标签: 汽车电子硬件设计

   其实记得刚进入公司的时候，带我的兄长常对我说的一句话就是；“如果要你做空调面板的，你就应该做好空调面板，对于其余的什么东西切不可贪念太多。”起初觉得这就话很对啊！但是当我们成长的时候却发现这条路却不进相同啊！而对于我们来说要从一种更大的局面来看待自己所从事的汽车电子。就好像朱玉龙兄长那般，已经走的很高了，他已经把我们做汽车电子的这条路已经算是给完整的走了一遍，而现在所达到的高度却是走在前言，而对于此，在这边对于从事汽车电子的新人来说只有以他为师去一步步追赶他的脚印。

这个假期，见缝插针的把几本IT类的书《浪潮之巅》、《参与感》、《跨界开启互联网与传统行业融合新趋势》、《工业4.0即将来袭的第四次工业革命 》、《史蒂夫·乔布斯传》给读完了。谈谈自己的一些感受。 从本科开始，我就向往做硬件电路工程师的工作，那时候向往安捷伦、Fluke，现在读浪潮之巅中的内容，确实触目惊心。无论是做通信设备的硬件、仪器的硬件、手机的硬件甚至是汽车电子的硬件，结果都是一样的。硬件作为基础的平台，在摩尔定律和反摩尔定律的作用之下，同等性能的电路的价值一直在折价，数字电子器件的发展速度从根本上注定了集成的工程师需要不断去应用学习，不断和同行业内工程师们竞争供给最好的硬件。硬件的性能不断给软件工程给吞噬掉了，不断满足消费者的需求。 这个情况，从消费电子传导至工业的各个环节，如果无法深入将软件硬件整合成系统的能力，从产品端做出公司的价值，其实衰退非常“快”。汽车电子配件而言，随着车型开发的节奏，一代车一代产品，跟不上这个节奏，产品也就结束了。仔细核对，软硬件的开发过程，以及未来软硬件的需求，必然由消费者直接体验得到功能状况，都是由软件提供的。 从汽车电子看来，伴随着单个MCU的处理能力越来越强，能够承载的软件和功能越来越多，当前的演变集成化的趋势非常明显，主要供应商都在各自的领域扩张，把别人的份额吃掉。对整车企业而言，几份钱变成了一份钱，单个车型项目摊到了多个项目上，同硬件不同软件版本的区分，使得整车的BOM成本下降，从多供应商演变为少量供应商也就是一个必然的选择。   * Chassis domain :control the chassis components according to solicitations and driving conditions - ABS,ESP, ASC, 4WD, * Powertrain domain :control transmission and engine * Active and passive safety domain :impact and rollover sensors, airbags deployment, * Telematics and Human Man Interface (HMI)- * Body domain :dashboard, lights, windows, seats, ..   比如Autoliv的算盘如下图所示，从主动安全的趋势，把原有底盘电子吃掉。从主动安全的演进来看，集成是必然的。当然传统的动力总成厂家，就想着将底盘电子和动力总成的结合成一个Domain.当然目前Telematics和Body这块的结合，已经是现状了，Tesla大屏出来，网关+车身控制+Telematics，在这种与车辆安全性较远的区域，变革的速度远远超过整车的演进。 大鱼吃小鱼，快鱼吃慢鱼。所以从这个角度来看，汽车电子行业的并购，比如ZF与TRW之间，也是不得已而为之。未来就是拼软件、拼系统和整合能力，留给（电子）硬件的空间真的不大。   参考文件   1. Electronic Architecture and System Engineering for Integrated Safety Systems for Integrated Safety Sys 2. Requirements and concepts for future automotive electronic architectures from the view of integrated safety 3. CFA Institure Research Challenge - Autoliv

