什么是“車規(guī)級”激光雷達？

自動駕駛的角度來看，說到近兩年哪一個主題最熱門，肯定離不開激光雷達。2021年被譽為激光雷達量產(chǎn)之年，不少車企都公布了裝備“車規(guī)級”激光雷達車型量產(chǎn)日期。然而何為“車規(guī)級”激光雷達？

激光雷達產(chǎn)業(yè)人士還廣泛認為激光雷達車規(guī)在這個階段誰都說不清楚。多數(shù)人都認為，只要產(chǎn)品通過車企相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)且能獲得定點車型就能稱得上是“車規(guī)級”車型。但是每個車企有不同的標(biāo)準(zhǔn)，通過這個車企的標(biāo)準(zhǔn)你能通過別的車企嗎？一切都是未知數(shù)。

小編搜了一下眾多媒體的報道才知道，現(xiàn)在全行業(yè)對于激光雷達車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)還沒有一個統(tǒng)一的回答！做為汽車電子行業(yè)的老將，最看不得這眾說紛紜，未達到底的局面了，今天小編就把這個問題掰開來好好講一下。

眾說紛紜的激光雷達車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)

在談到車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)前，首先要看看這兩個激光雷達供應(yīng)商各自的宣傳口徑和各自對產(chǎn)品車規(guī)級的界定。

A廠商關(guān)于激光雷達可靠性的描述：

隨機性硬件失效指標(biāo)＜10-7/h，可完全滿足ASIL-B和SIL-2功能安全等級；

已成功通過車規(guī)DV、PV、EMC檢測；

車規(guī)級系列測試包括加速度28m/s2的振動測試、-40℃的低溫和85℃的高溫測試、鹽霧測試、跌落測試、靜電放電測試、輻射抗干擾測試和工頻磁場測試等等。

B廠商的描述：

采用APQP作為項目管理工具，全面執(zhí)行IATF16949質(zhì)量管理體系、ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)；

從架構(gòu)開始就要按照車規(guī)級可靠性設(shè)計、所有器件均按照車規(guī)級相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求選型；

按照ISO及AEC-Q等國際標(biāo)準(zhǔn)以及多家頂級OEM客戶要求，進行可靠性測試；

試驗內(nèi)容涉及但不僅限于高壓水沖擊，碎石沖擊，高低溫沖擊，太陽輻射，EMC，化學(xué)防腐，鹽霧，高低溫濕熱試驗。

做過汽車電子的小伙伴們看到這些宣傳術(shù)語肯定會覺得“哪里不對勁”。

我們先把上面兩家激光雷達廠家宣傳的所謂“車規(guī)級”的點給匯總一下看：

整成表格（如上圖）這樣看起來是不是就清晰多了。事實上，總體來看，這幾個宣傳口號首先提到的是功能安全問題，然后堆砌了幾個汽車零部件的測試項目并最終寫出了APQP、PPAP和IATF16949就完了。透過這張表格，各位小伙伴是否找到了某些廠商的宣傳套路呢？上來就先定調(diào)一下，把自己的產(chǎn)品說成“車規(guī)級”，再把術(shù)語堆出來送給大家，和你講ISO26262，什么ASIL B，什么ISO/AEC。

好啦，該為你普及汽車行業(yè)的那些“內(nèi)幕”，你拿出所有的小本子，動手記筆記。

1.功能安全，這個和車規(guī)級幾乎沒啥關(guān)系，就是這幾年比較火，拿出來刷下存在感。

2.AECQ是業(yè)內(nèi)對電子元器件的車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)；

3.ISO16750是針對汽車電子零部件的ISO標(biāo)準(zhǔn)；

4.DV指設(shè)計驗證（Design Validation），是主要用于檢驗汽車電子零部件產(chǎn)品硬件設(shè)計質(zhì)量的一種測試手段，DV的測試項目及等級依據(jù)OEM企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（沒企標(biāo)的按國標(biāo)或ISO標(biāo)準(zhǔn)）進行，產(chǎn)品通過試驗后才能進入量產(chǎn)階段；

5.PV指產(chǎn)品驗證（Product Validation），是用于檢驗產(chǎn)品量產(chǎn)質(zhì)量的一種測試手段，一般測試項目來自于DV，但較DV要少得多，側(cè)重于檢驗產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定性及一致性，產(chǎn)品量產(chǎn)后可每半年或一年就進行一次，具體根據(jù)OEM的要求；

6.DV測試要求必須是模具件，也就是“硬模件”，3D樣件或“軟模件”是不行的；PV測試要求OTS（Off tooling samples）樣件，即工裝樣件，手工件是不行的；目前汽車電子行業(yè)存在較多的DV/PV combined，也就是說兩個試驗合并一起做的意思，這樣可以節(jié)省時間，降低成本；

7.至于APQP，PPAP，IATF16949，這些都是行業(yè)慣用流程與準(zhǔn)則，不可能說與車規(guī)級關(guān)系不大，但是只要從事汽車電子產(chǎn)品的制造，人人具備，不經(jīng)過外審也過得去。所以非專業(yè)的小伙伴們記住了，以后誰再提這個就是耍流氓；——這就像你去買煙酒，他就必須有煙酒專賣許可，沒有就賣不了是一樣的。

定義車規(guī)級激光雷達標(biāo)準(zhǔn)

“車規(guī)級”這個詞是針對汽車電子“元器件”而言的，而汽車電子“零部件”并無所謂的“車規(guī)級”。

注：元器件（Components）是部件（Parts）的一種，一般特指電子部件（Electronics Components），是部件的最小單元；而零部件則是指可以拆分的，由各部件組成的一個總成（Assembly）。簡單來講，電子零部件是由電子元器件（電阻、電容、芯片等）及結(jié)構(gòu)件（PCB、連接器、殼體、螺絲等）共同組成，元器件不可拆分，零部件是一個總成，可拆分。

