汽車發(fā)動機ECU的可靠性實驗

盧好陽+丁浩

摘 要

本文根據(jù)汽車發(fā)動機ECU相關(guān)特征，結(jié)合同類可靠性實驗和某汽車發(fā)動機ECU的研發(fā)技術(shù)，在ECU可靠性篩選試驗、可靠性增長試驗和可靠性鑒定試驗的試驗原理和實施過程指導(dǎo)下，，開發(fā)了ECU可靠性試驗系統(tǒng)，并制訂出詳細的ECU可靠性聯(lián)合試驗方案。通過實驗得出該方案可行且系統(tǒng)平臺設(shè)計合理，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 電子控制單元 可靠性試驗

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)動機的燃油和點火系統(tǒng)，使其動力性、環(huán)保性和燃油經(jīng)濟性得到三重提升。

由于汽車發(fā)動機工作的特殊性，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，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的可靠性實驗研究，就是為了后期的產(chǎn)品生產(chǎn)中為產(chǎn)品改進提出依據(jù)。本文主要通過某ECU開發(fā)過程設(shè)計實驗，進行汽車發(fā)動機ECU的可靠性實驗研究。

1 設(shè)計實驗系統(tǒng)并進行實驗

ECU可靠性實驗需要基于不同的環(huán)境條件進行，因此需要在不同環(huán)境參數(shù)條件下，完成實驗。

1.1 具體設(shè)備

1.1.1 自主研發(fā)的ECU仿真運行測試平臺

在該平臺下進行實驗，能夠完全模擬汽車實際作業(yè)情境，包括傳感器信號和執(zhí)行負載，發(fā)動機和ECU的通信切換，并實時監(jiān)控ECU對故障類型和時間做一監(jiān)控。

1.1.2 可控制溫度的試驗箱

在該試驗箱內(nèi)，實驗者可以控制溫度，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 可控制濕度的試驗箱

在該試驗箱內(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 可控制振動的試驗箱

在該試驗箱內(nèi)，對ECU實行不同的振動條件，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、振動綜合實驗箱

在該試驗箱內(nèi)，對汽車發(fā)動機的ECU進行綜合測試，并結(jié)合前面的單向測試驗證其可靠性。

1.2 具體實驗過程

1.2.1 可靠性篩選實驗

作為汽車發(fā)動機ECU可靠性實驗的第一步，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。大量實驗數(shù)據(jù)表明，該篩選實驗剔除的殘次品可達90%準(zhǔn)確度。其余產(chǎn)品進入下一輪實驗。

1.2.2 可靠性增長實驗

在可靠性篩選實驗結(jié)束后，通過篩選的產(chǎn)品應(yīng)投入不同的實驗環(huán)境進行測試，比如同時以電應(yīng)力和溫度應(yīng)力作為雙加速應(yīng)力進一步檢測不合格的產(chǎn)品，該步實驗需使產(chǎn)品缺陷暴露為硬件故障，如電路設(shè)計不合格的產(chǎn)品暴露為電容元件失效。將失效樣品進行原因分析并改進，元件失效則改進元件，生產(chǎn)工藝不足則提升工藝，并使這些改進后的產(chǎn)品再次進行可靠性篩選和可靠性增長實驗，使汽車發(fā)動機ECU的可靠性實驗不斷得到提升。

1.2.3 可靠性鑒定實驗

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

該次實驗選用無替換定時截尾試驗方案，即樣品測試過程中，一旦到達規(guī)定的截至?xí)r間Tc，必須馬上停止實驗，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)，可對其進行定型，并投入量產(chǎn)；若未通過可靠性實驗，應(yīng)該拒收該批樣品并對故障原因進行分析和改進，以求進一步提高ECU可靠性；若實驗過程中，尚未達到規(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)，也可停止實驗并拒收該批產(chǎn)品。

2 實驗結(jié)果分析總結(jié)

在ECU可靠性實驗研究中，我們通過可靠性篩選實驗、可靠性增長實驗和可靠性鑒定實驗三大步驟對某品牌ECU的開發(fā)過程進行實驗。

在第一輪可靠性篩選實驗中，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。

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

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

（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驗所表現(xiàn)出來的問題進行針對性的改善后，在實驗參數(shù)不變的情況下繼續(xù)進行第二輪可靠性增長實驗，得出的實驗數(shù)據(jù)如表2。

對該輪實驗失效ECU再次進行分析：是因為密封失效導(dǎo)致水汽進入，從而燒壞了電路，使其無法正常工作。改進措施為密封圈再造加強內(nèi)部控制系統(tǒng)，使ECU可靠性得到提升。

無論是單純看實驗數(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)進行計算，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ECU實驗的有效性。

通過最后的可靠性鑒定實驗，在經(jīng)過改進的ECU樣品中隨機選取10件樣品，持續(xù)進行100h的實驗，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，并將其投入生產(chǎn)。

3 結(jié)論

通過可靠性篩選實驗、可靠性增長實驗和可靠性鑒定實驗，對某品牌汽車發(fā)動機ECU進行檢測暴露其現(xiàn)有問題并進行針對性的改進，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ECU可靠性，另一方面證明實驗方案可行且實驗系統(tǒng)可以滿足實際的生產(chǎn)需求。

參考文獻

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