環(huán)境可靠性測(cè)試存在的意義。這篇文章不聊虛的我把從測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)選型、條件參數(shù)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型到實(shí)際執(zhí)行中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)一次講清楚適合負(fù)責(zé)硬件驗(yàn)證、測(cè)試工程師或者剛轉(zhuǎn)入車載方向的嵌入式開發(fā)朋友參考。1. 環(huán)境可靠性測(cè)試的本質(zhì)為什么汽車電子一定要過(guò)這一關(guān)1.1 失效誘因里環(huán)境應(yīng)力占了大頭我們先說(shuō)點(diǎn)實(shí)在的數(shù)據(jù)。行業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期積累的失效機(jī)理分析結(jié)論是電子產(chǎn)品失效因素中溫度相關(guān)失效約占40%到55%振動(dòng)和沖擊相關(guān)失效約占20%到30%濕度、鹽霧和粉塵加起來(lái)也有15%左右。剩下的才是元器件本身缺陷和人為操作問(wèn)題。這意味著如果只做功能測(cè)試和性能測(cè)試而不做環(huán)境可靠性驗(yàn)證你看到的合格品其實(shí)有一半概率在真實(shí)使用環(huán)境里“翻車”。這個(gè)道理其實(shí)跟人一樣。一個(gè)人體檢各項(xiàng)指標(biāo)正常不代表他能在高海拔缺氧環(huán)境下跑馬拉松。汽車電子也是這個(gè)邏輯——常溫常壓下跑通只是最低門檻環(huán)境可靠性測(cè)試考的是產(chǎn)品在極限工況下的生存能力。1.2 車規(guī)級(jí)與消費(fèi)級(jí)的本質(zhì)差異不少?gòu)南M(fèi)電子轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的工程師一開始會(huì)低估環(huán)境測(cè)試的嚴(yán)苛程度。手機(jī)的工作溫度一般是0℃到40℃存儲(chǔ)溫度-20℃到60℃振動(dòng)測(cè)試基本就是模擬手滑跌落。但汽車電子的標(biāo)準(zhǔn)完全是另一個(gè)量級(jí)工作溫度范圍動(dòng)不動(dòng)就是-40℃到85℃甚至125℃振動(dòng)量級(jí)要看安裝位置發(fā)動(dòng)機(jī)艙或者底盤附近的產(chǎn)品承受的隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度比消費(fèi)電子高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)測(cè)試持續(xù)時(shí)間也是按上百小時(shí)算的。更深層的區(qū)別在于消費(fèi)電子壞了影響的是用戶體驗(yàn)汽車電子壞了影響的直接是安全問(wèn)題。剎車控制器失效、轉(zhuǎn)向傳感器漂移、電池管理誤判這些都不是“重啟一下就好”的事。所以車規(guī)級(jí)產(chǎn)品從上板那一刻起每一輪樣品都要經(jīng)歷完整的環(huán)境可靠性驗(yàn)證這既是行業(yè)共識(shí)也是企業(yè)擔(dān)責(zé)的底線。1.3 環(huán)境可靠性測(cè)試解決什么問(wèn)題說(shuō)到底環(huán)境可靠性測(cè)試要回答三個(gè)問(wèn)題第一產(chǎn)品在工作極限溫度范圍內(nèi)能不能保持規(guī)定的電氣性能第二產(chǎn)品在長(zhǎng)期溫變、振動(dòng)、濕熱作用下有沒(méi)有物理結(jié)構(gòu)上的薄弱點(diǎn)第三產(chǎn)品能不能達(dá)到設(shè)計(jì)壽命會(huì)不會(huì)在預(yù)期的壽命周期內(nèi)提前失效。這三個(gè)問(wèn)題直接決定了產(chǎn)品能不能從研發(fā)樣機(jī)走向量產(chǎn)裝車。我遇到不少團(tuán)隊(duì)樣機(jī)測(cè)試很順利一上試制線就頻繁出現(xiàn)失效最后排查發(fā)現(xiàn)是溫度循環(huán)測(cè)試做少了焊接點(diǎn)的熱應(yīng)力問(wèn)題沒(méi)暴露出來(lái)。