車輛研究測試中心 零組件品質部 施冠廷

車輛電子產品就其特性上來說，因主要之核心為矽晶材料所構成之控制單元，通稱為ECU，並搭配其他負載元件，如線性馬達、感測器、功率放大器等，進而構成具智慧系統類型的車輛零組件或系統；其近年來的發展已大大影響所有車輛產業，無論是研發或裝配，同時亦改變消費者的使用習慣，期盼車輛上所裝配的電子產品能提供更高的安全性、舒適性與便利性；因而在車電產品之環境可靠度驗證一環上，不僅不可輕易忽視，其驗證技術更因實際環境之需求而日益更新，講究電力、氣候、機械等負載因素上的整合性，同時在環境驗證的要求上，需更精準地掌握產品在環境模擬試驗下之狀態變化，並量化其狀態變化，以期望能獲知產品之優劣情形。

那麼環境試驗的制定該如何依循呢？一般來說可分為兩類：
(1) 分析產品服務壽命輪廓之實測環境資料，而制定其試驗規格。
(2) 以產品服務壽命輪廓為基礎，配合國際/區域之相關標準所提供的環境條件，而制定其試驗規格。

本文針對第二類之情況加以說明近年來國際/區域標準之動向，車輛電子環境可靠度所依循之標準最早於1978年，美國汽車工程師協會(Society of Automotive Engineers, SAE)針對車用電子裝置而規劃了一份環境試驗之建議─SAE J1211，以及日本汽車標準組織的JASO D001-78，其大致將車輛電子的可靠度試驗分為4個領域，分別為電力、氣候、機械、化學等負載，當時電子裝置首次被引用在車輛上面，這些車輛零件暴露在極嚴苛環境溫度中(-40℃~85℃)，同時崎嶇不平的道路和鐵路運輸所造成的機械性負荷最高可達100G左右之加速度，1978年所制定的SAE J1211，其重點是在描述車輛各區域的使用環境，並建議一些於實驗室模擬測試之方法，讓設計工程師在可預期的惡劣環境條件下，評估車輛各區域的組件與系統之性能，進而組裝電氣/電子組件。故依據其試驗方式，在產品的規格限制內通過原型測試，使設計師能夠察覺設計上的弱點，進而減少因環境因素而造成故障失效的可能性。

然而1980年中期，以環境條件為基礎的產品可靠度壽命驗證測試，以90％至95％的可靠度範圍為驗收之標準（70％至90％的信心水準），在此前提下，可靠度明顯提高。故於1980年代末至1990年代初，汽車製造商和供應商在表示保修數據的單位時，採用R/1000，而不似早期以R/100為單位(註：R/100表示每100輛汽車維修，25 R/100即表示每100輛汽車會有25輛在12個月內要回廠維修)。這也意味著，在車輛上日益增多的電子裝置不僅擁有更低的故障率之外，同時隨著技術成熟度的演進，車輛保修期逐漸拉長(由12個月到3或5年，甚至10年)，車輛零組件的使用壽命延長至15甚至20年，這時候的可靠度驗證標準，則更加明確地規範各種可預期的環境條件。至2009年，SAE J1211再次編修為針對車輛電機電子模組之強健性驗證(Robustness Validation)之建議手冊。

在國際標準方面，ISO自2003年公告ISO 16750這項標準以來，其說明自1980年來已逐一確認的道路車輛驗證內容，並提供一可選擇之適用範圍，來對產品規劃/設計一份環境驗證計畫，藉此來獲知欲測試之產品在實際環境中可能的狀況。如下表1與表2所示，各分別為1978年SAE J1211與2006年ISO 16750在四個驗證領域上的試驗項目，自下表中可見，環境可靠度驗證標準之試驗項目於電力負載和氣候負載上有明顯增加外，試驗中更不乏有結合電力與氣候兩項負載因素的項目，如ISO 16750中的溫度階梯試驗，測試件將被驗證在每段溫度區間下，以Us,max(最大供應電壓)和Us,min(最小供應電壓)個別進行功能檢查，這將考量測試件在每段溫度區間中故障的可能性，由此可見，車輛電子可靠度驗證的準確度因試驗手法上的演進而更具參考性。

表1 1978年版SAE J1211之試驗項目

表2 2006年版ISO 16750之試驗項目

而國際車廠於車輛電子驗證之相關規範方面，例如美國三大車廠中，亦有參照前述之國際/區域規範而制定其產品之驗證準則，近年更因應車輛電子裝置增多，如配置車載通訊系統、車輛安全系統等，而為了暸解車輛電子產品在車輛上的電能消耗，自2004年起某些廠規更增設了如漏電流量測之試驗項目，藉此評估產品在車輛停駛或引擎熄火(即不依靠引擎發電)的情況下，車輛電子產品對車輛電能的耗損情形，此意味著，車輛電子產品的環境可靠度驗證不僅評估產品在環境變異下的故障率外，更進一步地探討電子裝置在車輛系統上的影響；實際上，隨著智慧型車輛的問世，前述的評估方式將越來越深入且顯著重要。

綜觀上述，未來車輛電子產品在環境可靠度上，將朝向複合式考量(氣候、電力與機械性負載的結合)，以及量化分析(如長時間漏電流檢測與紀錄)來提高可靠度驗證的完整性；而車輛中心的環境測試實驗室於1995年起即投入車電產品的驗證工作，自此逐一建構出完整的車電驗證能量，於2006年更邀請美國Chrysler車電專家進行技術交流，並辦理車輛電機電子技術研討會；與此同時，該實驗室已提供ISO 16750電力/氣候/機械等20項TAF認證之檢測服務，且具備100家次以上之一階廠車電產品的實務驗證經驗。近年來於車電產品可靠度驗證的專業技術和知識背景趨於成熟，已提供國內諸多廠商進行各種國際規範、汽車廠規之測試計畫，以符合國際大廠如Chrysler、GM、Ford、Nissan、Mazda對車電產品可靠度驗證的要求。未來期望能協助更多國內業者，在車電產品的可靠度驗證上取得突破與肯定，進而邁向國際舞台。