这几日改书，想到从另一个角度来思考设计与失效机理的关系 。 这张图是贴片的厚膜 薄膜电阻失效机理图（参考文件 1 ），从中可以发现其失效有几部分原因组 成 1 ）电阻在模块贴装过程中的问题 = 》模块 EOL 可检 出 2 ）电阻贴装以后在模块使用过程中的问 题 3 ）电阻在自身生产过程的失效（这部分在图上略去，可见松下给出的关系 ） 如果我们按照模块的失效机理来分析模块的问题，确确实实可以将所有的失效问题分为两 类 1 ）瞬间的最坏情况叠加引起的过应力导致失 效 2 ）由于累积伤害引起的问 题   电路模块划分各个模块功能组，对整个汽车电子模块而言，可以把问题分成若干 层 Level1 模块功能的失效模 式 Level2 电路模块的失效模式（ Level 1 的失效机理 ） Level3 元器件的失效模式（ Level 2 的失效机理 ） Level4 元器件失效机 理 因此，如果将模块的 DFMEA 来表示的话，如果不做辅助的步骤，直接按照这个表格来填，那就有很多的缺陷了 ： 1 ）忽略了真正引起问题的地方，如器件的失效机理这个机理是作用在模块上导致器件失效，而表格里面体现不出问 题 2 ）缺少 Level 2 ，使得整个逻辑推演上缺少一定的完整 性 所以从整体上来看，我们可以发现硬件设计方法之中 ： a ） WCCA 最坏情况分析：是用来防止过大应力造成直接损 坏 b ）可靠性预测和降额设计：是为了累积损伤导致失 效 c ） FMEA 表格更多的是一种评审的工具，而不是直接产生结果的表格，如果只有表格而没有逻辑过程的传递（ Level4=Level3=Level2=Level1 ，完整的分析链路），这个做的效果就不是很好 了 建议 ： 1 ）构建元器件的失效机理 图 2 ）根据失效机理图，确认设计过程中的监控点（完成设计验算 or 仿真和评审检查清单 ） 3 ）使用模块级别的 DV 、 PV 数据来监控整个模块的运行状态，通过分析数据来提高验算和仿真的精 度   参考文 件 1 ） Panasonic Surface Mount Resistors Technical Guide Ver.3 2 ） Larry Edson  Reliability Lessons From The Automotive Industry

修正书的过程中，我在重构可靠性预测部分的方法，写写我的看法。 在参考文献 2 ， Larry 的 Slides 里面，提及他对可靠性预测的方法的看法，不用 MTBF 和 Reliability Prediction ，老爷子去开咨询公司了。 对比了不同的文献，如参考文献 3 和 4 。胳膊拧不过大腿，真要按照 R97/C50 的原则，一个部件测试或许可以，里面的元器件的失效率就真没办法了。 要想在汽车电子领域成点气候，可靠性的测试数据是必须要积累的。通过实测的过程中的比对，然后参考 ISO26262  P23页有关器件失效率的核算上，有以下的推荐工业模型库结合校对使用。 1.   IEC a.   IEC/TR 62380, Reliability data handbook — Universal model for reliability prediction of electronics components, PCBs and equipment b.   IEC 61709 Electric components - Reliability - Reference conditions for failure rates and stress models for conversion 2.   RIAC HDBK 217 Plus Reliability Prediction Models 3.   UTEC80-811 Reliability methodology for electronic systems 4.   NPRD 95 Non-electronic Parts Reliability Data 5.   EN 50129:2003 Railway applications — Communication, signalling and processing systems — Safety related electronic systems for signalling a.   Annex C, IEC 62061:2005 b.   Annex D, RIAC FMD97 6.   美国军标 a.   