基于自然暴露試驗(yàn)的乘用車耐候性研究

王受和，王 俊，張曉東，趙 鉞

（中國電器科學(xué)研究院有限公司工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510663）

自2011年以來，我國汽車市場總體上呈現(xiàn)減速增長態(tài)勢，伴隨著汽車消費(fèi)的日益升級，乘用車市場呈現(xiàn)兩極分化：一方面主流合資乘用車企業(yè)憑借產(chǎn)品優(yōu)勢，繼續(xù)保持較大幅度增長，特別是利潤總額；另外一方面自主品牌乘用車企業(yè)固守低端市場，市場占有率不斷下滑，企業(yè)經(jīng)營面臨較大挑戰(zhàn)[1]。我國商務(wù)部、發(fā)改委、公安部、環(huán)境保護(hù)部于2013年聯(lián)合發(fā)布的《機(jī)動車強(qiáng)制報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》取消了對小型私家車使用年限限制，行駛60萬公里后將引導(dǎo)報(bào)廢。這意味著我國乘用車的使用年限一般都會超過10年甚至更長。在如此長的使用周期內(nèi)，乘用車耐候性必須引起我國生產(chǎn)企業(yè)的高度重視。然而，市場調(diào)研及海南濕熱自然暴露試驗(yàn)場10多年來的不同車型試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：我國自主品牌乘用車與合資品牌相比，耐候性問題十分突出。

1 我國乘用車服役環(huán)境

1.1 乘用車服役環(huán)境特點(diǎn)

乘用車作為一種被廣泛使用的交通工具，其服役的大氣候環(huán)境幾乎就是地球上陸地所存在的所有氣候環(huán)境。大氣環(huán)境作用于乘用車上，由于乘用車所處狀態(tài)動態(tài)或靜態(tài)、車身零部件材質(zhì)、車身結(jié)構(gòu)、零部件位置不同等等原因，又形成了千差萬別的乘用車微環(huán)境。其中，乘用車所處狀態(tài)對車身微環(huán)境的影響最為顯著。統(tǒng)計(jì)表明：乘用車服役壽命過程中，大部分時(shí)間是處于靜態(tài)的，動、靜時(shí)間比為1：20～1：15。當(dāng)乘用車行駛時(shí)，由于與空氣的相對流動及車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)等，車身各零部件（除乘用車外部發(fā)動機(jī)蓋及輪胎等少數(shù)零部件）所處環(huán)境相對比較溫和，而當(dāng)乘用車處于靜態(tài)環(huán)境時(shí)，車身微環(huán)境則有可能嚴(yán)酷得多。靜置于美國亞利桑那干熱暴露試驗(yàn)站的試驗(yàn)車上儀表板測到的最高溫度達(dá)到122℃，靜置于海南瓊海濕熱自然環(huán)境暴露試驗(yàn)站的試驗(yàn)車上儀表板測到的最高溫度也達(dá)到了113℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于乘用車行駛時(shí)相應(yīng)部位的溫度。

因此，乘用車服役環(huán)境包括大氣環(huán)境和微環(huán)境兩方面，微環(huán)境是影響乘用車耐候性的主要因素。開發(fā)耐候性控制技術(shù)時(shí)必須對乘用車的服役環(huán)境，特別是微環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)分析。

1.2 我國乘用車服役環(huán)境分析

我國幅員遼闊，南北跨度較大，氣候復(fù)雜多變，包含7種氣候類型、5大水系、40多種土壤、沙漠占國土面積18%，小于150目的沙粒占90%以上、33%的陸地面積位于海拔2000米以上，而IEC標(biāo)準(zhǔn)僅有2000米以下、部分地區(qū)存在嚴(yán)重的工業(yè)污染和酸雨等。研究表明：我國氣候環(huán)境具有獨(dú)特性，即使引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)也不能完全解決汽車產(chǎn)品的耐候性問題，必須掌握我國乘用車服役環(huán)境數(shù)據(jù)，并進(jìn)行針對性研究和設(shè)計(jì)。

對乘用車在我國海南瓊海典型濕熱大氣環(huán)境下的輻照、溫度、濕度等環(huán)境條件數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果如下：

1.2.1 車內(nèi)外輻照

圖1是海南瓊海暴露試驗(yàn)場戶外和車內(nèi)典型的太陽輻射光譜圖。數(shù)據(jù)顯示，由于乘用車玻璃的阻隔吸收作用，車內(nèi)幾乎沒有400nm以下的紫外光，并且輻照照度也大大減弱。