在過去，行業(yè)內(nèi)根本沒人把汽車電子零部件稱為“車規(guī)級”。只是到了最近幾年，在自動駕駛技術(shù)和芯片國產(chǎn)化日新月異的背景下，“車規(guī)級”這兩個字剛剛進入公眾的視線，可起初卻被一些廠商帶斜了眼，外行人紛紛跟在后面瞎扯。

但另一方面，由于“車規(guī)級”一詞的火爆，意味著行業(yè)需要它、廠商需要表現(xiàn)出產(chǎn)品競爭差異化、消費者想買得放心、用得安心。為此，小編主動請纓，根據(jù)近二十年的汽車電子行業(yè)經(jīng)驗，嘗試定義激光雷達產(chǎn)品的“車規(guī)級”，其他車載電子產(chǎn)品也可以借鑒：

(1)產(chǎn)品采用的所有電子元器件均為車規(guī)級（AEC-Q*** Qualified）；

(2)產(chǎn)品滿足汽車電子設(shè)計開發(fā)要求；

(3)產(chǎn)品滿足大型車企的測試要求；

(4)產(chǎn)品實現(xiàn)批量前裝（量小的車型不算，半前裝或后裝都不算）；

必須同時滿足以上四條標(biāo)準(zhǔn)，小編認為其才算真正達到了“車規(guī)級”要求。

下面分開解釋一下：

(1)器件車規(guī)級，這是最基本的可靠性要求。

(2)汽車電子設(shè)計開發(fā)要求，這個很重要，但是小編好像沒有見過哪個激光雷達供應(yīng)商提過這一點。汽車行業(yè)里面的朋友也許已經(jīng)習(xí)以為常，但是小編接觸到一些來自非汽車行業(yè)的工程師之后卻深有感觸，自己的設(shè)計思想與汽車行業(yè)的需求相差太遠，這就請大家后續(xù)細說。

(3)為什么是大型車企？小編在此說明。汽車電子零部件的檢測標(biāo)準(zhǔn)，有國標(biāo)也有相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，小車廠根本沒有自己的企標(biāo)（或者直接照抄國標(biāo)），大的車企會要求按照自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。國內(nèi)車企通常參照國標(biāo)（國標(biāo)借鑒了國際標(biāo)準(zhǔn)）或者其合資伙伴（以一汽為例，許多標(biāo)準(zhǔn)都借鑒了馬自達），外資大廠均有自己的標(biāo)準(zhǔn)，有些測試項目在ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)中并不存在，如福特，大眾等相當(dāng)一部分比ISO/IEC高。從整體上看，大型車企在檢測方面需要更加科學(xué)規(guī)范，小型車企就遜色了很多。

(4)一定要大批量前裝，后裝不算，前裝量小了也不算。有的車型預(yù)計到停產(chǎn)也賣不到幾萬輛，那激光雷達在該車型上的應(yīng)用案例就沒有參考價值，給你用，你也不敢大批量上前裝。

激光雷達做為與安全有關(guān)的汽車電子零部件之一，也是一個新生事物，它要同時符合上述4條標(biāo)準(zhǔn)，小編覺得它確實符合車規(guī)級。

第四條其實很好理解，對于激光雷達這類安全相關(guān)的汽車電子產(chǎn)品，小編覺得，如果你對前3條不能滿足，它的可靠性與一致性以及都沒有背書的話，車企一定會懷疑它的可靠性，那基本上也不會有車企敢把它用于預(yù)計年生產(chǎn)十萬輛以上的量產(chǎn)車型，由于后期事故處理，召回成本和名譽損失車企都會難以承受。

下面，小編著重分析一下前兩條。

一、車規(guī)級電子元器件

電子元器件車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)無疑是AEC組織所制定的系列標(biāo)準(zhǔn)之一，它的本意在于促進汽車電子器件通用化。

AEC標(biāo)準(zhǔn)極大地促進了汽車電子器件的資格通用化，降低了零部件公司及OEM的器件選擇、使用及變更成本，極大地提高了電子零部件及車輛的可靠性，提高了電子器件的通用化水平。我們再來復(fù)習(xí)下AEC標(biāo)準(zhǔn)及其范圍：

AEC標(biāo)準(zhǔn)及其范圍（來源：左成鋼）

對于汽車電子產(chǎn)品來講，AEC標(biāo)準(zhǔn)幾乎覆蓋率了全部的電子元器件，但有些器件依然不在AEC-Q范圍內(nèi)，如純機械結(jié)構(gòu)類：開關(guān)、連接器、電線、PCB等，機電器件：電機、電磁閥、繼電器等，但這些產(chǎn)品都有其相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在此略過不談。

下面就激光雷達產(chǎn)品做一個分解，看看里面電子元器件能應(yīng)用什么標(biāo)準(zhǔn)：

激光雷達電子元器件分析（來源：左成鋼）

從上面表格我們可以看出來，除了AEC-Q102是新標(biāo)準(zhǔn)以外，其他都是已有的標(biāo)準(zhǔn)，而AEC-Q102就是專門針對激光雷達的核心器件激光器和光電探測器而制定的新標(biāo)準(zhǔn)。

1.讓激光雷達有法可依的AEC-Q102標(biāo)準(zhǔn)

AEC目前一共有6個標(biāo)準(zhǔn)，小編整理成了表格，如下：

AEC標(biāo)準(zhǔn)匯總（整理：左成鋼）

可以看到，Q100和Q200都是近十年或十幾年沒更新了，而Q101和Q102是這兩年才更新的，其中很關(guān)鍵的一個更新就是增加了激光器件，讓激光雷達“有法可依”了。

