汽车电子电器可靠性的挑战与应对

          ----２０１６年鹤壁汽车零部件年会演讲记录  

    尊敬的付理事长各位领导各位嘉宾，我是来自一汽技术中心电器部陈树星，下面我演讲的题目是一个很传统的话题，汽车电子电器的可靠性。他么刚才实际上付于武理事长讲到汽车工业立志要在未来20年时间里，成为世界的产业发展的一个中流砥柱，那么想领先世界，我们现在最大的短版是呢？是可靠性，我所在部门是从事大量汽车产品前瞻性开发，越是这么多年前瞻性开发，我们在产品最大拦路虎还是可靠性，今天给大家分享我们在可靠性的感受体会和展望。

    一、汽车可靠性开发的挑战。

    这张图片实际展示的是来自美国JDPOWER关于品牌成长的数据，通过这个可以看到，凡是在汽车产业中领先的品牌那么它在可靠性上都是有突出的表现。同时我们看一下可靠性它有什么样的战略价值，可能我们更多理解是它能提高客户满意度，拿到更高的销量，同时我们可以看到它能为产品品质，想让产品性能提高，必须要提高可靠性。另外可以增加客户忠诚感。

    当一个车辆出现三个以上问题的时候，这个品牌忠诚度将降低14%，也就是说一个产品的可靠性不能得到保证的时候，你想他在换车的时候还忠诚于一个品牌，这个可能性几乎是没有的。

    从汽车电子电器发展趋势来看，我们有四个多，第一电子化程度以后，电子数量在提高，我们上一代发布红旗的车，红旗一共有45个控制器，说实化都是当时做的时候我们觉得怎么能够把它保证没有问题？一会儿我们也给大家展示我们是怎么做保障的。电子控制器复杂程度，现在功能在增加，大约在上个世纪1994年出的数据，在车上所有的功能通过软件实现功能达到了一半，这句话说什么问题呢？因为软件可靠性是整个工业体系里面最差的，也就是说汽车可靠性所有功能想增加的时候一定要克服软件可靠性的问题。

    第三电子元期间工作环境越来越恶劣，是我们看到除了航天以外最恶劣的环境。很遗憾我们还受很大量成本限制，这么大的成本这么大的产量如何保证可靠性

    最后就是说到集成度增加，做任何一个东西达到目标，如果单纯说目标，是很容易做到，那么任何一个目标都有约束，一旦约束条件多了以后还要实现这个目标，那么它带来的挑战就更多。

    所以我们看到现在的现状，我们总结一句话就是电子电器系统成为汽车主要的创新点和核心竞争力的同时也带来一个全新的挑战。

    刚才说道了这个多、那个多，那么到底我们电子电器可靠性上做出了多达的贡献？或者占多大一个地位？这个话怎么说呢？就是它影响有多大呢？我们看看这个饼图。第一个是车辆协会的分布，我们掌握最权威的数据，是欧洲ADAC协会，这样一个数据我们也看到，在过去这个数据是2015年发布的数据，也就是说全球所有的汽车里面可统计的可靠性，汽车电子电器占到39%，第二张图是一个内部数据，我不能说哪个车型哪家公司，这个数据里面大概有45%的一个整车，这个车里面45%的问题是由汽车电子电器系统直接导致的。另外还有将近26%是由汽车电子电器相关的导致的，也就是说一个车里面大概70%的可靠性问题是由汽车电子电器导致的，想提高整车可靠性，就一定要先提高汽车电子电器的可靠性。

    所以今天我来到这样一个协会组织的论坛，我首先想到一个话题就是我和大家一起共享交流对可靠性的理解，因为只有提高电子电器的可靠性，整车的可靠性才能有效得到提升。

    下面这张图恐怕对大家又是一个新的挑战，为什么说？这个可靠性有问题，客户能够理解能够包容，那也不是问题。事实是不是这样？好像数据表明不是这样，用户对整车可靠性的要求日益提高。有两条曲线，第一条蓝颜色，这个蓝颜色的曲线是每一百万客户希望的实效率，到今天为止到这个时期2010年它只是希望有0.005小时，接近于0，他不希望有故障，只要有故障，他就认为是不可靠的，就不喜欢这个车。从一百万辆就我第一年想不想出4S，想不出维修费用的角度看，在70年代他是允许一个车是28，一年可以修28次，他觉得这个是可以容忍的，到2010年这个值是多少呢？0.0004，也就是让我赶上了，比中彩票还要概率低。这个数值什么意思？从数值上说在过去40年时间里边，同行业汽车产业水平的提高已经达到了多少？达到了7万倍，从这个程度上看我们还有一个非常艰巨的任务就是和国际的平均水平，达不到国际先进水平或者能不能达到国际先进水平。