圖2顯示了車外及儀表板處不同太陽輻射強(qiáng)度的累積時(shí)間。數(shù)據(jù)表明，一年之中海南瓊海太陽輻射強(qiáng)度超過800w/m2的累積時(shí)間有150小時(shí)，少數(shù)時(shí)候會超過1000 w/m2。而車內(nèi)儀表板處超過500 w/m2的累積時(shí)間約有185小時(shí)，超過600 w/m2的累積時(shí)間約有5.5小時(shí)。

1.2.2 車內(nèi)外溫度

圖3反映海南大氣溫度-累積時(shí)間情況和在海南開展自然暴露試驗(yàn)的乘用車廂內(nèi)內(nèi)空氣溫度-累積時(shí)間情況。由圖可知，海南空氣溫度一年之中在光照時(shí)有238小時(shí)超過35℃，而超過40℃時(shí)間較短。車廂內(nèi)空氣溫度一年之中在光照時(shí)有608小時(shí)超過60℃。實(shí)測全年最高氣溫為83.6℃, 最低氣溫為11.6℃，平均氣溫33.7℃。

圖1 車內(nèi)外太陽輻射光譜圖

圖2 車外和儀表板不同太陽輻射強(qiáng)度的累積時(shí)間

圖3 海南大氣和車內(nèi)空氣不同溫度范圍的積累時(shí)間

1.2.3 車內(nèi)外相對濕度

圖4反映的是海南大氣相對濕度-累積時(shí)間情況和和在海南開展自然暴露試驗(yàn)的乘用車廂內(nèi)空氣相對濕度-累積時(shí)間情況。由圖可知海南空氣相對濕度一年之中大部分時(shí)間超過50%，過半時(shí)間超過80%，也就是說半年以上的試驗(yàn)樣品有可能處于潤濕狀態(tài)，而車內(nèi)空氣相對濕度一年之中大部分時(shí)間超過30%，幾乎沒有超過80%的時(shí)間。實(shí)測車內(nèi)最高相對濕度為81.5%，最低相對濕度為27.9%，平均相對濕度為53.14%。

1.2.4 車內(nèi)外飾件表面溫度

圖5反映了海南暴露試驗(yàn)場車外、車內(nèi)主要零部件表面最高溫度情況。由圖可知車頂中部溫度在所有車外部位中是最高的，其最高值超過了90℃，而其它部件所測得的溫度一般不大于70℃，車內(nèi)儀表板上表面溫度在所有部位中是最高的，其最高值超過了106.3℃，而其它部件所測得的溫度一般不大于90℃。

上述分析表明：汽車內(nèi)外的微環(huán)境狀態(tài)是明顯不同的，因此在開發(fā)我國乘用車耐候性技術(shù)時(shí)應(yīng)予以區(qū)分。

2 我國乘用車耐候性研究

2.1 我國乘用車耐候性現(xiàn)狀

乘用車耐候性是指乘用車耐受氣候環(huán)境破壞作用的能力。

作為全球戶外廣泛使用的交通工具，乘用車在太陽輻射、溫度和水等氣候環(huán)境因素的長期綜合作用下，必然會出現(xiàn)程度不一的耐候性失效，比如外觀變化、性能失效，甚至產(chǎn)生安全隱患等，因此乘用車耐候性是其中長期質(zhì)量評價(jià)中的重要組成部分。

圖4 海南大氣和車內(nèi)空氣不同濕度范圍的積累時(shí)間

圖5 車外和車內(nèi)主要零部件表面最高溫度

耐候性不足對乘用車生產(chǎn)企業(yè)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①引起消費(fèi)者的質(zhì)量投訴；②影響消費(fèi)者人身財(cái)產(chǎn)安全；③降低消費(fèi)者對汽車質(zhì)量的評價(jià)；④降低消費(fèi)者對汽車品牌的認(rèn)可；⑤影響再次流通的價(jià)值。

我國乘用車耐候性不足主要表現(xiàn)為：

1）失效程度嚴(yán)重。

出現(xiàn)嚴(yán)重失效的車輛比例超過60%，其中部分存在安全性失效。

2）明顯失效出現(xiàn)周期短。

海南自然暴露2～3個(gè)月后就出現(xiàn)明顯的耐候性失效。

3）失效數(shù)量多。

海南自然暴露1年后失效總數(shù)一般超過80個(gè)。

表1 我國自主品牌與國外合資品牌乘用車耐候性能對比

我國乘用車耐侯性與國外乘用車耐候性的對比見表1。

2.2 我國乘用車耐候性失效

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國乘用車的耐候性失效形式大致可分為以下四類：

1）可產(chǎn)生安全隱患的失效

該類失效是指在整車自然暴曬過程中，關(guān)鍵或重要零部件出現(xiàn)失效，即存在對使用者生命、財(cái)產(chǎn)安全形成隱患的缺陷。該缺陷可能是外觀方面的，如車燈罩出現(xiàn)裂紋（如圖6）；也可能是功能方面的如喇叭、外車燈不能正常工作等，或者是多方面的組合如儀表板變形致使安全氣囊不能彈出等。