環(huán)境可靠性測(cè)試的價(jià)值恰恰在于“提前暴露問(wèn)題”——在量產(chǎn)之前把潛在的失效模式逼出來(lái)而不是等到用戶手里出問(wèn)題。2. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與條件參數(shù)設(shè)計(jì)從哪里開始定參數(shù)2.1 主流標(biāo)準(zhǔn)體系先分清做環(huán)境可靠性測(cè)試第一步不是拿起產(chǎn)品就塞進(jìn)溫箱而是確定依據(jù)哪套標(biāo)準(zhǔn)體系來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試條件。目前在汽車電子領(lǐng)域主流的分層是這樣的國(guó)際層面ISO 16750系列專門針對(duì)道路車輛電氣電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)方法包含ISO 16750-1通用要求、ISO 16750-2電氣負(fù)荷、ISO 16750-3機(jī)械負(fù)荷、ISO 16750-4氣候負(fù)荷。這是整車廠和零部件供應(yīng)商之間最常用的“通用語(yǔ)言”之一。器件層面AEC-Q100面向車載集成電路的可靠性測(cè)試規(guī)范分溫度等級(jí)從3級(jí)-40℃到85℃到0級(jí)-40℃到150℃是芯片級(jí)驗(yàn)證的核心依據(jù)。國(guó)內(nèi)層面GB/T 28046系列基本等同采用ISO 16750在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目里經(jīng)常作為強(qiáng)制引用標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)方法通用標(biāo)準(zhǔn)IEC 60068-2系列、GB/T 2423系列規(guī)定了單個(gè)環(huán)境試驗(yàn)的具體方法和測(cè)試設(shè)備要求。2.2 溫度等級(jí)怎么選溫度條件設(shè)計(jì)是所有環(huán)境測(cè)試的基礎(chǔ)也是最容易出錯(cuò)的地方。核心思路是先確定產(chǎn)品在整車上的安裝位置再對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)選擇溫度等級(jí)。舉幾個(gè)常見的場(chǎng)景安裝在乘客艙內(nèi)的儀表、信息娛樂(lè)系統(tǒng)一般按-40℃到85℃設(shè)計(jì)AEC-Q100對(duì)應(yīng)Grade 2。安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的ECU、傳感器工作上限通常要扛到105℃到125℃Grade 1甚至Grade 0。安裝在底盤或輪邊的產(chǎn)品除了高溫還要額外考慮鹽霧和石擊環(huán)境。安裝在車頂或外后視鏡上的傳感器得疊加日照輻射和冰凍條件。這里有個(gè)實(shí)操心得我建議在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上額外參考整車的實(shí)測(cè)路譜數(shù)據(jù)。有時(shí)候標(biāo)準(zhǔn)給的范圍是-40℃到85℃但實(shí)際暴曬后儀表板表面溫度能到100℃以上。有條件的團(tuán)隊(duì)在樣車階段就要布點(diǎn)采集溫度數(shù)據(jù)用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)范圍是否充分覆蓋。2.3 振動(dòng)條件怎么定振動(dòng)條件的確定比溫度復(fù)雜因?yàn)闇叵淅锏臈l件相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化而振動(dòng)是強(qiáng)烈的工況依賴型。