Brevet FR2957701A1 — publié le 20110923

PROCEDE D'EVALUATION DE LA FIABILITE D'UN EQUIPEMENT ELECTRONIQUE [0001 La présente invention concerne un procédé d'estimation de la fiabilité et de la durabilité d'un équipement électronique pour véhicule soumis à des stress en tensions présentant des motifs transitoires réguliers. [0002] Dans un souci de gain en consommation de carburant et de préservation de l'environnement, les développements futurs des constructeurs automobiles porteront essentiellement sur des véhicules hybrides. Cette rupture technologique entraîne des impacts importants au niveau AEE (Architecture Electrique Electronique) notamment en termes de sollicitation de certains éléments électroniques de commutation, tels que des interrupteurs, des relais, ou des puces (« smarts »). [0003] Dans un véhicule hybride, des phases de vie du véhicule telles que le redémarrage du moteur thermique, ou la recharge de la batterie, peuvent entraîner des fluctuations de la tension d'alimentation ou des variations de tension sur les entrées/sorties de l'équipement électronique. Par rapport à un véhicule utilisant uniquement un moteur thermique, ces régimes transitoires ne sont plus négligeables. Par exemple, pour un véhicule utilisant uniquement un moteur thermique le démarrage du moteur thermique à lieu lors de la mise en fonctionnement du véhicule, alors que dans un véhicule hybride le démarrage du moteur thermique peut avoir lieu pendant le fonctionnement du véhicule. [0004] Ces nouveaux stress électriques peuvent avoir des impacts sur la durabilité et/ou la fiabilité de l'équipement électronique. Pour répondre à cette problématique complexe, il est nécessaire de mettre en oeuvre une analyse de l'équipement électronique orientée électronique et Sûreté de Fonctionnement (SdF). [0005] On connaît des méthodes d'analyse de Sûreté de Fonctionnement telle que l'Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets, et de leur Criticité (AMDEC). Par exemple la publication « Application de l'AMDEC à la détermination du taux d'exhaustivité de test des équipements électroniques » Fiabilité & maintenabilité. Colloque national N°10, Saint Malo , FRANCE (01/10/1996) 1996, pp. 695-703 de Nallino M. et al. présente une méthode de type AMDEC. Cependant le procédé décrit dans la publication ne permet pas de prendre en compte la problématique de test de la fiabilité pour des équipements électroniques qui subissent un grand nombre de stress électriques. [0006 Il existe donc un besoin pour une méthode de test de fiabilité pour des équipements électroniques qui subissent un grand nombre de stress électriques. [0007] Pour cela, l'invention propose un procédé d'estimation de la fiabilité d'un équipement électronique pour véhicule comportant des composants électroniques, caractérisé en ce que le procédé comprend : • la détermination d'une première tension correspondant à la tension nominale de fonctionnement de l'équipement et d'une deuxième tension supérieure à la première tension, la deuxième tension étant dépendante d'un régime transitoire de l'équipement ; la sélection d'une pluralité de composants de l'équipement électronique et répartition par famille de composants ; l'application de la première tension aux composants sélectionnés ; • la détermination du taux de défaillance sous l'effet de la première tension des composants sélectionnés ; • la détermination du taux de défaillance sous l'effet de la deuxième tension des composants sélectionnés ; la détermination de la variation moyenne du taux de défaillance de chaque famille de composants entre les deux tensions. [000s] Selon une variante, la deuxième tension est déterminée à partir de la forme d'onde du régime transitoire et de son occurrence pendant une durée prédéterminée. [0009] Selon une variante, la première tension est de 13,5V ou de 14V, et la 5 deuxième tension est de 18V. [0010] Selon une variante, la sélection de la pluralité de composants est réalisée en fonction de l'exposition des composants aux tensions appliquées à l'équipement électronique. [0011] Selon une variante, le taux de défaillance d'un composant est 10 déterminé à partir d'une norme. [0012] Selon une variante, comprenant en outre la détermination de la gravités engendrées