    二、电子电器失败原理分析。

    我们简单给大家分析一下电子电器实效原理的成因。这款车实际上从大概的3D图可以看到这是我们红旗的一个汽车电子电器的图。这个里面说到我们除了线束和控制器，我们一共有48个控制器组成这样一个复杂汽车电子电器网络。但是从可靠性角度来说，我们把所有的汽车电子电器系统的失效分成四类，这是我们工作过程中个人对这个事情的理解，一类是电器类，第二类是电子类，第三类软件类，第四类是所有同行马上面临一个事情就是电磁兼容。

    电器类零部件可靠性实际上它和机械部件可靠性有一定相关性，比较类似，从原理上看比较类似，这一张图显示了两个概率区间，第一个概率区间是这个空气，空气区间是什么呢是我们这个产品设计完产品之后它固有的失效概率区间，在固有产品使用情况下它会产生失效概率区间。紫色的图是我们使用这个产品载荷分布，如果我们不让这个产品出现问题，就是我整个使用载荷分布没有在它失效范围内，这样产品自然就不会出现问题。比如温度、振动不超过限度，使用时间不超过限制，这些都是，这些不会失效。一定我们说的失效无非就是出现两种原因，第一种原因就是我们设计使用的符合，已经超过我们预设值，和我们产品固有失效产生了交集，就是这个区间。这个区间产生比如我们现在很多车辆，怎么讲呢？它的振动它的使用温度、湿度，你说同样一款车，我们按照国际的标准进行设计，设计之后很多车在广西一带开，我们经常会出这样的问题，就是广西很潮湿，空气管里喷出来湿度，它的防水防雾能力不够，就会产生锈蚀甚至是短路，这个是失效。第二种失效我实际上是我们经常遇到的失效，按照国外的说法以韩国企业为代表，实际上我们中国大陆的企业现在看基本相近，就是我不想让你失效，但是由于我们设计水平设计能力的原因，导致我们整个设计出来的另件的强度低于我们设计目标，我们应该设计到什么样的目标但是我们没有达到。这种失效简单写了一下相关原因，随着使用产品时间，产品越长，性能下降。接下来就是我们并没有按照规格进行制造或者进行装配。第三个原因就是在制造运输过程中造成损坏，第三个原因为什么写在这儿？我们有40%的可能性是在运输过程中省钱。

    总结一句话，准确预定和测定产品的强度，是减少这个失效的一个关键。

    刚才说了四类失效，第一类电器类失效，第二类是电子类失效，电子和电器失效大体有一些重叠部分，但是有一些不同。第一类实效它这个冷却，就由于过热了，经常我们说脑袋一热就犯错误，电脑CPU存储器也是这样，一旦超过它的使用温度之后它就会发生各种奇妙的损坏，这种事情实际上在我们整个设计过程中也有大量的设计，一个我们叫热昌分布是一定要做严格审核。第二工作负荷，就事项多了处理不过来，大量任务跌价在一起的时候，计算机处理不过来必然出现问题。第三，当电源质量超过芯片设计允许范围以外的时候，它存储或者运输过程出现软失效，一旦失效，会出现各种各样的影响，它能影响什么你都不知道。给大家分享一个数据，一个控制器整车汽车电子电器系统，输入和输出加在一起有200个软件，不算多，每一个短角，一个是正常一个是失效，200次方是多少组合？这个有手机的大家可以算一下，我计算大概一个亿是9个0，200次方是60位数，这个谁会知道什么时候出现？所以在功能产品设计的时候一定要避免一些不可能或者小概率出现的事件，如果一旦出现，效果是什么？没有人知道。

    第三个失效我们指嵌入软件的可靠性，可能有些同行说你说嵌入软件，为什么不说2822，为什么不在这儿谈电子电器行业ABCD这些等级？其实我想说的是什么？任何一个东西在工业体系划分的准则标准都是一样的，我拿到一些不是完全拿到汽车行业来说这个事情，我拿整个行业认同的标准，和大家一起来分享。

    可靠性这个强调一下，它被定义为软件规定的时间和规定的环境里没有故障这种可能性，就是没有一个软件是永远不出错误，我们说失效是概率，概率低到多少我们就认为是合格的。随着整个时间的推移，软件失效概率和硬件失效概率是不一样的，刚才说硬件失效概率很大一部分是使坏的，软件不好认，它怎么会坏呢？软件也没有老化，也不会磨损，整个软件很大一部分失效是什么？就是随着时间增加，有一次升级，原来没有，后来增加一个，它有100个功能，90个功能没有微调，就出问题了。还有软件进行非法使用，你原来不能用，你非用它干这个事儿，当然出现的结果和你之前的不一样了所以我们讲软件实效概率有这么几种。