標(biāo)準(zhǔn)做法是如果整車廠提供了安裝位置的路譜PSD功率譜密度數(shù)據(jù)就直接用它設(shè)計(jì)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)沒(méi)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)參考ISO 16750-3的設(shè)備安裝位置分類——車身安裝、底盤安裝、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝分別對(duì)應(yīng)不同的頻率范圍和功率譜密度量級(jí)?？偟脑瓌t是測(cè)試條件的嚴(yán)酷度等級(jí)應(yīng)該等于目標(biāo)壽命里程內(nèi)累計(jì)損傷的等效值而不是簡(jiǎn)單取最大值。比如一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)壽命是15年30萬(wàn)公里那隨機(jī)振動(dòng)的每個(gè)軸向的試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)就要將路譜數(shù)據(jù)經(jīng)損傷等效模型折算而成。沒(méi)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)ISO 16750-3提供了標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試譜每軸測(cè)試時(shí)長(zhǎng)一般從8小時(shí)到22小時(shí)不等視安裝位置而定。這里提醒一句很多工程師想當(dāng)然“加大力度”覺得測(cè)試條件越高越安全。實(shí)際并非如此——過(guò)嚴(yán)的振動(dòng)條件會(huì)導(dǎo)致樣品提前失效干擾對(duì)真實(shí)可靠性水平的判斷還會(huì)推高測(cè)試成本和時(shí)間成本。正確邏輯是“等效設(shè)計(jì)”不是“越嚴(yán)越好”。3. 核心測(cè)試項(xiàng)目拆解與實(shí)操要點(diǎn)3.1 溫度試驗(yàn)從高低溫存儲(chǔ)到溫變循環(huán)溫度類試驗(yàn)是整個(gè)環(huán)境可靠性測(cè)試?yán)镒畲蟮囊粋€(gè)門類包含幾個(gè)子項(xiàng)目每個(gè)子項(xiàng)目的考察目的完全不同。高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)把樣品放在高溫箱里通常85℃到125℃持續(xù)數(shù)百小時(shí)到1000小時(shí)。目的是考察長(zhǎng)期高溫應(yīng)力下的材料老化、電解電容干涸、密封件變形等。注意高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)通常不帶電因?yàn)榭疾斓氖恰按鎯?chǔ)”狀態(tài)下的耐受能力。如果有測(cè)試需求需要區(qū)分高溫帶電老化和高溫儲(chǔ)存。低溫工作試驗(yàn)在低溫環(huán)境下給樣品供電并執(zhí)行功能測(cè)試考察低溫啟動(dòng)特性、晶振起振、模擬前端漂移。低溫箱的降溫速率要控制過(guò)快會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生凝露反而引入額外失效。溫度循環(huán)試驗(yàn)這是最接近真實(shí)使用工況的溫度測(cè)試之一。原理是讓產(chǎn)品在高溫和低溫之間往復(fù)循環(huán)依靠不同材料間熱膨脹系數(shù)的差異CTE失配在焊點(diǎn)、鍵合線、封裝界面上產(chǎn)生交變熱應(yīng)力從而加速疲勞失效。典型條件是-40℃到85℃或者-40℃到125℃之間循環(huán)幾百次溫變速率通常是1℃/min到5℃/min。溫度沖擊試驗(yàn)溫度循環(huán)的強(qiáng)化版常用兩箱法高溫箱和低溫箱輪流切換溫變速率能做到15℃/min以上甚至更高。兩箱法能模擬快速溫度驟變的環(huán)境比如車輛從冬季露天開入暖庫(kù)或者洗車后進(jìn)入凍庫(kù)。這里有一個(gè)關(guān)鍵操作細(xì)節(jié)溫度循環(huán)試驗(yàn)的樣品是需要通電監(jiān)控的而溫度沖擊試驗(yàn)大多只需要在極端溫度點(diǎn)做電氣測(cè)試中間轉(zhuǎn)換過(guò)程不要求工作。