par la défaillance des composants et l'ordonnancement de la gravité selon un critère d'importance pour le véhicule, la variation moyenne du taux de défaillance de chaque famille étant déterminée 15 uniquement pour les composants dont la défaillance engendre une gravité correspondant au niveau de critère d'importance le plus élevé. [0013] Selon une variante, la variation moyenne du taux de défaillance de chaque famille de composants est calculée par l'expression : (Nbre _cmpt(Taux _def _Cmptl _à_V2~ Taux _def_Cmpt, _à_V1i_ 100 [0014] Var _ moy _ Famille _ Cmpt ù 1 Nbre _ Cmpt Taux_def_Cmpt;_à_V2 étant le taux de défaillance du composant i à la deuxième tension, Taux_def_Cmpt;_à_V1 étant le taux de défaillance du composant i à la première tension, 20 Var_moy_Famille_Cmpt étant la variation moyenne du taux de défaillance pour une certaine famille de composants. [0015] Selon une variante, le procédé comprend en outre l'attribution d'un niveau de risque à chaque famille de composants en fonction de la variation moyenne du taux de défaillance de chaque famille entre les deux tensions. [0016] Selon une variante, le procédé comprend en outre, en fonction du niveau de risque attribué à chaque famille de composants, une étape de prise de décision sur une correction à effectuer sur les composants. [0017] Selon une variante, l'équipement électronique est un calculateur de véhicule hybride. [ools] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : figure 1, un graphe présentant un exemple de forme d'onde de régime transitoire ; • figure 2, un graphe présentant un exemple de régime transitoire ayant une occurrence élevée ; • figure 3, un graphe donnant la répartition du nombre d'utilisateurs en fonction du nombre de démarrage / jour de leur véhicule ; • figure 4, un exemple d'équipement électronique pour véhicule ; • figure 5, un tableau présentant les paramètres obtenus après une étape du procédé de l'invention. [0019] L'invention se rapporte à un procédé d'estimation de la fiabilité d'un équipement électronique pour véhicule comportant des composants électroniques. [0020] Le procédé comprend une étape de détermination d'une première tension V1 correspondant à la tension nominale de fonctionnement de l'équipement, et d'une deuxième tension V2 supérieure à la première tension V1, la deuxième tension V2 étant dépendante d'un régime transitoire de l'équipement. [0021] Cette étape sera mieux comprise grâce aux figures 1, 2 et 3. Les figures 1 et 2 présentent la tension en volt appliquée à l'équipement électronique en fonction du temps en secondes. [0022] La figure 3 présente un histogramme de répartition des utilisateurs de véhicule utilitaire en fonction du nombre de démarrages par jour de leur véhicule. Les valeurs en ordonnées sont exprimées en pourcentage par rapport au panel d'utilisateurs considéré. La courbe présente la loi de répartition logarithmique normale, et les droites verticales indiquent des seuils de quantité d'utilisateurs. [0023] La figure 1 montre un exemple de forme d'onde du régime transitoire. VO est la tension à t=0. Vnom est la tension continue une fois le régime transitoire passé. Si ce régime transitoire se produit rarement, son influence sur la fiabilité de l'équipement peut être négligé. [0024] Le régime transitoire peut être analysé pour déterminer s'il reste dans les évènements supportables par l'équipement électronique. Par exemple l'amplitude Vmax-Vmin du régime transitoire peut être calculée pour vérifier que sa valeur respecte la norme B21 7110 (norme pour véhicules de la demanderesse). [0025] Dans certains véhicules, un tel régime transitoire peut se produire à plusieurs reprises, comme décrit en figure 2, en entraînant une diminution de la fiabilité de l'équipement électronique. [0026] Par exemple, pour un véhicule utilisant uniquement un moteur thermique, le démarrage du moteur thermique à lieu lors de la mise en fonctionnement du véhicule. Dans un véhicule à moteur thermique, le régime transitoire dû au démarrage du moteur thermique est essentiellement présent aux bornes de l'équipement électronique lors de la mise en fonctionnement du véhicule. L'impact du régime transitoire est négligeable par rapport à la durée de vie du véhicule, qui est typiquement