MIL HDBK 217 F notice 2 Military handbook: Reliability prediction of electronic equipment b.   MIL HDBK 338 Military handbook: Electronic reliability design handbook 这些手册特性的比对差异，如参考文献 5 中提及的那样： 汽车电子的温度区域，注定了通信业的电子系统可靠性都没法靠，鉴于美军标的停止更新，跟着 IEC 走比较合适，查了最新的更新状态， 2017 年第三版。 不同的手册，同设计比对结果 图示 小结： 作为 ISO26262 的失效率、 FTA 的失效率、甚至是 FMEA 的发生频率的基础数据，说到底还是需要测试以及向厂家要的。没有的时候，只能使用同数据库进行器件比对，并通过实验进行积累，数据多了才能优化模型库，用间接数据来分析问题，真是一件痛苦的事情。 下周整理 Larry 老爷子关于验证的内容， Weibull 啥的。 参考文件： 1.   ISO26262-5   Road vehicles — Functional safety —Part 5: Product development at the hardware level 2.   Reliability Lessons From The Automotive Industry Larry Edson 3.   How to determine the MTBF of gearboxes Dr. Gerhard G. Antony Neugart USA LP 4.   Electronic Reliability Prediction 5.   Guidelines to Understanding Reliability Prediction

  经过近2周的假期时光，到今天算起，已经过了三个工作日并马上进入周一的又一个五天循环。而我不仅要迎来新的一岁的同时，也要面临更多的挑战。回顾之前 的习惯养成，自己在时间管理方面进行入手，引入了一些行为／活动规则和番茄工作法等调整节奏的技巧，接下来需要面对的是自己那些长期的问题。   1）文档管理      我第一个面对的问题，就是我在过去的五年甚至更长的时间里面，积累了大量的资料文档，这些文档包括：   a）论文       SAE，IEEE，ELS和ECG等大量的关于汽车电子、电池、安全和可靠性等文章，在下载之初，文章很多的内容是浏览为主，只有很小一部分的文章被好好 的阅读和整理乃至吸收。最近一段时间的阅读，也让我发现了一个有趣的现象，SAE中在混合动力和电动汽车方面真正有帮助的文章大多出自 GM，Toyota，Nissan，Honda等OEM公司，这个主要是因为公司的观念，也由于这些公司的美国工程师有足够的精力来做这些事情；而电子模 块方面，德国的几家OEM还有Bosch和Delphi甚至AVL都有些不错的文章，从收集设计思路和考虑对比的角度都是上上之选。这几天首要办的事情， 就是给所有的SAE Paper重新命名，然后选择软件进行管理。使用文件名称来做文档管理是个麻烦的事情，因为这些文章由作者、内容和公司等基本参数组成，而且本身SAE就 有很多的Collection来进行分类，所以使用文件的Tag来管理是件相对可行和有效率的事情。我短时间内试过两个软件，关于他们的优缺点，我明天再 补上。     Benubird只适合单机使用，里面的真正实用的是Tag和Collection，似乎在里面的改动无法对源文件实现变化，这可能是它的最大的缺点。     Mendeley   有1G的免费空间，主要还是面向论文的（有强大的自动提取信息的功能，适合于载入阅读），对于科研工作可能辅助较大，对于Tag的支持似乎没有发现。     b）演讲材料      在网上有着大量的材料，比如各家企业参加EVS、ABBC和其他研讨会的材料，在美国DOE等部门，还有欧洲的一些活动之中，都有着很多的材料。这方面 中文的材料也是犹如过江之鲫。而且国内还有baidu文库等等共享网站，还真有一些设计文档在网上各处流传。2013年，我会努力整理出一个以后需要追踪 的列表来。   c）标准      汽车方面，有IEC、ISO为主的世界性标准，还有公司级别的VW、GS、GMW和ES等企业级别的标准，还有SAE、DIN等区域性的标准。     