設(shè)計(jì)測(cè)試方案時(shí)要把兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)分開否則可能出現(xiàn)“試驗(yàn)方法用錯(cuò)了結(jié)果全白做”的尷尬。3.2 濕熱試驗(yàn)容易被低估的殺手濕熱環(huán)境對(duì)汽車電子的傷害有兩個(gè)機(jī)制一是水汽吸附在PCB表面或封裝界面上導(dǎo)致絕緣電阻下降、漏電流增加二是水汽滲透進(jìn)封裝內(nèi)部后在高溫下加速電化學(xué)遷移比如銀遷移、銅遷移極端情況下直接導(dǎo)致短路失效。這個(gè)失效模式在潮濕的熱帶氣候或長(zhǎng)期洗車后的場(chǎng)景中非常典型。最常見的濕熱測(cè)試項(xiàng)目包括穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)如85℃/85%RH持續(xù)1000小時(shí)、濕熱循環(huán)試驗(yàn)在高溫高濕和低溫低濕之間循環(huán)模擬晝夜交替的結(jié)露過(guò)程以及凝露試驗(yàn)。我見過(guò)的很多“莫名其妙”的偶發(fā)故障最后追溯下來(lái)都跟濕度有關(guān)。特別是對(duì)于有裸露金手指、連接器座或者外殼開孔的產(chǎn)品濕熱試驗(yàn)基本是必做項(xiàng)。實(shí)操層面要特別注意濕熱箱的用水必須是去離子水或蒸餾水自來(lái)水里含的礦物質(zhì)和雜質(zhì)會(huì)在樣品表面留下殘留物直接污染測(cè)試結(jié)果。另外濕熱試驗(yàn)結(jié)束后樣品不要立刻取出要有一個(gè)干燥恢復(fù)階段否則測(cè)出來(lái)的絕緣電阻全是水汽干擾值。3.3 振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的試金石振動(dòng)試驗(yàn)是環(huán)境可靠性測(cè)試?yán)镌O(shè)備最貴、操作最復(fù)雜、問(wèn)題最多的部分。常見的振動(dòng)試驗(yàn)類型有三種隨機(jī)振動(dòng)模擬真實(shí)路面激勵(lì)用PSD譜描述頻率與能量分布。測(cè)試中樣品在X、Y、Z三個(gè)軸向分別承受若干小時(shí)的隨機(jī)振動(dòng)典型量級(jí)0.01g2/Hz到0.1g2/Hz。隨機(jī)振動(dòng)的優(yōu)勢(shì)是能同時(shí)激發(fā)多個(gè)共振頻率更貼近真實(shí)環(huán)境。正弦掃頻振動(dòng)從低頻到高頻通常5Hz到2000Hz按對(duì)數(shù)方式連續(xù)掃描用于尋找樣品和夾具的共振點(diǎn)。這個(gè)試驗(yàn)主要用于前期摸底幫助工程師判斷哪些頻點(diǎn)是危險(xiǎn)的。機(jī)械沖擊試驗(yàn)用半正弦波或梯形波模擬跌落的沖擊場(chǎng)景典型條件為50g、11ms半正弦波每軸沖擊幾次到幾十次不等。有些安裝在車輪附近的產(chǎn)品還要做更高的沖擊量級(jí)。我有一個(gè)非常深刻的教訓(xùn)振動(dòng)試驗(yàn)做之前一定要做夾具共振檢查。很多產(chǎn)品標(biāo)稱通過(guò)了振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)際上是夾具自身在共振能量根本沒(méi)有有效傳遞到產(chǎn)品上測(cè)試結(jié)果當(dāng)然不可信。正確做法是先做正弦掃頻確認(rèn)夾具固有頻率遠(yuǎn)離試驗(yàn)頻率范圍或者至少避開產(chǎn)品的主要共振區(qū)。3.4 其他環(huán)境試驗(yàn)鹽霧、防塵、IP防護(hù)鹽霧試驗(yàn)主要針對(duì)底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、外飾件等直接暴露在道路鹽霧環(huán)境中的產(chǎn)品常用中性鹽霧試驗(yàn)NSS濃度5% NaCl溫度35℃持續(xù)時(shí)間按需選擇24小時(shí)、48小時(shí)、96小時(shí)、240小時(shí)等?？疾斓氖墙饘俨考母g和電氣連接的退化。防塵試驗(yàn)IP5X、IP6X考察外殼防塵能力常配合高溫和低氣壓條件組合進(jìn)行。