    规格错规格错误代码缺陷测试错误错误使用。我们以每一千行每一万行代码错误来做划分，普通软件是25，这个尽最大可能让它的部分出现，我们汽车软件是从第二级就是B到D都有，从我们车上内辅到动力组合包括将来无人驾驶，这个可靠性我们让汽车电子电器感到很无奈的事情，往往自己没有问题，有时候是受了别人的干扰出了问题，有些在这儿没有问题，在那台车上出问题。这种事情实际上大概三个成因，在这里给大家汇报一下。

    第一，对于音频视频信号，走到一个地方发现收音机响，或者在遥控钥匙在超市门口失效，因为有无线电，它会影响我们车内的通讯。

    第二，高压脉冲，突然出现一个打火机出现的高压脉冲电，会直接导致电磁软件的损伤，永远损伤不可恢复。

    第三，我说这个最严重的事情，就是各种干扰和感应出来的误信号，明明没有发生这个信号，人也没有发出这个指令，但是信号产生了，偶尔产生的。产生之后叫不可估计的干扰，刚才说的这种可能性是60个一个组合，将来至于哪儿出？出了以后有可能再也不会有你找也找不到，唯一是在整个车辆环境里做严格测试和验证，保证根本不出现这种情况。后面两个图片是我们   车内部电磁兼容案例，目前电磁兼容已经变成国家严检的项目，就是四大监测中心不会再给整车厂做放松，不合格就是不合格，一旦这个条件出现以后还想通过过去一些办法，偶尔的这样一个措施，把它规避过去已经不可能了。真刀实枪去过，这一项法规我认为是整个我们行业最难过的。将来搞无人驾驶，如果无法保证无限通讯，这个可靠性和频道，它和排放是一样的，和PM2.5，实际上整个无限信号干扰程度也是影响我们的重要因素。

    总结起来这是列举ISO750几项，电器机械气侯防护电磁兼容，但是这里给大家讲的是什么？就是电子电器考虑多种影响仅仅是国际法规规定那几类是远远不够的，就是说你仅做这些测试，在整车想让整车合格是远远不够的，这是我们实际工作人员的一个总结。

    三、电子电器可靠性开发体系。

    我们面临这么大挑战的时候，我们如何建立我们的可靠性体系？

    这张图展示的实际上是一个可靠性开发的开发流程，这里有五个关键的步骤，第一是采集用户的数据，第二是设立可靠性目标，第三是要通过部件系统整车逐级分级。四是要可靠性设计，第五对所有设计的目标进行逐级验证。

    有这么多关键技术点，时间原因不给大家一一介绍是什么了，我刚才强调四个关键控制点，也是我们内部经常展开的控制点。第一是你的产品的目标是什么？目标分解结果是什么？第二你的产品的设计原理是是多大？第三个是什么？是你产品的生产验证以后，结合你的产品工艺和供应量指标保证体系，你的产品失效概念是多少？可能这个和设计的理论是有挂钩，就要到十倍千倍左右。    第四是产品投放到市场之后，通过市场和客户反馈，你失效是多少？这四个数字构成整个产品可靠性开发体系的关键指标。

    接下来我们介绍一下关键的活动，第一个活动就是采集幕后用户的播放数据，我这个产品使用程序怎么样？比如说一个器件一个生命周期里，客户一年要整个要使用多少次？分布情况，前提你要说我一共想让他换多少次档，如果没有这个的话，因为设计量都是特别大的。一定要把产品的可靠性和用户实际载荷结合在一起。在这里我也给大家分享一个行业的消息，开不坏的丰田，修不起的什么，就不说了。我们为什么说开不坏的丰田，丰田在进入中国的时候，在进入中国前一年没有产品导入之前是由丰田公司的整车实验部部长带队，对中国全部道路进行探测，根据采集的数据，向中国市场销售车型全部进行验证和实验性的开发。所以，我们才看到丰田这个车板机也不坏，车重好像和同行比也不高，为什么人家就用了这么低的这样一个成本，换这么高可靠性的口碑？这里面是技术的结果，是做技术研究，充分做了技术设计的结果。

    第二个就是可靠性目标分解，可靠性目标分解，就取决于从整车平均目标到最后一个零部件，一定要有目标。因为没有这个目标安全性能很容易从技术做不到，汽车上没有像航天飞机或者飞机发动机被几家垄断，绝大多数都是充分竞争，我们关键是如何把控成本和性能这样一个关系。

