汽車發動機ECU的可靠性實驗

盧好陽+丁浩

摘 要

本文根據汽車發動機ECU相關特征，結合同類可靠性實驗和某汽車發動機ECU的研發技術，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下，，開發了ECU可靠性試驗系統，并制訂出詳細的ECU可靠性聯合試驗方案。通過實驗得出該方案可行且系統平臺設計合理，ECU取樣平均壽命有所延長，可靠性水平有所提升。

【關鍵詞】汽車發動機 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，閉環控制著發動機的燃油和點火系統，使其動力性、環保性和燃油經濟性得到三重提升。

由于汽車發動機工作的特殊性，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，否則在發生故障時，一方面損壞發動機，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，就是為了后期的產品生產中為產品改進提出依據。本文主要通過某ECU開發過程設計實驗，進行汽車發動機ECU的可靠性實驗研究。

1 設計實驗系統并進行實驗

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

1.1 具體設備

1.1.1 自主研發的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情境，包括傳感器信號和執行負載，發動機和ECU的通信切換，并實時監控ECU對故障類型和時間做一監控。

1.1.2 可控制溫度的試驗箱

在該試驗箱內，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，可以通過人工控制或編程控制調節作業濕度，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，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，對汽車發動機的ECU進行綜合測試，并結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后的ECU產品進行‘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備中，對試驗品施加合理的壓力，通常采用溫度循環、不規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。大量實驗數據表明，該篩選實驗剔除的殘次品可達90%準確度。其余產品進入下一輪實驗。

1.2.2 可靠性增長實驗

在可靠性篩選實驗結束后，通過篩選的產品應投入不同的實驗環境進行測試，比如同時以電應力和溫度應力作為雙加速應力進一步檢測不合格的產品，該步實驗需使產品缺陷暴露為硬件故障，如電路設計不合格的產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，生產工藝不足則提升工藝，并使這些改進后的產品再次進行可靠性篩選和可靠性增長實驗，使汽車發動機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品是否能夠定型投產，所以它的運行條件應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，一旦到達規定的截至時間Tc，必須馬上停止實驗，且將不合格產品數予以記錄，判斷是否符合接收標準。

若該批樣品殘次品數量小于初始設定的不合格標準，可對其進行定型，并投入量產；若未通過可靠性實驗，應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，尚未達到規定截至時間但不合格樣品數已超出規定標準，也可停止實驗并拒收該批產品。

2 實驗結果分析總結

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導致貼片電容破裂而產生局部高溫；另一個則是抗高溫性不過關，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，設定結尾時間為參數t0（t0=10d），實驗結束數據如表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內部曲軸位置傳感同時改為差分信號。

（2）對點火脈沖不穩定的現象，應增加泄放二極管，分散一部分點火脈沖的能量，同時提高焊接質量等制造工藝問題。

就第一輪可靠性增長實驗所表現出來的問題進行針對性的改善后，在實驗參數不變的情況下繼續進行第二輪可靠性增長實驗，得出的實驗數據如表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部控制系統，使ECU可靠性得到提升。

無論是單純看實驗數據結果，還是同樣在置信水平為0.9的單側置信下限內進行計算，可靠性水平已從第一輪的694h上升為該輪結束的2064h，可靠性水平大大提升。證明了汽車發動機ECU實驗的有效性。

通過最后的可靠性鑒定實驗，在經過改進的ECU樣品中隨機選取10件樣品，持續進行100h的實驗，最終只有1個ECU產品失效，小于最初設定的失效數判定標準c=3，可以考慮接受該樣品設計，并將其投入生產。

3 結論

通過可靠性篩選實驗、可靠性增長實驗和可靠性鑒定實驗，對某品牌汽車發動機ECU進行檢測暴露其現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動機ECU可靠性，另一方面證明實驗方案可行且實驗系統可以滿足實際的生產需求。

參考文獻

[1]周永范.經濟有效的汽車可靠性試驗方法[J].企業科技與發展，2010（16）.

[2]丁洪春，羅馬吉，蔡茂春.經濟有效的汽車可靠性試驗方法探討[J].中國水運（下半月），2008（04）.