IP防護(hù)等級(jí)試驗(yàn)IPX2到IPX9K模擬雨水、沖洗、浸水等場(chǎng)景。這類試驗(yàn)的關(guān)鍵是樣品狀態(tài)要與實(shí)際安裝一致接插件和透氣孔的位置決定了試驗(yàn)結(jié)果是否有效。4. 測(cè)試流程與樣品準(zhǔn)備從方案到報(bào)告的完整鏈路4.1 樣品數(shù)量怎么算環(huán)境可靠性測(cè)試最頭疼的問(wèn)題之一是“樣品到底要多少塊”。如果照搬AEC-Q100的要求通常每一組試驗(yàn)需要一定數(shù)量的樣品而且不同試驗(yàn)分組要獨(dú)立備樣不能互相混用。原因很明確環(huán)境試驗(yàn)是有破壞性的樣品測(cè)完一輪之后其狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生了不可逆的變化拿去做下一輪測(cè)試沒(méi)有意義。以我的經(jīng)驗(yàn)一個(gè)完整的環(huán)境可靠性測(cè)試清單通常需要準(zhǔn)備10到15塊PCB整機(jī)樣品。分配到各個(gè)項(xiàng)目組——溫度循環(huán)組、濕熱組、振動(dòng)組、機(jī)械沖擊組、鹽霧組每組至少3塊樣品起步如果有對(duì)比需求可能還要額外增加。4.2 樣品預(yù)處理和基線電測(cè)這是很多人跳過(guò)但實(shí)際上極其重要的環(huán)節(jié)。所有樣品在進(jìn)入環(huán)境試驗(yàn)前必須先做完整的電性能測(cè)試也就是基線電測(cè)記錄下每個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的初始值包括工作電流、輸出電壓精度、通信功能、I/O狀態(tài)以及軟件版本。沒(méi)有基線數(shù)據(jù)的可靠性測(cè)試最后得到的結(jié)果就是一堆“沒(méi)有參照系”的數(shù)據(jù)很難判斷失效是真失效還是樣品的初始離散性。預(yù)處理還包括外觀檢查和結(jié)構(gòu)確認(rèn)——拍照記錄線束連接位置、緊固扭矩、膠封狀態(tài)。我在項(xiàng)目中就遇到過(guò)樣品緊固扭矩不一致導(dǎo)致振動(dòng)測(cè)試結(jié)果失真的情況。所以強(qiáng)烈建議樣品進(jìn)試驗(yàn)之前做一套標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)處理檢查表一步都不能省。4.3 測(cè)試順序和分組策略環(huán)境試驗(yàn)的執(zhí)行順序不是隨意的常見原則是先做氣候類試驗(yàn)再做機(jī)械類試驗(yàn)先做非破壞性試驗(yàn)再做破壞性試驗(yàn)。比如經(jīng)典流程是外觀和基線電測(cè) → 高溫存儲(chǔ) → 低溫工作 → 溫度循環(huán) → 濕熱試驗(yàn) → 振動(dòng)試驗(yàn) → 機(jī)械沖擊 → 最終電測(cè)和外觀檢查。這個(gè)順序背后的邏輯是氣候試驗(yàn)可能引發(fā)材料的弱化和缺陷而振動(dòng)試驗(yàn)會(huì)將這些潛在缺陷進(jìn)一步放大。反過(guò)來(lái)如果先做振動(dòng)再做溫度循環(huán)樣品結(jié)構(gòu)狀態(tài)已經(jīng)變化溫度試驗(yàn)就失去了評(píng)價(jià)原始性能的意義。另外在同一個(gè)樣品上連續(xù)疊加多項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)要明確在報(bào)告中寫出“試驗(yàn)順序”因?yàn)椤跋雀邷睾笳駝?dòng)”和“先振動(dòng)后高溫”得到的結(jié)果往往不同。4.4 過(guò)程中的電測(cè)節(jié)點(diǎn)環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行到中間階段時(shí)需要安排“中間電測(cè)”——比如溫度循環(huán)每50次或100次之后暫停設(shè)備把樣品恢復(fù)到常溫做一輪完整功能測(cè)試。這樣做的目的是捕捉“失效拐點(diǎn)”樣品在第幾次循環(huán)之后出現(xiàn)性能下降或功能丟失。