原來的光電器件比如光電二極管、LED都是涵蓋在《AEC-Q101分立半導(dǎo)體元件的應(yīng)力測試標(biāo)準(zhǔn)》中的，Q101在版本從D更新到E后，光電半導(dǎo)體全部轉(zhuǎn)到了新的AEC-Q102標(biāo)準(zhǔn)中去。

AEC-Q101 REV D規(guī)定的器件范圍（來源：aecouncil.com）

AEC-Q101 REV E規(guī)定的器件范圍（來源：aecouncil.com）

然后再對比一下AEC-Q102的范圍，專門增加了激光器件Laser components：

AEC-Q102 REV A規(guī)定的器件范圍（來源：aecouncil.com）

熟悉AEC標(biāo)準(zhǔn)的小伙伴們應(yīng)該了解，耐久類測試要求起步通常是1000小時，但在AEC-Q102中，除常規(guī)測試項目外還專門規(guī)定了一個可靠性驗證Reliability Validation項目，時間從最低1000小時到最高10000小時。

大家估計對10000小時沒有直觀概念，這么說吧，一年只有8760小時，而AEC-Q102要求超長壽命的Laser器件HTOL（High Temperature Operating Life高溫使用壽命）測試時間要達到10000小時。

AEC-Q102 REV A中對可靠性驗證的規(guī)定（來源：aecouncil.com）

即對于激光雷達車外安裝的應(yīng)用場景來說，超長壽命需要激光器件高溫耐久測試1萬小時。所以如果以后哪家激光雷達供應(yīng)商很傲嬌的說他們家的產(chǎn)品經(jīng)過了4000小時的測試，你就把這個標(biāo)準(zhǔn)懟到他臉上，說“最高級別為10000小時”。

當(dāng)然10000小時還很嚴格，下面我們就來科普下汽車電子零部件常年的溫度分布情況吧，由此可見最高溫或最低溫約占1/4，而且這段時間并不具有持續(xù)性。

汽車電子零部件全年溫度分布（來源：英飛凌）

再參考一下我們之前多次提過的乘用車生命周期維度，車輛生命周期內(nèi)的總運行時間大約是10000小時（按每天2小時計算），綜合來看，零部件承受最高溫度的時間約在1/4也就是2500小時左右，所以高溫10000小時耐久測試是非常嚴苛的了，可以滿足用戶每天8小時、全年無休地開15年。

整車生命周期維度對比（來源：英飛凌）

我們來看兩個已通過AEC-Q102認證的器件信息，大家感受一下：

歐司朗2019年9推出了一顆應(yīng)用于激光雷達的激光器件SPL S1L90A_3，我們看下它的datasheet信息，量產(chǎn)時間是2022年2月，晚了兩年多。

歐司朗SPL S1L90A_3激光器手冊（來源：osram.com）

激光雷達的內(nèi)核除激光器外，實際上還包括激光探測系統(tǒng)中所使用的光電探測器。激光射出，反射回又有誰能收到呢？光電探測器Photomultipliers將在此使用（SiPM）。讓我們來看看符合AEC-Q102要求的光電探測器是什么樣子的。

2. AEC標(biāo)準(zhǔn)對器件可靠性的支撐

我們又看了一下AEC標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于器件失效率方面的規(guī)定。眾所周知，汽車是由數(shù)以萬計的零部件和電子模塊構(gòu)成的，例如ECU就是作為零部件使用的。那么，你是否知道，一只ECU由幾個電子元器件構(gòu)成？答案也許讓人始料未及，也許有成千上萬種之多。

1ppm缺陷對一百萬量車意味著什么（來源：MPS）

所以，如果一個器件有1ppm（百萬分之一）的缺陷，對于一百萬輛車按WCCA（最差情況分析）來講，就有一千輛車的ECU存在的缺陷，是不是很恐怖？要知道一輛車上可是有50個以上的ECU的。

下面我們就來看看AEC標(biāo)準(zhǔn)如何求解器件可靠性。電子元器件在車型全生命周期和車輛全生命周期中要實現(xiàn)高可靠性，涉及到許多要點，但是歸納如下：

1.器件本身質(zhì)量的高可靠性是器件長使用壽命的基礎(chǔ)；

2.器件長達15年以上的供貨周期中，器件批次間品質(zhì)的一致性，是實現(xiàn)器件長生命周期的保證；

3.器件生命長周期內(nèi)的變更及重新認證，是解決器件一致性及可靠性的重要手段；

4.IATF16949、AEC-Q、PPAP等標(biāo)準(zhǔn)及流程體系對產(chǎn)品設(shè)計及制造的支撐功不可沒；

以上4點共同構(gòu)成了汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈對車型及整車長生命周期可靠性要求的支撐，我們分開來講。

先來看可靠性方面，浴盆曲線通常作為一個可視化的模型，大家都很熟悉了，我就不再贅述，針對器件的早期失效率ELFR（Early life failure rate）及正常生命周期失效率問題，AEC標(biāo)準(zhǔn)都有相應(yīng)要求。

比如IC類器件，AEC-Q100-008 ELFR就有詳細規(guī)定。

AEC-Q100-008 ELFR早期失效率（來源：aecouncil.com）

如果測試中有失效的情況，測試就不能通過，且必須通知用戶，并告知即將執(zhí)行的糾正和預(yù)防措施。在客戶批準(zhǔn)，且糾正和預(yù)防措施被正確實施的情況下，器件才可以被認為具備了再次進行AEC-Q認證的資格。