de 15 ans. [0027] Cependant dans un véhicule hybride le démarrage du moteur thermique peut avoir lieu pendant le fonctionnement du véhicule. [0028] La figure 3 présente le nombre de démarrages par jour en fonction des utilisateurs, pour des véhicules classiques : hors véhicule Hybride. Pour des applications hybrides, le nombre de démarrage par jour sera beaucoup plus important, puisque en fonctionnement du véhicule, il se produit des redémarrages du moteur thermique. Ceci montre que le régime transitoire ne peut plus être négligé dans l'estimation de la fiabilité de l'équipement électronique du fait de son nombre d'occurrences élevé. Pour cette raison, le procédé selon l'invention prend en compte deux tensions V1 et V2. [0029] La première tension V1 correspond à la tension nominale de fonctionnement de l'équipement. La première tension V1 peut être de 13,5V, ou de 14V. [0030] La deuxième tension V2 est fonction du régime transitoire. La deuxième tension V2 peut être fonction de la forme d'onde du régime transitoire et de son occurrence en cours de fonctionnement. Par exemple la tension V2 peut être de 18V. [0031] Le procédé comprend ensuite une étape de sélection d'une pluralité de composants de l'équipement électronique. [0032] La figure 4 présente un schéma d'un exemple d'équipement électronique 3. Les composants directement en lien avec la tension d'alimentation de l'équipement électronique 3 sont appelés composants « de rang 1 ». L'entrée de ces composants subit directement les variations de tension d'alimentation. Par exemple, le composant A est un composant de rang 1. le composant B est retenu parmi les composants de rang 1 lorsque les potentiels à sa borne d'entrée et de sortie sont du même ordre de grandeur. Cela peut être le cas par exemple si le composant est un bloc de filtrage, un bloc de commutation, ou un relais. Le composant B est alors équivalent à un fil, ce qui entraîne l'appartenance des composants C, D, E, et F à l'ensemble des composants de rang 1. [0033] Les autres composants qui ne sont pas directement en lien avec l'alimentation électrique peuvent être appelés composants de « rang 2 », ce qui est par exemple le cas du composant G. Pour ces composants de rang 2, un autre composant est positionné entre la source de tension et leur entrée. Ces composants sont donc moins critiques que les composants de rang 1 pour établir la fiabilité et la durabilité de l'équipement. [0034] Le procédé comprend ensuite les étapes d'analyse de la fiabilité de l'équipement électronique pour la première tension V1, et pour la deuxième tension V2. Par exemple l'analyse de la fiabilité peut être réalisée avec les recueils de norme de fiabilité prévisionnelle UTE-80-811 (FIDES 2004) ou UTE-80-810 (RDF2000). L'analyse de fiabilité sera mieux comprise en faisant référence à la figure 5, qui présente les différents paramètres acquis lors de l'analyse de fiabilité, pour les composants d'un exemple d'équipement électronique, et ce, pour V1 et V2. La figure 5 ne montre des données renseignées que pour un composant (un condensateur) mais les données relatives à tous les composants de rang 1 de l'équipement sont à renseigner dans ce tableau. [0035] Cette analyse prend notamment en donnée d'entrée pour chaque composant le taux de charge nominal, appelé encore marge de conception réelle, présenté dans ce qui suit. [0036] Les composants électroniques qui ont fait l'objet de la sélection, et en l'occurrence les composants de rang 1, peuvent être rassemblés par famille. Pour chaque famille de composants, il existe un facteur qui est déterminant pour la fiabilité des composants de la famille. Ce facteur est appelé stress primaire. Il peut être par exemple la température, la tension, le courant, ou la puissance du composant. Les autres facteurs qui ont un impact plus faible sur la fiabilité sont appelés stress secondaires. Par exemple pour les condensateurs, le stress primaire est la tension appliquée, la température étant un stress secondaire. Ce stress primaire permet de déterminer une marge de conception qui est le rapport de la valeur du stress primaire au cours du fonctionnement du composant sur la valeur maximale du stress primaire supportée par le composant. [0037] Le tableau 1 présente