這個(gè)數(shù)據(jù)非常重要它直接反映出產(chǎn)品的退化速率和裕量水平也是后續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)的依據(jù)。中間電測(cè)也意味著試驗(yàn)時(shí)間要被中段多次整個(gè)周期會(huì)拉長(zhǎng)。所以計(jì)劃階段要把中間電測(cè)的時(shí)間預(yù)留出來(lái)不要排得太緊。我在項(xiàng)目評(píng)審時(shí)反復(fù)強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)因?yàn)檠舆t交付一旦發(fā)生最后壓力全在測(cè)試團(tuán)隊(duì)身上。5. 常見問(wèn)題與排查技巧實(shí)錄5.1 溫箱凝露導(dǎo)致漏電和腐蝕這是溫度循環(huán)試驗(yàn)最常見的現(xiàn)象。當(dāng)樣品從低溫區(qū)迅速轉(zhuǎn)入高溫區(qū)時(shí)空氣中水汽會(huì)在冷表面凝結(jié)成水珠如果樣品的防護(hù)設(shè)計(jì)不夠好PCB和連接器上就會(huì)殘留水分輕則絕緣電阻下降重則電氣短路。這不一定代表產(chǎn)品真實(shí)失效可能是測(cè)試方法本身引入了問(wèn)題。排查方法是先排除是否所有同組樣品都有相同故障再看故障是否在干燥恢復(fù)后消失。如果干燥后故障消失基本可以認(rèn)定測(cè)試過(guò)程中的凝露是元兇而不是產(chǎn)品本身設(shè)計(jì)缺陷。改進(jìn)方向有兩種一是優(yōu)化測(cè)試方法增加干燥階段二是改進(jìn)產(chǎn)品防護(hù)增加三防漆涂覆或改進(jìn)外殼密封。5.2 振動(dòng)夾具共振振動(dòng)臺(tái)不是把樣品放上去就能開著跑夾具設(shè)計(jì)和驗(yàn)證是振動(dòng)試驗(yàn)成功的一半。很多測(cè)試報(bào)告里振動(dòng)的曲線看著很漂亮但實(shí)際上夾具在某個(gè)頻點(diǎn)發(fā)生共振導(dǎo)致樣品的輸入量級(jí)遠(yuǎn)超設(shè)定值或者恰恰相反被夾具隔絕了能量。解決辦法設(shè)計(jì)夾具時(shí)盡量采用面板式、L型或箱體式結(jié)構(gòu)增大剛度和質(zhì)量比讓夾具的一階固有頻率高于試驗(yàn)頻率范圍上限的1.5到2倍。試驗(yàn)前做一次正弦掃頻檢查實(shí)測(cè)夾具的共振頻點(diǎn)如果掃描中出現(xiàn)明顯響應(yīng)峰值且峰值頻率落在試驗(yàn)帶寬內(nèi)就要重新設(shè)計(jì)或調(diào)整夾具結(jié)構(gòu)。5.3 振動(dòng)測(cè)試中途通信中斷這個(gè)場(chǎng)景太常見了——樣品在振動(dòng)臺(tái)上跑著跑著CAN通信突然中斷監(jiān)控軟件顯示超時(shí)。很多人第一反應(yīng)是“產(chǎn)品壞了”慌亂中拉停試驗(yàn)。但根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)第一優(yōu)先級(jí)是檢查測(cè)試線束。振動(dòng)臺(tái)上樣品要接電源、通信線纜和傳感器線這些線纜在振動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生微動(dòng)和應(yīng)力接觸不良的概率極高。實(shí)操建議在樣品連接端使用耐振連接器在線纜和振動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)之間設(shè)置應(yīng)力釋放點(diǎn)用扎帶固定多余線纜。同時(shí)利用CANoe等總線工具錄制通信日志判斷中斷是物理層問(wèn)題還是協(xié)議層問(wèn)題再?zèng)Q定是否判定試驗(yàn)不合格。5.4 溫度箱過(guò)沖和降溫速率不足高低溫箱在設(shè)定目標(biāo)溫度時(shí)如果PID參數(shù)調(diào)校不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)明顯溫度過(guò)沖——設(shè)定-40℃箱內(nèi)實(shí)際降到-45℃再緩慢回升。