大家感受一下，標(biāo)準(zhǔn)要求是不是很嚴苛？我們再來看下英飛凌是怎么處理ELFR問題的：

Zero defect mindset零缺陷理念（來源：英飛凌）

由英飛凌“零缺陷的概念”這張圖片可以看出，AEC標(biāo)準(zhǔn)在浴盆曲線中把早期失效那一條拉得筆直，即AEC標(biāo)準(zhǔn)杜絕電子元器件早期失效。

解決了ELFR問題后，那么中后期失效問題怎么解決呢？答案是：壽命測試、現(xiàn)場數(shù)據(jù)和壽命分布分析，數(shù)據(jù)從怎么來呢？這不，瞌睡了AEC就送枕頭來了，這個就是標(biāo)準(zhǔn)里的generic data（通用數(shù)據(jù)）。為了講清楚這個問題，我們來看下ACE-Q100里面對通用數(shù)據(jù)的描述。

AEC-Q100通用數(shù)據(jù)時間線（來源：aecouncil.com）

通俗地說，通用數(shù)據(jù)是設(shè)備的海量數(shù)據(jù)，它覆蓋設(shè)備從設(shè)計，驗證，批量生產(chǎn)，應(yīng)用，更改到再驗證等生命周期維度。認證數(shù)據(jù)加上變更認證數(shù)據(jù)和可靠性監(jiān)控數(shù)據(jù)一起構(gòu)成“通用數(shù)據(jù)。因此，可利用的通用數(shù)據(jù)是對設(shè)備可靠性的證明，它覆蓋浴盆曲線中前期階段，能夠支持并證明設(shè)備生命周期中（從生產(chǎn)到劣化周期）可靠性與失效率。通用數(shù)據(jù)的部分比較豐富，囿于篇幅，建議您仍應(yīng)閱讀原文，這里就不做詳細介紹。

講清楚了器件本身的可靠性問題，我們再來看下器件長期的一致性問題，這個非常重要。汽車作為大批量的工業(yè)品，以中國為例，僅2021年產(chǎn)量就超過了2000萬臺，銷量超過10萬輛的乘用車共有62款。乘用車車型生命周期一般在3～5年，更長的比如大眾高爾夫和豐田卡羅拉，車型生命周期都能達到幾十年。

在這漫長的數(shù)十年車型生命周期中，汽車不斷更新?lián)Q代，汽車上ECU不斷翻新，相應(yīng)的電子元器件自然也不斷翻新。例如改變晶圓產(chǎn)地、更新生產(chǎn)工藝、替換邦線材料等等，AEC標(biāo)準(zhǔn)如何確保器件長期一致性？

我們以針對芯片的AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)來舉例看一下。

如果器件發(fā)生了變更，那么就需要重新進行認證測試，這部分內(nèi)容AEC-Q100規(guī)定得特別詳細，限于篇幅，標(biāo)準(zhǔn)原文就不放了，我在這里挑重點給大家解讀一下：

有變化就需要重新進行認證，不管是產(chǎn)品還是制程變化；

供應(yīng)商的變更需要滿足客戶使用需求；

即使最微小的變更，也需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行相應(yīng)的認證測試；

如果測試失敗，必須找到根本原因（root cause），并在執(zhí)行了相應(yīng)的糾正和預(yù)防措施的情況下，器件才可以被認為具備了再次進行AEC-Q認證的條件。

從整體上看，無論出于何種原因，只要器件發(fā)生了變化，無論是產(chǎn)品還是過程，凡是可能對其物理特性，用途，功能，品質(zhì)和可靠性產(chǎn)生影響的都會發(fā)生改變的（3F原則：Fit，F(xiàn)orm，F(xiàn)unction），都必須重新進行認證測試。AEC-Q100中專門為器件變更的測試項目給出了指導(dǎo)原則：

AEC-Q100對器件變更的測試項指導(dǎo)原則（來源：aecouncil.com）

以上就是測試項目，另外小編還為大家準(zhǔn)備了一個極其復(fù)雜的多維表Table 3，規(guī)定了哪些更改需要做哪些測試，這里就不多說了。

我們以更換晶圓廠（FAB Site Transfer）來舉個例子。如果芯片的晶圓工廠換了個地方，重新認證要做哪些測試：

16項必做測試，包括溫濕度，溫度循環(huán)，邦線相關(guān)、電遷移、ESD等；

4項選做測試，比如H就是針對密封性。

注意，這里說的是換晶圓工廠的情況。當(dāng)然了，如果封裝工廠換地方了，同樣需要再次做認證測試，但是認證的項目會少一些。

我們最后做個總結(jié)：

對激光雷達而言，除核心器件激光器和探測器需要通過AEC-Q102認證外，所有電子元器件都要通過AEC-Q認證，這個激光雷達才有了車載應(yīng)用的基礎(chǔ)，才有了整體去過零部件試驗及滿足車輛長達15年嚴苛應(yīng)用的可靠性基礎(chǔ)，自動駕駛車輛的安全才有保障。

2.汽車電子零部件的設(shè)計開發(fā)要求

汽車電子產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)需要的是業(yè)內(nèi)人士、如水、如魚、如空氣、久而久之便養(yǎng)成一種習(xí)慣，繼而“無感”，而當(dāng)小編接觸到一些來自非汽車行業(yè)的工程師時，發(fā)現(xiàn)除了航天軍工以外，汽車電子對于產(chǎn)品設(shè)計的需求應(yīng)該都是各行業(yè)中最高的了，一個也不能少！在此不予受理駁斥，小編從多個層面進行分析，大家自然會理解。

行業(yè)特點不同維度對比（來源：左成鋼）

對比完大家就能發(fā)現(xiàn)，放到航天軍工之外的各行各業(yè)，應(yīng)該沒有比汽車電子更高的，這里不單指一個技術(shù)點，而是綜合所有維度來看。