    第三就是进行可靠性CAE分析，这里看到我们指标图就是它的振动、温度控制器的失效概率，你把各种电子元件组合在一起，你要告诉这个方案原理是什么？如果不知道原理失效概率是多少，你从后期的时候很麻烦，你说不清楚，偶尔一个失效，你也不知道它到底背后真正解决措施和解决的点在哪儿？你不知道，我们刚做完一款车型，以后给大家后面这个事情，就是HOT实验，不然我们把成本投入到一个功能上白投了，因为在总成上无限增加成本，其实没有用。

    这张图是说高加速实验，从概念上可能有的朋友不是太理解，这是刚开始兴起的，我们比如说通常做的振动温度，这都是正常速度，不是说加速。当体现出失效之后，我才知道这个失效便捷值在哪里，我是过程时间还是结果设计，整个产品设计里最薄弱环节在哪里？能不能满足使用的安全便捷？同时也能够按照我的安全边界设计是不是合理。这就是高加速试验。我上一次做了一个评审，关于内部控制器的评审，老实说发现我们过去很多设计是可以打幅度降低成本，就是过渡式设计。同时也确实存在一些薄弱环节没有发现。那么今天产品的竞争这么充分，成本压力这么高，如果不开展可靠性的设计，不采用这种先进的可靠性法规和实验技术，怎么样保证产品低产本前提下提高可靠性，恐怕没有选择。

    给大家看一下这张图，黄颜色说的是产品的规格，就是我的目标要设计成什么样，这个外面的白颜色就是他外面失效，中间绿色就是我设计的按照安全区间，实际上我们所有要回答一个问题，我把安全区间设计多大，我整个要实现理想安全区间设计。对于可靠性要求高的产品，我安全区间设计的大一些，可靠性要求低的产品或者影响比较少的产品，我就可以把安全产品设置小一些，关键是留多少，一定要通过高加速试验把它验证出来。我们内部上个月刚刚形成一个管理系统，就是凡是通过计算得到的数据，没有经过试验验证的，对不起，我不签字。

    所以然我负责整个汽车的工作，我还负责实验室的主任，我对第一手必须把关，没有实验产品做支撑，这个产品怎么样，谁都不知道。

    后面分享这张图到行业上大家交流，我想拿出点我们自己的东西，接下来几张图片实际上从我们企业内部的管理，第一章图是我们整个汽车电子电器体系它对产品验证的一种结构关系的梳理和理解，大体上分成零部件系统和整车三个系统，这里和大家没有拿出来的数据，拿出来和大家分享一下，我们大概有65个里程碑节点，大概170类试验，就是整车从一开始一个零部件的诞生，就我们整车厂接收到整车厂释放，才能保证整车的可靠性。我们的目标也想把它降到7万元以下。

    刚才讲到一个软件，那个软件动不动就60位数的一个可能性，那么这种可能性如何来认证它，有大量的工作要做，这里做最典型一个介绍，就是整车的HIL仿真，我们现在把所有环节在计算机内实现了模拟，这样才能快速全面完整的把这个所有的进行验证。即便这些软件都做好自己的事情，昨天我们在一起吃晚宴的时候同行也在说，他说我这个零件也合格，其实这个事情有些时候和他解释一个事情，就是车上的很多功能是矛盾的。那么这些矛盾的功能在一起，比如说底盘，我们看一看后面这张图，这个底盘系统它有一个叫ATH自动巡航，还有一个保证是车辆的稳定，后面的车跟不上怎么办？跟上了翻车怎么办？这个矛盾只有通过整车厂协调和解决，遇到这个问题的时候，我们就要用现在的手段，就是整车的测试。无论从功能目标的分解设定到最后的研究，都需要类似的技术和能力来解决。

    这张图片就不展开给大家说了，就是我们整个产品方案流程。后面是总结阶段，和大家各位一起分享一下建议

    第一，分别识别分别对待。

    第二，一定要基于用户和工况数据，定义可靠性目标，指导产品开发。

    第三，基于载荷数据，高效有针对性开展试验验证工作。

    第四，要遵守列成，系统优化，坚持正向开发，坚持经验积累。

    最后借这个场合，因为我也有几个身份，一是一汽技术中心开发部负责人，同时我也是一汽解放的汽车电子电器经理，同时我是电子电器分会副主任委员，能够在今天这个场合，首先代表我们一气电子电器产品线这些年工作中得到各位同仁大力支持，在行业上受到各位领导的关怀支持，在此一并表示感谢！谢谢大家！