這在溫度循環(huán)試驗(yàn)中是非常危險(xiǎn)的因?yàn)檎鎸?shí)施加到樣品上的應(yīng)力已經(jīng)超出了設(shè)計(jì)范圍。還有一種常見問(wèn)題是“降溫速率達(dá)不到設(shè)定值”尤其樣品本身發(fā)熱較大時(shí)箱內(nèi)的溫度均勻性會(huì)被破壞。解決辦法一是試驗(yàn)前要對(duì)溫箱做一次空載和帶載的溫變速率驗(yàn)證確認(rèn)實(shí)際能力二是合理分布樣品位置避免堆疊導(dǎo)致風(fēng)道堵塞三是給溫箱留出充足的預(yù)冷/預(yù)熱時(shí)間而不是到點(diǎn)就加載。嚴(yán)格的項(xiàng)目還可以在樣品關(guān)鍵位置布置溫度傳感器以樣品表面溫度作為判定基準(zhǔn)而不是只看箱體顯示。5.5 濕熱試驗(yàn)后絕緣電阻異常做完85℃/85%RH濕熱試驗(yàn)測(cè)量絕緣電阻發(fā)現(xiàn)比初始值下降了三個(gè)數(shù)量級(jí)。這種情況要冷靜判斷首先確認(rèn)樣品是不是做完了干燥恢復(fù)其次確認(rèn)測(cè)試儀器和連接線是不是受到環(huán)境影響最后才是懷疑產(chǎn)品本身。常見坑是測(cè)試針和線纜的絕緣性能本身就差在干燥環(huán)境測(cè)是幾百兆歐到了高濕環(huán)境就掉到幾十千歐結(jié)果誤判產(chǎn)品失效。建議在樣品進(jìn)箱前對(duì)測(cè)量線纜做同等環(huán)境下的空白對(duì)照測(cè)試排除設(shè)備和治具引入的假失效。6. 工具鏈與測(cè)試臺(tái)架搭建從設(shè)備選型到自動(dòng)化監(jiān)控6.1 環(huán)境試驗(yàn)箱怎么選環(huán)境試驗(yàn)箱選型關(guān)注點(diǎn)不是“買最貴的”而是“匹配實(shí)際需求”。核心參數(shù)包括溫度范圍、濕度范圍、溫變速率、箱體容積、均勻度、可編程能力。對(duì)于汽車電子常規(guī)產(chǎn)品和部分電驅(qū)控制器建議溫度范圍選擇-70℃到150℃或更寬的工作范圍溫變速率至少做到3℃/min帶載均勻度控制在±2℃左右。如果項(xiàng)目中有大量溫度沖擊需求還需要雙箱或三箱結(jié)構(gòu)的沖擊試驗(yàn)箱。這類設(shè)備的維護(hù)成本高如果使用率不高可以考慮外協(xié)測(cè)試避免重資產(chǎn)閑置。6.2 振動(dòng)臺(tái)和夾具振動(dòng)臺(tái)選型的兩個(gè)核心參數(shù)是推力額定正弦推力和隨機(jī)推力和頻率范圍。做汽車電子產(chǎn)品全頻段隨機(jī)振動(dòng)推力通常在10kN到40kN之間頻率范圍至少到2000Hz。更大推力的振動(dòng)臺(tái)意味著能夠承載更大質(zhì)量的產(chǎn)品和夾具。但要注意推力和加速度上限并不是全部低頻特性特別是在5Hz到20Hz范圍內(nèi)能輸出多大位移同樣關(guān)鍵。夾具是另一個(gè)隱形投入。我建議做一套鋁合金框架式夾具兼容多款產(chǎn)品安裝孔位再加上針對(duì)不同產(chǎn)品定制的安裝盤。一套好夾具能用很多年平均到每個(gè)項(xiàng)目的成本并不高但省下的調(diào)試時(shí)間非常多。6.3 數(shù)據(jù)采集和總線監(jiān)控環(huán)境可靠性測(cè)試中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)記錄溫度、濕度、振動(dòng)加速度、樣品電流電壓等。至少需要16到32通道的溫度巡檢配合8通道左右的加速度采集通道。所有數(shù)據(jù)要有統(tǒng)一的時(shí)間戳方便后續(xù)與故障錄波對(duì)照分析。總線監(jiān)控方面CANoe是汽車電子測(cè)試中的主流工具可以同時(shí)監(jiān)控CAN、LIN和以太網(wǎng)信號(hào)并能注入故障、模擬節(jié)點(diǎn)。我習(xí)慣在振動(dòng)測(cè)試和溫度測(cè)試過(guò)程中用CANoe錄制完整的總線報(bào)文一旦樣品出現(xiàn)通信異?；乜磮?bào)文定位失效機(jī)理。這比等測(cè)試結(jié)束后再用示波器查問(wèn)題高效得多。6.4 從Simulink仿真到實(shí)測(cè)的前置驗(yàn)證寫到這里必須提一下Simulink在測(cè)試前置階段的價(jià)值。