下面我就簡單列舉一下汽車電子產(chǎn)品設(shè)計的一些基本要求，小伙伴們感受一下：

耐溫要求

(1)汽車使用環(huán)境的溫度范圍從最熱的沙漠到最冷的極地，汽車電子也需要在各種狀況下正常工作。

(2)汽車研究表明，汽車的駕駛艙工作溫度范圍要從-40度到+85度。

(3)發(fā)動機艙從-40度到+125度，某些低溫區(qū)域也要求做到105度。

耐濕度及防水要求

(1)相對濕度一般從10%到100%；

(2)汽車電子要求在所有的濕度范圍能夠工作；

(3)高相對濕度會導(dǎo)致水汽進入某些電子器件內(nèi)部導(dǎo)致?lián)p壞；

(4)某些電子產(chǎn)品要求完全防水，即使高壓水槍沖洗，或浸入水中，亦能正常工作。

耐灰塵、污垢及鹽霧

防塵和防水不是一個概念，這里給大家科普一下，規(guī)定防護等級的國際標(biāo)準(zhǔn)IP代碼（IP code）分兩部分，前一位代表防異物，包括防塵；第二位代表防水。比如常說的最高防護等級IP69（IP6K9K，9K及帶K的都是ISO20653標(biāo)準(zhǔn)，國標(biāo)和IEC沒有K，也沒有9K這個等級），6代表防塵，9代表能承受高壓噴水。

耐機械振動、沖擊

這句話更容易讓人明白，小編附帶說個插曲，說是某個自動駕駛礦卡生產(chǎn)企業(yè)把激光雷達安裝到汽車上做試驗，沒想到用不了多久全壞掉了，最終發(fā)現(xiàn)，是激光雷達抗振動沖擊性能不合格。

我拿國內(nèi)某乘用車OEM的振動測試標(biāo)準(zhǔn)舉個例子，標(biāo)準(zhǔn)從輕度、中度、劇烈到極度劇烈，共分了9個等級，極度劇烈的最高加速度為294 m/s2，近30個G，喜歡看空戰(zhàn)片的小伙伴們應(yīng)該了解戰(zhàn)斗機飛行員最大可以承受10個G的加速度，30個G是什么概念，大家感受一下。

嚴苛的電氣環(huán)境

(1)電壓：12V系統(tǒng)：9V-16V，24V系統(tǒng)：16-32V

(2)反壓：12V系統(tǒng)：-14V，24V系統(tǒng)：-28V

(3)瞬斷：12V系統(tǒng)：4.5V/100ms，24V系統(tǒng)：9V/100ms

(4)跳線啟動：12V系統(tǒng)：24V/1min.

(5)啟動波形：12V系統(tǒng)：3V/4.5V，24V系統(tǒng)：6V/8V

(6)拋負載：12V系統(tǒng)：87V/400ms，24V系統(tǒng)：174V/350ms

(7)傳導(dǎo)抗擾：12V系統(tǒng)：+150V/-150V，24V系統(tǒng)：+300V/-600V

(8)電磁輻射抗干擾及大電流注入抗干擾

（BCI），頻率從KHz級別到GHz級別，電場強度高達200V/m。

(9)靜電（ESD）：高達25KV

汽車電子產(chǎn)品電氣環(huán)境（來源：英飛凌）

假如您是從事汽車電子產(chǎn)品有關(guān)工作的工程師，您認為這種設(shè)計有多困難？如果接觸過非汽車行業(yè)工程師的話，想必你們一定會驕傲嬌氣，將來就算不干汽車行業(yè)，但要說汽車這個行業(yè)經(jīng)歷到別的行業(yè)就是“碾壓式”存在，要說“降維打擊”也很輕巧。

1.汽車電子對產(chǎn)品確認的極高要求

我們先來看下業(yè)內(nèi)人士都聽過的汽車電子產(chǎn)品開發(fā)的V模型，感受下汽車電子產(chǎn)品開發(fā)的高要求：

簡化的V模型（來源：左成鋼）

我用老百姓聽得懂的一句話來說明汽車電子產(chǎn)品設(shè)計區(qū)別于一般電子產(chǎn)品的關(guān)鍵點在于：汽車電子產(chǎn)品不只是按照設(shè)計要求進行設(shè)計，還必須按照設(shè)計要求進行真正的檢驗，以證實是否符合設(shè)計要求。

它的含義是什么？也就是說，其他行業(yè)基本上只要求過程驗證，而汽車行業(yè)的要求是過程驗證+產(chǎn)品確認。形象地說，甲方若要求建一座抗8級地震建筑，根據(jù)建筑行業(yè)的規(guī)定，只需按抗8級地震施工，工序無誤即可接受；但是根據(jù)汽車行業(yè)的規(guī)定，建筑完工后要模擬8級的大地震，建筑沒有壞才算是符合要求。因此，才會發(fā)現(xiàn)車廠取了不少車進行碰撞測試，這個就是確認（Validation）。

2.要求極高的汽車電子設(shè)計分析過程

接下來，我們通過一個業(yè)內(nèi)常用的計算分析方法，管中窺豹，來感受下汽車電子產(chǎn)品對設(shè)計分析的高要求。汽車電子產(chǎn)品開發(fā)過程中有一個WCCA（最差情況分析Worst Case Circuit Analysis）環(huán)節(jié)，這是業(yè)內(nèi)很通用的一種設(shè)計分析方法，大名鼎鼎的NASA也在使用，非汽車行業(yè)的小伙伴們可以打聽下看你們行業(yè)有沒有用，筆者接觸下來似乎行業(yè)外的人都沒聽說過WCCA。