以上三类文档，我都打算一个个采用软件的方式管理，通过放置在几个简单的分类文件夹之中，通过软件建立的Tag、Collection进行联系，辅助的办 法使用Title、Author、Subject等属性进行归类。这类的文件是公开属性的，所以可以在公司和家里进行调度，所以就面临着共享的问题，罗列 一下目前我的情况：     d）咨询报告      从信息和供应商产业的角度，从电池、电机和电动产业的咨询报告里面有些还是让人开拓了眼界。   e）培训和公司内的指引文件      不多叙述，公司大了，真的什么都有，特别曾经家大业大的公司。    f）工作之中的文件      在项目和工作之中的文档，就更加纷繁复杂了，从需求文档的管控到各个环节之中的过程文件，还有CAE的文件。在家里只能用“盗版”的软件或者是“浏览器”看看了。   2）真正从看到用      从看到用，这是一个质变的过程。在写作《汽车电子硬件设计》的时候，被人诟病的不少的是不够深入。两个方面的因素，一是无法运用实例，会有公司利益冲 突；另外一个就是本身我对一些涉及到安全性的方法，比如危害分析、DFMEA和FTA缺乏一个系统而完整的认知，对从系统间（车辆的大的系统比如 Powertrain和刹车等）、系统（比如滇池系统）、部件（BMS、BMU和高压配电系统）还有内部的小的部件（比如MCU）之间连续性的概念，因为 本身的需求Requirements已经在那里，而且是从产品工程需求中独立出的硬件需求，这个一叶障目，自己是很难理解的到完整的产品设计概念，而纠结 于CAE、过程和其他细节上面。而现在更多的是从Concept的角度来看问题，来分析产品和系统，这样就有了很多个面的着手的地方。而且更能去思考了， 举两个例子谈谈   a）NEV产业链的全年情况       前面看到日经的文章一再强调了2012车用锂电池的凄风冷雨，而我在里面确实有些不同的体会。通过美国市场、日本市场关于NEV的销售量情况，并且对于种 类和数量的统计和整理，可以看出整个锂电池圈子的情况，对比日韩的出货数据，拿来对比一下国内的示范运营是很有意义的。现在这份工作还在进行之中，里面需 要对很多的数据进行查证。     b）ISO26262      11年以前对此是完全没有概念，其实没坐过安全和Safety Critical的工程师，确实是不理解的。花了很长的时间去搜集相关的文档，主要是从SAE和网上搜集标准原文和相关的材料，结合公司内的一些培训材 料，前前后后几个月的时间，目前才有些眉目和理解。      汽车产业就是人力和知识密集型的，大量的工程师靠细致的分工把复杂工作切碎到细化，知识的积累，演变成了很多的指导、标准和推荐，这让人初次涉及很困惑 也很彷徨。过了很长时间，才能清楚的知道，自己的位置和力量在何处才能最好的发挥和展现出来。没有团队协作，是肯定办不成事情的，想要在国内完全依靠团队 协作那就成了太极和皮球赛了。这里的界限，就在于本身对于职责和知识的认知，和跟着看着做到自己开始去主导。   3）单线程到多线程      我理解大多数工程师可能是单线程的，长于管理自己的注意力和专注，而短于协调外部沟通，甚至对于自己的任务和项目，也不能穿梭于其中。这点我也不外如 是，不过很多时候，鸡蛋不能放在一个篮子里面，在讲究结果和成绩的时代，不得不去多做些事情，去多整些项目和事务，才能让Load Profile好看些，年终总结的时候，才能理直气壮的喊一嗓子。在多个任务同时操作的时候，文档＋时间的管理，就非常重要了，不断的改进效率和统计自己 的潜力和负荷，才能逼出自身的成长出来。   4）以前不积极、不重视乃至不愿意的事情      工作之后，我认识到的一个最为重要的道理，就是外企也是只能依靠“人”来管理的，不同层级的人所接触到的信息和内容是不同的。所以很多我脑子里面，认为 重要和紧急的事情，其实到了越上面就无足轻重了；同样的，很多事情，突然塞给你，固然觉得窘迫和重复，但是面子工程确实很重要很重要的，因为很多重要的工 作和项目，都需要时间。公司对于我们这些小兵会有些考核要求，对于上面的干部同样如是。所以随着更广泛的交流，磨平一些棱角，去做妥协和担起责任把“破事 情”“烂项目”做做精彩和漂亮，可能是我的2013不得不去干的事情。虽无奈，但是每个普通人都得低头⋯⋯    引用一张图，何至于此啊……         最后烟烟给我烤了蛋糕，在烤箱里面飘出香香的味道，祝自己快乐！