｜電動車輛動力系統設計可靠度技術

摘要：車用電機電子產品或其零組件的安裝與車輛安全息息相關，所以有IEC 61508與ISO 26262等功能安全性（functional safety）國際標準的形成，而系統產品的安全性又與可靠度息息相關，值得我們重視。本文首先簡要介紹ISO 26262，並特別說明項目定義、安全生命週期展開、危害分析與風險評估、功能安全性分析等ISO 26262概念設計階段所需推動的工作或實施的事項。而因該些工作事項與失效率分析與風險評估有關，是以本文後半段以電動車輛動力系統中之馬達與馬達驅控器為探討案例，進一步介紹如何藉由可靠度分析技術評估車輛動力系統、子系統或零組件之壽命分佈、可靠度函數與失效率，該些評估結果可直接用於前述危害分析與風險評估、功能安全性分析等ISO 26262概念設計階段所需實施的工作。希望本文的介紹有利國內廠商開發符合ISO 26262或其他安全規範或可靠度標準的車用電機電子產品。

Abstract: The reliability of electric or electronic devices used in the automotive industry is very important since these devices are closely related to the safety of a vehicle. It is also the reason that standards or regulatory codes such as IEC 61508 and ISO 26262 were proposed; the latter will soon be adopted and enforced by EU countries and others. The present article introduces briefly the contents of ISO 26262. Of the contents, more emphasis is put on the definition of an item, deployment of safety life cycle, hazard analysis and risk assessment, and functional safety analysis. Most of these topics are, in fact, within the domain of reliability analysis and risk assessment. Therefore, in the second part of the article, various reliability techniques are employed to analyze a motor system and a motor control unit, respectively, to find the life distribution, reliability function and failure rate of the system, subsystems and/or components. The result can be incorporated into the implementation work of ISO 26262. It is hoped that this article, which contains a few preliminary study results, would help domestic manufacturers of electric or electronic products meet the standards of ISO 26262. 

關鍵詞：動力系統、安全性、可靠度、風險評估、國際標準

Keywords：Power System, Safety, Reliability, Risk Assessment, ISO 26262

前言
安全是車輛產業之關鍵要素，而隨著科技的進步，電子系統被大量且廣泛的運用在汽車上，為了對應這種情況，國際標準化組織（International Organization for Standardization, ISO）從2005年開始制定相關標準[1]，並在2011年11月發表ISO 26262正式版本。ISO 26262標準是由電機/電子/可程式電子控制器之功能安全標準（IEC 61508）衍生而來，適用範圍為3.5噸以下車輛之電子/電機系統，旨在提高汽車電子/電機控制器產品之功能安全。ISO 26262是繼1999年ISO/TS 16949的品質管理規範與2006年的RoHS （無鉛化）環保議題之後，被提出的車輛電機/電子功能安全標準。該標準受到各大汽車製造廠與汽車零件廠商的高度重視，而歐盟也預計在2014~2017年內，規範所有欲進入歐洲的汽車廠商與零組件廠商皆須通過該標準，各供應鏈公司未來勢必也將被逐步要求依循該標準規範。ISO 26262共分十個部分，其內容包含人員管理、開發、生產、服務維修到報廢回收，每項都有其需要達成的目標。ISO 26262與IEC 61508最大差別在於它提出A、B、C、D四個車輛安全完整性等級（Automotive Safety Integrity Level, ASIL），再加上品質管理（Quality management, QM）規範安全功能系統的失效率及其要求。

針對如何做到符合ISO 26262各部分規範與要求的問題，可靠度工程（Reliability Engineering）就顯得十分重要，應用可靠度工程書中所介紹的分析方法，包括失效模式效應分析（Failure Mode and Effects Analysis, FMEA）、故障樹分析（Fault Tree Analysis, FTA）、馬可夫分析（Markov analysis）、隨機程序（stochastic process）等皆可協助我們執行符合ISO 26262所規範的各項工作。