簡單舉個例子，大家感受下這種分析方法的特點。

我取了個電阻分析，初中物理沒有還體育老師，應(yīng)該能看得清。根據(jù)參數(shù)的不同，電阻可簡單地劃分為阻值，精度，功率和封裝4個維度。我們比較一下不同產(chǎn)業(yè)在設(shè)計上的側(cè)重：

其他行業(yè)：阻值正確，精度夠用，功率沒問題，封裝大小合適，挑便宜的直接用就行了，其他不管。

汽車行業(yè)：除其他行業(yè)那些基本要求外，還需要考慮：

(1)精度隨溫度、濕度范圍的變化因素，比如1%精度，高溫時可能就不是1%了，遇到高濕可能就廢掉了；

(2)精度隨時間的變化因素，就是老化因素，比如在長達15年的生命周期內(nèi)，精度可能就偏移到3%了（WCCA中1%精度按3%進行計算，就是考慮到了老化）。

(3)功率隨溫度變化產(chǎn)生的降額，比如超過70度，功率需要按1.25%每度進行降額使用。

(4)功率根據(jù)電流脈沖需要考慮的額度調(diào)整，比如脈沖關(guān)斷時間在4μs～100us之間，占空比≤700時，就需要按公式進行計算，公式太復(fù)雜，我就不放了。

(5)涉及到外部信號檢測的電路，還需要根據(jù)CSPR25標(biāo)準(zhǔn)，進行不同電壓脈沖的耐壓及功率計算；

在此僅就電阻而言，具體地說就是電阻所構(gòu)成的電路和它所發(fā)揮的作用，同時還要考慮較多層面的因素，如檢測電路要考慮檢測電壓波動幅度，開關(guān)阻抗模型、接口電路漏電流、車身搭鐵地漂移等（GND offset）等。

小伙伴們看到這里的心情如何呢？大家都知道ECU中電阻的個數(shù)通常用幾百來算，電阻正是電子元器件中最簡單的元件之一，其他元件參數(shù)維度就更多了。小編了解到的一個歐洲電子模塊項目，WCCA工作在國內(nèi)做，2個人專職做了3年才做完，文檔數(shù)量達到了幾萬個，近10個G，你感受下這個工作量。

因此，汽車電子零部件高可靠性在一定意義上說就是被設(shè)計好了，而過程驗證與最終證實只是手段。

最后得出如下結(jié)論：汽車電子零部件在設(shè)計和研制過程中的高度需求，是確保汽車全生命周期可靠性的決定因素。

3.汽車電子零部件的測試要求

前面講了到激光雷達核心器件需使用符合AEC-Q102標(biāo)準(zhǔn)的激光器和光電探測器，除這些器件外所有電子元器件都要符合各自相應(yīng)的AEC標(biāo)準(zhǔn)要求，否則，即使激光雷達產(chǎn)品自身已經(jīng)通過汽車行業(yè)零部件標(biāo)準(zhǔn)測試的相應(yīng)要求，但在汽車年產(chǎn)量數(shù)十萬輛和車輛長達15年的苛刻應(yīng)用中，激光雷達在一致性和長期可靠性方面可能仍達不到汽車行業(yè)要求

接下來我們詳細講一下汽車行業(yè)對汽車電子零部件的試驗要求，首先我們先來看下相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

汽車行業(yè)電子零部件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（來源：左成鋼）

試驗標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了電氣性能、EMC（電磁兼容）、ESD（靜電）、機械性能（振動、沖擊、跌落）、氣候（溫濕度類耐久、交變、沖擊）、環(huán)境（化學(xué)品、鹽霧、陽光）、防護等級等，所有的電子零部件試驗要求全部都是按這些維度進行分類進行的，業(yè)內(nèi)對電子零部件的試驗要求一般稱為DVP（設(shè)計驗證計劃Design Validation Plan），我舉個例子大家感受下：

某ECU 設(shè)計驗證計劃DVP的一部分（來源：左成鋼）

圖中測試分為6組，每組2個樣品，測試項目共計44個。而這僅僅是機械、溫度類測試計劃，還不包含電性能及EMC類，大家應(yīng)該能感受到這個測試的復(fù)雜度和難度了吧。

按照小編的經(jīng)驗，零部件DV測試一般耗時半年以上，即使最順利的情況下也要3個月以上，如果有問題還要反復(fù)整改調(diào)試，甚至更改設(shè)計，那時間就沒譜了（改硬件1個月以上，模具可能要2個月以上）。比如EMC測試，有些項目可能要花上一兩天時間，如果出現(xiàn)了問題也許一星期也搞不定，試驗室按小時計費，通常1小時1000元左右。此外，復(fù)雜產(chǎn)品自動化DV測試臺架價格極高，可能往往要幾十到幾百萬臺，而且往往一下子要做兩臺才能縮短測試周期，使很多測試能夠并行進行，但費用昂貴。

一汽、大眾、福特、GM、Volvo EMC標(biāo)準(zhǔn)舉例（來源：左成鋼）

我們再來聊下各個OEM的企標(biāo)。前面講過，各大OEM都是要求Tier 1采用自家標(biāo)準(zhǔn)及等級進行產(chǎn)品測試的，而非直接按照ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)來，所以一般Tier 1是沒有自己家獨有的測試標(biāo)準(zhǔn)的。

從整體上看，各標(biāo)準(zhǔn)對測試項目的名稱，分類，分組，測試順序和要求等級的規(guī)定還相差不小，有些測試項目甚至為ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)中所沒有，如福特標(biāo)準(zhǔn)、大眾相當(dāng)一部分標(biāo)準(zhǔn)超過ISO/IEC，一些三方試驗室如無專用設(shè)備部分試驗項目無法測量。各家標(biāo)準(zhǔn)比較這件事就復(fù)雜多了，寫到這估計你都看不過去了，這里就省略不說了。

