汽車發(fā)動機(jī)ECU的可靠性實(shí)驗(yàn)

盧好陽+丁浩

摘 要

本文根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)ECU相關(guān)特征，結(jié)合同類可靠性實(shí)驗(yàn)和某汽車發(fā)動機(jī)ECU的研發(fā)技術(shù)，在ECU可靠性篩選試驗(yàn)、可靠性增長試驗(yàn)和可靠性鑒定試驗(yàn)的試驗(yàn)原理和實(shí)施過程指導(dǎo)下，，開發(fā)了ECU可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)，并制訂出詳細(xì)的ECU可靠性聯(lián)合試驗(yàn)方案。通過實(shí)驗(yàn)得出該方案可行且系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)合理，ECU取樣平均壽命有所延長，可靠性水平有所提升。

【關(guān)鍵詞】汽車發(fā)動機(jī) 電子控制單元 可靠性試驗(yàn)

汽車ECU又名汽車電子控制單元，它作為汽車的大腦，閉環(huán)控制著發(fā)動機(jī)的燃油和點(diǎn)火系統(tǒng)，使其動力性、環(huán)保性和燃油經(jīng)濟(jì)性得到三重提升。

由于汽車發(fā)動機(jī)工作的特殊性，作為ECU必須同時具備防振、防水、防塵的功能；同時，無論是電磁輻射還是電壓波動，它必須將其屏蔽，否則在發(fā)生故障時，一方面損壞發(fā)動機(jī)，帶來高昂的維修成本；另外可能危及人身安全，帶來不可估量的損失。

因此ECU的可靠性實(shí)驗(yàn)研究，就是為了后期的產(chǎn)品生產(chǎn)中為產(chǎn)品改進(jìn)提出依據(jù)。本文主要通過某ECU開發(fā)過程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行汽車發(fā)動機(jī)ECU的可靠性實(shí)驗(yàn)研究。

1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

ECU可靠性實(shí)驗(yàn)需要基于不同的環(huán)境條件進(jìn)行，因此需要在不同環(huán)境參數(shù)條件下，完成實(shí)驗(yàn)。

1.1 具體設(shè)備

1.1.1 自主研發(fā)的ECU仿真運(yùn)行測試平臺

在該平臺下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能夠完全模擬汽車實(shí)際作業(yè)情境，包括傳感器信號和執(zhí)行負(fù)載，發(fā)動機(jī)和ECU的通信切換，并實(shí)時監(jiān)控ECU對故障類型和時間做一監(jiān)控。

1.1.2 可控制溫度的試驗(yàn)箱

在該試驗(yàn)箱內(nèi)，實(shí)驗(yàn)者可以控制溫度，使溫度快速升降或漸變，并觀察ECU在不同的溫度條件下的不同變化。

1.1.3 可控制濕度的試驗(yàn)箱

在該試驗(yàn)箱內(nèi)，可以通過人工控制或編程控制調(diào)節(jié)作業(yè)濕度，并觀察ECU在不同的濕度條件下的不同變化。

1.1.4 可控制振動的試驗(yàn)箱

在該試驗(yàn)箱內(nèi)，對ECU實(shí)行不同的振動條件，一方面觀察在不同振動條件下ECU的不同作業(yè)情況；另一方面測試ECU的抗振能力。

1.1.5 可控溫度、濕度、振動綜合實(shí)驗(yàn)箱

在該試驗(yàn)箱內(nèi)，對汽車發(fā)動機(jī)的ECU進(jìn)行綜合測試，并結(jié)合前面的單向測試驗(yàn)證其可靠性。

1.2 具體實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 可靠性篩選實(shí)驗(yàn)

作為汽車發(fā)動機(jī)ECU可靠性實(shí)驗(yàn)的第一步，即初次篩選過程。通常用于大批量生產(chǎn)后的ECU產(chǎn)品進(jìn)行‘海選的過程。該步驟是為了淘汰一批有較明顯瑕疵的ECU。一般情況下，是在上文所提到的具體設(shè)備中，對試驗(yàn)品施加合理的壓力，通常采用溫度循環(huán)、不規(guī)則振動頻率和恒定高溫測試，從而使那些有明顯缺陷或潛在缺陷的ECU在壓力下顯出鼓掌，然后將其剔除。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該篩選實(shí)驗(yàn)剔除的殘次品可達(dá)90%準(zhǔn)確度。其余產(chǎn)品進(jìn)入下一輪實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 可靠性增長實(shí)驗(yàn)

在可靠性篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過篩選的產(chǎn)品應(yīng)投入不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行測試，比如同時以電應(yīng)力和溫度應(yīng)力作為雙加速應(yīng)力進(jìn)一步檢測不合格的產(chǎn)品，該步實(shí)驗(yàn)需使產(chǎn)品缺陷暴露為硬件故障，如電路設(shè)計(jì)不合格的產(chǎn)品暴露為電容元件失效。將失效樣品進(jìn)行原因分析并改進(jìn)，元件失效則改進(jìn)元件，生產(chǎn)工藝不足則提升工藝，并使這些改進(jìn)后的產(chǎn)品再次進(jìn)行可靠性篩選和可靠性增長實(shí)驗(yàn)，使汽車發(fā)動機(jī)ECU的可靠性實(shí)驗(yàn)不斷得到提升。