les stress primaires et les marges de conception pour des exemples de famille de composants. Tableau 1 [0038] Famille de [0039] Stress [0040] Marge composants Primaire de conception électroniques [0041] Résistance [0042] Puissance Papp [0043] P max [0044] Condensateur [0045] Tension Vapp [0046] V max [0047] Bobine [0048] Courant Iapp [0049] Im ax [0050] Diode [0051] Température T./réelle [0052] Tj max [0053] Transistor [0054] Température T./réelle [0055] Tj max [0056] Circuit intégré [0057] Température T./réelle [0058] Tj max [0059] Papp, Vapp, lape sont respectivement la puissance, la tension et le courant appliqués au composant. Les valeurs Papp, Vapp, lape sont les valeurs réellement vues par le composant lorsqu'il est dans l'équipement électronique. Tjréelle est la température de jonction réelle du composant déterminée à partir d'une loi d'ohm thermique. Ces valeurs sont obtenues suite à l'application de V1 et V2 à l'équipement électronique. Pmax, Vmax, Imax et Tjmax sont respectivement la puissance maximale, la tension maximale, le courant maximal et la température maximale que peuvent supporter les composants (et qui sont fournis pas les spécifications des composants). [0060] A partir des valeurs de marge de conception exprimées en pourcentage de chaque famille (et qui correspond au taux de charge nominal sur la figure 5), une étude de fiabilité prévisionnelle permet de déterminer le taux de défaillance À de chaque composant. Le taux de défaillance À (ou « défiabilité ») peut être estimé à partir des recueils de norme de fiabilité prévisionnelle UTE-80-811 (FIDES 2004) ou UTE-80-810 (RDF2000). Le taux de défaillance À est exprimé en nombre de défaillances pour 10-9 heure (Fits) ou en 10-9 défaillance par heure de fonctionnement. [0061] Lors d'une défaillance, un composant peut être équivalent à un circuit ouvert (CO), ou à un court-circuit (CC). Une analyse des modes de défaillance pour chaque composant est réalisée afin d'en tirer la répartition des modes de défaillance. [0062] La distribution des défaillances donne la contribution a des modes de défaillance exprimée en pourcentage. La distribution des défaillances peut être déterminée à partir de la norme UTE-80-811 (FIDES 2004) ou UTE-80-810 (RDF2000). Par exemple un composant peut se placer en circuit ouvert dans 10% de cas de défaillance et se placer en court-circuit dans 90% des cas de défaillance. L'analyse des modes de défaillance prend en compte le temps d'exposition T exprimée en heures, ce qui permet de déterminer la durabilité des composants. [0063] Le temps d'exposition T est le nombre d'heures pendant lequel le composant est utilisé. Dans l'exemple présenté en figure 5 le temps d'exposition T serait le même pour tous les composants. L'équipement électronique est par exemple un calculateur électronique pour véhicule relié à la batterie du véhicule uniquement lors du fonctionnement du véhicule (c'est-à-dire que le calculateur est alimenté uniquement au réseau lorsque le véhicule est réveillé), le calculateur étant parfois déconnecté de la batterie à l'arrêt du véhicule pour éviter la décharge de la batterie. Ceci dépend des architectures de véhicule, car dans certain cas, certains calculateurs sont alimentés en permanence. [0064] Pour 90% des véhicules utilitaires, le temps d'exposition T peut être par exemple de 10000 heures sur la durée de vie du véhicule (classiquement 15 ans). [0065] Pour chaque mode de défaillance l'impact Client est estimé, l'impact Client étant la gravité engendrée par le mode de défaillance du composant. Par exemple, selon la figure 5, on se pose la question de savoir quel est l'effet sur l'équipement si un de ses condensateurs se place en circuit ouvert ou court-circuit lors de la survenance d'une défaillance. Les gravités engendrées par la défaillance des composants sont ordonnées selon un critère d'importance pour le véhicule. On peut distinguer 3 niveaux de gravité principaux : un niveau de gravité sécuritaire ERG4 (ERG étant le sigle de l'expression « Evènement Redouté-Gravité ») correspondant aux évènements les plus graves touchant à la sécurité de l'utilisateur du véhicule (par exemple non-déclenchement d'un coussin d'air) ; un niveau de gravité ERG3 correspondant aux évènements