1.福特認可大眾的測試標(biāo)準(zhǔn)嗎？

有一個問題不知各位小伙伴有沒有想過，AEC標(biāo)準(zhǔn)最初的目的就是器件資格通用化，大大減少了OEM器件的選擇、使用和更改費用，AEC標(biāo)準(zhǔn)從此真正在業(yè)界通用電子器件資格。那么，電子零部件怎么辦？假如一款ECU達到大眾測試標(biāo)準(zhǔn)福特能否承認？就作者的體會來說基本上是不行的。

這其中涉及兩個問題，一是ECU本身的非通用化設(shè)計，每家Tier 1的ECU都是給OEM定制的，這就決定了其很難通用，那么有通用的案例嗎？有，小編見過某Tier 1給某OEM定制開發(fā)的一個ECU，后來就用到了另一個OEM的項目上。這就要說第二個問題了，就是各OEM之間的零部件資格通用化問題，上面講過，因為各OEM企標(biāo)不同，零部件資格通用化問題基本上是無解的，大眾不可能認可福特，通用也不認可現(xiàn)代，只有一種情況可能可以，就是小OEM認可大OEM的標(biāo)準(zhǔn)，或者Tier 1擁有話語權(quán)且通用性很高的ECU，比如網(wǎng)關(guān)、安全氣囊控制器等，Tier 1就可以一魚多吃。

至于為什么OEM之間電子零部件不能通用化，這個其實也很好理解。我們拿整車電源環(huán)境來舉例，比如不同OEM的車，其整車電壓環(huán)境可能就存在差異，福特針對地漂（Ground offset）測試就和ISO16750-2標(biāo)準(zhǔn)要求差異較大，福特要求在GND上加脈沖，而ISO16750-2只要求加固定幅度的電壓偏移即可。

福特地漂測試要求（來源：福特電氣測試標(biāo)準(zhǔn)）

印度由于電網(wǎng)電壓不穩(wěn)等原因，到目前居民家里仍需安裝穩(wěn)壓器，以確保家電安全使用，不然空調(diào)和電視都有被燒毀的危險。換成汽車道理亦是如此，有些汽車電源環(huán)境較好，OEM測試要求不一定有對應(yīng)電壓脈沖測試項目，與之對應(yīng)，Tier 1在ECU端的“穩(wěn)壓器”上并不加裝，也就是業(yè)內(nèi)講的TVS（瞬變電壓抑制二極管Transient Voltage Suppressors）器件，以降低成本。但是若將該ECU直接安裝在其他OEM的模型中，對方汽車電源環(huán)境又不是很好時，ECU可能會受損。

那么小伙伴們是否發(fā)現(xiàn)電子元器件更容易實現(xiàn)資格通用化呢，而且零部件涉及具體應(yīng)用與費用，對于不同應(yīng)用會有不一樣的設(shè)計方案與測試標(biāo)準(zhǔn)呢，因此，電子零部件在不同OEM間實現(xiàn)資格通用化是非常困難。當(dāng)然并非絕對不可能，通用化產(chǎn)品是沒有問題的，但是通用化產(chǎn)品需要在產(chǎn)品設(shè)計上存在一些設(shè)計冗余和性能增強，這些都會牽涉到成本問題，大家省略不提，反正魚和熊掌是不能兼得的。

2.拋開等級談測試就是耍流氓

我們再談一下具體測試項目中相應(yīng)測試等級的問題，這個沒做過產(chǎn)品測試的小伙伴們可能不了解，吃瓜群眾就更不清楚了。其實每項測試里面都是有相應(yīng)的測試等級及產(chǎn)品功能狀態(tài)等級要求的，我們就拿常用的ISO16750來講，對于12V系統(tǒng)，供電電壓就分了四個等級，從A到D。產(chǎn)品的功能狀態(tài)又分了5級，從A到E。

ISO16750測試要求（來源：ISO16750-1,2）

我大概解釋一下：

A級：試驗過程中及做完都正常，等級最高；

B級：試驗過程中有偏差；

C級：試驗過程中不滿足要求，結(jié)束后自動回復(fù)正常；

D級：試驗過程中不滿足要求，結(jié)束后需重啟；

E級：試驗過程中不滿足要求，結(jié)束后損壞；

小伙伴看到了什么感覺呢？難道撇開等級來談?wù)搶嶒灳偷扔谒Ａ髅?？正如我們常說的水喝多了也能毒死人，撇開用量不說毒性是耍流氓。我們再回到一開始那個激光雷達廠商所說的其產(chǎn)品已經(jīng)過加速度為28m/s2振動測試那么我們就按照一個OEM測試標(biāo)準(zhǔn)來看看這個測試參數(shù)到底屬于什么級別。

國內(nèi)某OEM的振動測試標(biāo)準(zhǔn)-部分（來源：左成鋼）

這家OEM標(biāo)準(zhǔn)中的振動測試從輕度、中度、劇烈到極度劇烈，共分了9個等級，極度劇烈的最高加速度為294 m/s2，還有9個測試維度，包含安裝方式、頻率、加速度、掃頻類型等，而A廠家僅提到了一個28m/s2的加速度，是高還是低，測完以后樣品啥狀態(tài)？一句話都沒提，這就等于啥也沒說啊。

AEC-Q102標(biāo)準(zhǔn)在激光雷達的應(yīng)用進度

以上我們就來說說對于激光雷達器件級車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和零部件級行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)吧，下面就讓我們來看看AEC標(biāo)準(zhǔn)是如何運用到激光雷達中的以及車規(guī)級激光雷達上車速度。