很多控制類汽車電子產(chǎn)品在做真實(shí)環(huán)境測(cè)試之前會(huì)先在Simulink環(huán)境里建立整車的控制模型對(duì)極端溫度下控制算法的魯棒性做仿真驗(yàn)證比如電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)在高低溫工況下的策略表現(xiàn)。這個(gè)步驟不能替代環(huán)境試驗(yàn)但能幫助測(cè)試團(tuán)隊(duì)提前鎖定風(fēng)險(xiǎn)功能點(diǎn)制定更有針對(duì)性的測(cè)試用例。同樣的思路也適用于故障注入設(shè)備在環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行中通過(guò)故障注入設(shè)備給樣品注入傳感器斷線、短路、電源跌落等故障檢驗(yàn)產(chǎn)品在環(huán)境應(yīng)力疊加故障工況下的響應(yīng)。這比單純測(cè)“功能正常”更貼近真實(shí)場(chǎng)景。7. 個(gè)人實(shí)操體會(huì)與后續(xù)擴(kuò)展想法7.1 一份合格的測(cè)試報(bào)告長(zhǎng)什么樣寫完這一大堆最后分享一點(diǎn)我對(duì)測(cè)試報(bào)告的執(zhí)念。環(huán)境可靠性測(cè)試的報(bào)告不是把溫箱曲線和振動(dòng)曲線貼上去就完事它至少要回答三件事一是測(cè)試條件和樣品狀態(tài)的完整描述包括型號(hào)、版本、固件號(hào)、樣品數(shù)量二是試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程的關(guān)鍵記錄包括設(shè)備校準(zhǔn)信息、環(huán)境實(shí)測(cè)曲線、異常事件記錄三是結(jié)果判定要明確區(qū)分“通過(guò)”“有條件通過(guò)”“不通過(guò)”并給出數(shù)據(jù)支撐。含糊其辭的報(bào)告在項(xiàng)目評(píng)審里大概率會(huì)被打回重寫。7.2 長(zhǎng)期積累的測(cè)試失效庫(kù)如果團(tuán)隊(duì)持續(xù)做車載產(chǎn)品我強(qiáng)烈建議建立自己的失效案例庫(kù)——每個(gè)失效模式記錄下現(xiàn)象、環(huán)境應(yīng)力、失效機(jī)理、改進(jìn)措施和驗(yàn)證結(jié)果。這個(gè)庫(kù)比任何標(biāo)準(zhǔn)都值錢因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)是通用底線失效庫(kù)才是團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)積累。以后新產(chǎn)品做設(shè)計(jì)評(píng)審時(shí)拿出歷史失效庫(kù)對(duì)照檢查很多問(wèn)題在設(shè)計(jì)階段就能規(guī)避。7.3 后續(xù)擴(kuò)展方向環(huán)境可靠性測(cè)試的下一步我看好“多應(yīng)力綜合試驗(yàn)”和“大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的壽命預(yù)測(cè)”。傳統(tǒng)的單應(yīng)力試驗(yàn)按順序執(zhí)行而真實(shí)使用中溫度、濕度、振動(dòng)是同時(shí)作用于產(chǎn)品的。目前已經(jīng)有帶溫濕度的三綜合試驗(yàn)系統(tǒng)能在振動(dòng)臺(tái)上疊加溫度循環(huán)和濕度控制一個(gè)試驗(yàn)頂過(guò)去三個(gè)試驗(yàn)的應(yīng)力暴露效果。做得再深一點(diǎn)還可以結(jié)合失效物理模型和加速因子計(jì)算把環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)。對(duì)測(cè)試工程師來(lái)說(shuō)這既是挑戰(zhàn)也是機(jī)會(huì)——單純按標(biāo)準(zhǔn)跑試驗(yàn)的門檻越來(lái)越低真正值錢的是對(duì)失效機(jī)理和產(chǎn)品物理特性的理解。