entraînant une indisponibilité en déplacement du véhicule (par exemple, impossibilité de faire démarrer le véhicule) ; et un niveau de gravité ERG1/G2 correspondant aux évènements les moins critiques tels qu'une perte de prestation (panne d'un autoradio par exemple). Sur la figure 5, le composant C43 présente un niveau de gravité ERG1/G2 en mode de défaillance de circuit ouvert et un niveau de gravité ERG4 en mode de défaillance de court-circuit. [0066] La probabilité de défaillance P_def au terme du temps d'exposition T pour chaque mode de défaillance de chaque composant est calculée à partir de l'expression suivante : P_def =axil.xT . [0067] A l'aide du tableau de figure 5 établi pour tous les composants sélectionnés (à savoir, ceux de rang 1), le procédé comprend ensuite une analyse des paramètres calculés à l'étape précédente. [0068] Pour la première tension V1, et la deuxième tension V2, les probabilités de défaillance P_def au terme du temps d'exposition T de tous les composants de rang 1 sont additionnées pour obtenir une probabilité de défaillance globale. En d'autres termes, une fois le tableau de la figure 5 rempli pour V1 et V2 et pour tous les composants de rang 1 de l'équipement, les probabilités indiquées dans la colonne de droite sont additionnées pour chaque tension. [0069] A la première tension V1, si la somme des probabilités de défaillance au terme du temps d'exposition T des composants de rang 1 est inférieure à des valeurs de spécifications prédéterminées cela signifie que les composants sont convenablement dimensionnés. [0070] De même, à la deuxième tension V2, si la somme des probabilités de défaillance au terme du temps d'exposition T des composants de rang 1 est inférieure à des valeurs de spécifications prédéterminées, cela signifie que les composants sont convenablement dimensionnés. [0071] Si la somme des probabilités de tous les composants de rang 1 pour V1 et V2 est supérieure aux valeurs de spécification des composants de l'équipement, on peut affiner l'analyse de la détermination des composants défaillants. Pour cela, pour chaque tension V1 et V2, on peut additionner la somme des probabilités de défaillance uniquement pour les composants de rang 1 présentant un niveau de gravité sécuritaire ERG4, c'est-à-dire, uniquement les composants participant à l'évènement redouté le plus sévère. Sur la figure 5, cela correspond à additionner, pour chaque tension V1 et V2, la probabilité dans la colonne de droite uniquement pour les composants présentant un impact client ERG4. [0072] Si la somme des probabilités de défaillance de ces composants est supérieure à des spécifications prédéterminées, on affine encore l'analyse de la détermination des composants défaillants. Pour cela, la variation moyenne du taux de défaillance Var _moy _ Famille _ Cmpt de chaque famille de composants entre les deux tensions V1 et V2 est ensuite déterminée. Dans la variation moyenne du taux de défaillance Var _ moy _ Famille _ Cmpt , on ne prend en compte que les composants i dont la défaillance engendre une gravité correspondant au niveau de critère d'importance le plus élevé. On ne considère que les composants i ayant un mode de défaillance de niveau ERG4, c'est-à-dire ceux des composants i au sein d'une famille ayant une gravité touchant à la sécurité de l'utilisateur du véhicule. [0073] La variation moyenne du taux de défaillance Var _ moy _ Famille _ Cmpt peut être calculée par l'expression : ( Nbr CmPt (Taux _ clef _ Cmpti _ à _V 2 ~ Taux _ def _ Cmpti _ à _V 1 _1 *100 Nbre _ Cmpt où Taux_def_Cmpt;_à_V2 est le taux de défaillance du composant i à la 15 deuxième tension V2, Taux_def_Cmpt;_à_V1 est le taux de défaillance du composant i à la première tension V1. [0074] En fonction des valeurs de variation moyenne du taux de défaillance obtenues, les familles de composants de rang 1 peuvent être classées en niveau de risque. Le tableau 2 présente un exemple de classement de 20 niveau de risque. [0075] Tableau 2 Var_moy_Famille _Cmpt = [0076] Niveau de risque [0077] Familles de composants EE [0078] Risque Majeur [0079] condensateur chimique, condensateur céramique [0080] Risque Moyen [0081] diode, transistor, Circuit intégrés (régulateur...) [0082] Risque Mineure [0083] Résistance, bobine [0084] La comparaison de la variation moyenne du taux de défaillance entre toutes les familles permet de déterminer la famille de composants présentant la plus forte variation de taux de défaillance entre les deux tensions V1 et V2. Cela permet d'affiner l'analyse de la fiabilité et de la durabilité de l'équipement électronique en focalisant l'attention sur les familles de composants les plus sensibles à un stress en tension tout en tenant compte de l'impact du régime transitoire sur les composants de l'équipement au cours du temps. [0085] Le procédé selon l'invention peut comprendre ensuite une étape de prise de décision sur une correction à effectuer sur les familles de composants, en fonction du niveau de risque attribué à chaque famille de composants. La correction peut notamment comprendre une optimisation de la marge de conception. [0086] Le procédé peut être particulièrement utilisé dans un calculateur électronique de véhicule hybride. REVENDICATIONS1. Un procédé d'estimation de la fiabilité d'un équipement électronique pour véhicule comportant des composants électroniques, caractérisé en ce que le 5 procédé comprend : - la détermination d'une première tension (V1) correspondant à la tension nominale de fonctionnement de l'équipement et d'une deuxième tension supérieure à la première tension (V1), la deuxième tension (V2) étant dépendante d'un régime transitoire de l'équipement ; 10 - la sélection d'une pluralité de composants de l'équipement électronique et la répartition par famille de composants ; - l'application de la première tension (V1) aux composants sélectionnés ; - la détermination du taux de défaillance sous l'effet de la première tension (V1) des composants sélectionnés ; 15 - la détermination du taux de défaillance sous l'effet de la deuxième tension (V2) des composants sélectionnés ; - la détermination de la variation moyenne du taux de défaillance de chaque famille de composants entre les deux tensions (V1, V2). 2. Le procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la deuxième 20 tension (V2) est déterminée à partir de la forme d'onde du régime transitoire et de son occurrence pendant une durée prédéterminée. 3. Le procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la première tension (V1) est de 13,5V ou de 14V, et la deuxième tension (V2) est de 18V. 25 4. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la sélection de la pluralité de composants est réalisée en fonction de l'exposition des composants aux tensions appliquées à l'équipement électronique. 5. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le 30 taux de défaillance d'un composant est déterminé à partir d'une norme. 6. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la détermination de la gravités engendrées par ladéfaillance des composants et l'ordonnancement de la gravité selon un critère d'importance pour le véhicule, la variation moyenne du taux de défaillance de chaque famille étant déterminée uniquement pour les composants dont la défaillance engendre une gravité correspondant au niveau de critère d'importance le plus élevé. 7. Le procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la variation moyenne du taux de défaillance de chaque famille de composants est calculée par l'expression : (Nbre mPt(Taux_def _Cmpti _à_V2~ Taux _ def _ Cmpti _ à _V 1 1 *100 Nbre _ Cmpt Taux_def_Cmpt;_à_V2 étant le taux de défaillance du composant i à la deuxième tension (V2), Taux_def_Cmpt;_à_V1 étant le taux de défaillance du composant i à la première tension (V1), Var_moy_Famille_Cmpt étant la variation moyenne du taux de défaillance pour une certaine famille de composants. 8. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre l'attribution d'un niveau de risque à chaque famille de composants en fonction de la variation moyenne du taux de défaillance de chaque famille entre les deux tensions (V1, V2). 9. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre, en fonction du niveau de risque attribué à chaque famille de composants, une étape de prise de décision sur une correction à effectuer sur les composants. 10. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'équipement électronique est un calculateur de véhicule hybride. Var_moy_Famille_Cmpt =