如前所述，AEC-Q102于2020年4月6日正式推出，此前并未對Laser器件制定AEC標(biāo)準(zhǔn)。那么，問題就來了，此前公布的聲稱已經(jīng)實現(xiàn)“車規(guī)級”或“車規(guī)級”激光雷達？我們對此進行了分析。

歐司朗作為全球光電器件的巨頭，在2019年9月宣布了其符合AEC-Q102的四通道激光器。注意，這是宣布，離實際量產(chǎn)能用，還有很長的時間。這一點沒做過工程設(shè)計的小伙伴們可能不太有感覺，就比如新聞上發(fā)布了某項新技術(shù)，大家就認為馬上就能用上了，其實上還差得遠呢。這中間大概的關(guān)系是這樣的：實驗室—Tier2企業(yè)à—Tier1企業(yè)—OEM—用戶，大家可以看到，從實驗室到用戶，中間還隔著很多道，其中可能還有Tier n企業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈很長且很復(fù)雜。

司朗宣布世界上首款符合AEC-Q102的四通道激光器（來源：osram.com）

根據(jù)上圖及器件datasheet可以提取到幾個關(guān)鍵信息：

(1)此激光器可以用于激光雷達；

(2)器件通過了AEC-Q102認證；

(3)SPL S1L90A_3器件手冊初版發(fā)布時間是2022年2月。

做過汽車電子產(chǎn)品的朋友應(yīng)該都知道以上資料的含義了吧，筆者在此不妨科普下，帶領(lǐng)您學(xué)習(xí)汽車電子產(chǎn)品的設(shè)計流程。

做過汽車電子產(chǎn)品的朋友應(yīng)該都知道以上資料的含義了吧，筆者在此不妨科普下，帶領(lǐng)您學(xué)習(xí)汽車電子產(chǎn)品的設(shè)計流程。另一種是為減少BOM的費用，畢竟新鮮的產(chǎn)品剛剛量產(chǎn)就已經(jīng)很昂貴了，由于沒有上量，所以費用還是不能減少。

接下來我就從一顆芯片開始，講一下一個新技術(shù)從發(fā)布到量產(chǎn)的流程。

芯片供應(yīng)商Tier 2制定芯片規(guī)劃（Roadmap），各Tier 1及OEM調(diào)研；

芯片供應(yīng)商確定芯片開發(fā)時間；

Tier 2提供免費工程樣片，Tier 1預(yù)演（advance）項目設(shè)計導(dǎo)入；

Tier 2提供量產(chǎn)芯片，Tier 1采用量產(chǎn)芯片進行DV（Design Validation設(shè)計驗證）；

采用新器件的Tier 1的項目SOP，產(chǎn)品量產(chǎn)；

OEM采用此Tier 1產(chǎn)品的車型量產(chǎn)。

新器件導(dǎo)入項目流程（來源：左成鋼）

從以上新器件導(dǎo)入流程中可以看出，一個新器件批量生產(chǎn)需要1年多的時間，而Tier 1的設(shè)計也要1年，這幾乎需要2年或者3年的時間，這個速度已經(jīng)算比較快了，大家都知道普通汽車電子零部件中，一個工程從立項到SOP大約需要3年。若以芯片供應(yīng)商的推廣為起點，其間少說也要3年。從歐司朗的那顆激光器量產(chǎn)時間我們也能看出來，器件從發(fā)布到量產(chǎn)，期間經(jīng)過了2年零5個月的時間，并且器件發(fā)布時間還稍早于AEC-Q102標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時間。

那么能不能再快一點呢？可以！

芯片在工程樣片階段就導(dǎo)入量產(chǎn)項目，如圖中紅色虛線箭頭所示，跳過驗證階段。待芯片一量產(chǎn)，馬上進入DV，少則三個月，多則半年就可以達到臨近SOP狀態(tài)（指產(chǎn)品硬件凍結(jié)，軟件大概率還在更新）。

那么，這可以做到什么程度的快捷？這要看芯片供應(yīng)商以及項目本身，如果進展順利，可能1年SOP，但是真的沒有多少人看到這樣玩過，特別是安全功能零部件方面，OEM都敢做，Tier 1大概都不敢做，因為出現(xiàn)問題都會承擔(dān)責(zé)任。

我們來總結(jié)一下：

1.AEC-Q102正式發(fā)布時間是2020年4月6日；

2.全球第一款滿足AEC-Q102的激光器件量產(chǎn)時間在2022年2月；

3.激光器件上車大概需要1～2年的時間；

總結(jié)

最后我們做個總結(jié)：

1. 汽車電子零部件目前沒有統(tǒng)一的行業(yè)資格認可。

2.在小編看來，車規(guī)級激光雷達需同時達到的4項標(biāo)準(zhǔn)分別為：裝置全車規(guī)，符合行業(yè)設(shè)計開發(fā)需求，符合大型車企試驗標(biāo)準(zhǔn)，做到批量前裝；

3. 器件全車規(guī)是車型及整車長生命周期可靠性及一致性的基礎(chǔ)；

4. 對汽車電子設(shè)計提出了更高的要求，這是確保汽車全生命周期可靠運行的一個決定因素；

5. 滿足車企測試標(biāo)準(zhǔn)是達到車載應(yīng)用可靠性要求的基礎(chǔ)；

6. 實現(xiàn)批量前裝是對激光雷達可靠性及一致性的背書；

7. 車規(guī)級激光器件從發(fā)布到量產(chǎn)需要2年左右的時間；

8. 車規(guī)級激光雷達從車規(guī)級器件量產(chǎn)到激光雷達量產(chǎn)需要1～2年的時間；