1.2.3 可靠性鑒定實(shí)驗(yàn)

作為可靠性實(shí)驗(yàn)的最后一步，可靠性鑒定實(shí)驗(yàn)是確定產(chǎn)品是否能夠定型投產(chǎn)，所以它的運(yùn)行條件應(yīng)盡可能和真實(shí)運(yùn)行條件相一致。

該次實(shí)驗(yàn)選用無替換定時截尾試驗(yàn)方案，即樣品測試過程中，一旦到達(dá)規(guī)定的截至?xí)r間Tc，必須馬上停止實(shí)驗(yàn)，且將不合格產(chǎn)品數(shù)予以記錄，判斷是否符合接收標(biāo)準(zhǔn)。

若該批樣品殘次品數(shù)量小于初始設(shè)定的不合格標(biāo)準(zhǔn)，可對其進(jìn)行定型，并投入量產(chǎn)；若未通過可靠性實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該拒收該批樣品并對故障原因進(jìn)行分析和改進(jìn)，以求進(jìn)一步提高ECU可靠性；若實(shí)驗(yàn)過程中，尚未達(dá)到規(guī)定截至?xí)r間但不合格樣品數(shù)已超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，也可停止實(shí)驗(yàn)并拒收該批產(chǎn)品。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析總結(jié)

在ECU可靠性實(shí)驗(yàn)研究中，我們通過可靠性篩選實(shí)驗(yàn)、可靠性增長實(shí)驗(yàn)和可靠性鑒定實(shí)驗(yàn)三大步驟對某品牌ECU的開發(fā)過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在第一輪可靠性篩選實(shí)驗(yàn)中，通過高溫條件下的測試，淘汰了2個有較明顯瑕疵的ECU，其中一個是由于焊接不當(dāng)導(dǎo)致貼片電容破裂而產(chǎn)生局部高溫；另一個則是抗高溫性不過關(guān)，在第一輪就遭到淘汰。

接著進(jìn)行第一輪可靠性增長實(shí)驗(yàn)，在通過篩選實(shí)驗(yàn)的樣品中隨機(jī)選20個樣品繼續(xù)進(jìn)行可靠性增長實(shí)驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)選用無替換定時截尾實(shí)驗(yàn)，設(shè)定結(jié)尾時間為參數(shù)t0（t0=10d），實(shí)驗(yàn)結(jié)束數(shù)據(jù)如表1。

對第一輪可靠性增長實(shí)驗(yàn)被淘汰的ECU進(jìn)行原因分析，一是由于電路設(shè)計(jì)時曲軸位置傳感器為單信號輸入，無法有效排除干擾；二是由于點(diǎn)火脈沖過高，易產(chǎn)生過高溫度。針對這兩個問題提出改進(jìn)措施：

（1）將電子控制單元內(nèi)的曲軸位置傳感器改為差分曲軸位置信號處理并且將ECU內(nèi)部曲軸位置傳感同時改為差分信號。

（2）對點(diǎn)火脈沖不穩(wěn)定的現(xiàn)象，應(yīng)增加泄放二極管，分散一部分點(diǎn)火脈沖的能量，同時提高焊接質(zhì)量等制造工藝問題。

就第一輪可靠性增長實(shí)驗(yàn)所表現(xiàn)出來的問題進(jìn)行針對性的改善后，在實(shí)驗(yàn)參數(shù)不變的情況下繼續(xù)進(jìn)行第二輪可靠性增長實(shí)驗(yàn)，得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

對該輪實(shí)驗(yàn)失效ECU再次進(jìn)行分析：是因?yàn)槊芊馐?dǎo)致水汽進(jìn)入，從而燒壞了電路，使其無法正常工作。改進(jìn)措施為密封圈再造加強(qiáng)內(nèi)部控制系統(tǒng)，使ECU可靠性得到提升。

無論是單純看實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，還是同樣在置信水平為0.9的單側(cè)置信下限內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，可靠性水平已從第一輪的694h上升為該輪結(jié)束的2064h，可靠性水平大大提升。證明了汽車發(fā)動機(jī)ECU實(shí)驗(yàn)的有效性。

通過最后的可靠性鑒定實(shí)驗(yàn)，在經(jīng)過改進(jìn)的ECU樣品中隨機(jī)選取10件樣品，持續(xù)進(jìn)行100h的實(shí)驗(yàn)，最終只有1個ECU產(chǎn)品失效，小于最初設(shè)定的失效數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)c=3，可以考慮接受該樣品設(shè)計(jì)，并將其投入生產(chǎn)。

3 結(jié)論

通過可靠性篩選實(shí)驗(yàn)、可靠性增長實(shí)驗(yàn)和可靠性鑒定實(shí)驗(yàn)，對某品牌汽車發(fā)動機(jī)ECU進(jìn)行檢測暴露其現(xiàn)有問題并進(jìn)行針對性的改進(jìn)，提高其平均壽命從1159h到4752h，一方面大大提高該品牌發(fā)動機(jī)ECU可靠性，另一方面證明實(shí)驗(yàn)方案可行且實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求。

參考文獻(xiàn)

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