圖6 可產(chǎn)生安全隱患的失效示例—汽車前燈罩微裂紋失效

圖7 可導(dǎo)致外觀改變的失效示例—變色、變形、涂層脫落等

圖8 不同失效形式的統(tǒng)計(jì)比例

2）可導(dǎo)致功能喪失的失效

該類失效一般是指乘用車非關(guān)鍵或重要的電子電器部件，如空調(diào)、玻璃升降器、音響、導(dǎo)航儀、充電電池等由于受到環(huán)境因素的長期作用而無法正常使用的功能缺陷。

3）可導(dǎo)致外觀改變的失效

外觀缺陷是乘用車耐候性失效的主要形式，主要表現(xiàn)為零部件表面開裂、變色、發(fā)黏、污痕、粉化、長霉、起泡等（如圖7），該類缺陷會影響使用者的觀感。

4）VOC及霧翳排放

該類缺陷是指乘用車在自然暴露過程中有揮發(fā)性有機(jī)物持續(xù)散出，并且部分會冷凝沉積在車內(nèi)零部件表面的耐候性失效。VOC及霧翳排放與車內(nèi)長期空氣質(zhì)量密切相關(guān)，影響消費(fèi)者的身體健康。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，不同失效形式的出現(xiàn)頻次如圖8所示。

2.3 我國乘用車耐候性技術(shù)差距

我國乘用車發(fā)展歷史相對較短，耐候性技術(shù)以引進(jìn)為主，在技術(shù)體系建立、基礎(chǔ)條件建設(shè)、試驗(yàn)技術(shù)開發(fā)、車企技術(shù)應(yīng)用等方面同國外相比整體差距明顯（見表2），有必要根據(jù)我國實(shí)際情況進(jìn)行消化吸收再創(chuàng)新。

表2 我國乘用車耐候性技術(shù)差距

3 發(fā)展建議

相比于乘用車制造強(qiáng)國，我國的乘用車耐候性控制技術(shù)總體水平較低。要充分利用后發(fā)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)我國由乘用車制造大國向乘用車制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變， 必須加強(qiáng)政府、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的合力優(yōu)勢，共同促進(jìn)我國乘用車耐候性技術(shù)提高。

3.1 政策支持開發(fā)我國乘用車耐候性技術(shù)

我國的氣候環(huán)境具有其獨(dú)特性，決定了我國乘用車不能完全照搬國外的乘用車耐候性控制標(biāo)準(zhǔn)。自主品牌乘用車品牌溢價(jià)力尚很薄弱，要想獲得良好的產(chǎn)品耐候性，不能像一些高端品牌那樣直接采用更多更貴的優(yōu)質(zhì)材料即可，而只能通過付出更多的努力，尋找最合適的解決方案。

耐候性研究周期長、投入大，對于一些具有行業(yè)共性的數(shù)據(jù)積累、試驗(yàn)方法制定和環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備開發(fā)等基礎(chǔ)工作，可集中力量重點(diǎn)支持第三方研究機(jī)構(gòu)開展，而企業(yè)主導(dǎo)滿足自己產(chǎn)品定位的技術(shù)要求制定工作。

3.2 建設(shè)我國乘用車耐候性試驗(yàn)基準(zhǔn)點(diǎn)

一直以來，美國佛羅里達(dá)州邁阿密地區(qū)和亞利桑那州鳳凰城地區(qū)是國際公認(rèn)的乘用車自然暴露試驗(yàn)基準(zhǔn)點(diǎn)。我國當(dāng)前的乘用車產(chǎn)銷量已躍居世界第一，是名符其實(shí)的乘用車制造和消費(fèi)大國，因此有必要建立我們自己的乘用車自然暴露試驗(yàn)基準(zhǔn)點(diǎn)，不但可以為國內(nèi)乘用車企業(yè)節(jié)省研發(fā)的費(fèi)用和時(shí)間，還可以為制訂適合我國環(huán)境狀況的乘用車耐候性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)提供基礎(chǔ)服務(wù)。

我國海南瓊海地區(qū)和新疆吐魯番地區(qū)是較為理想的乘用車濕熱自然暴露試驗(yàn)基準(zhǔn)點(diǎn)和干熱自然暴露試驗(yàn)基準(zhǔn)點(diǎn)建設(shè)區(qū)域，一是因?yàn)闅夂驐l件比較典型，二是有一定的自然暴露試驗(yàn)場建設(shè)基礎(chǔ)。

圍繞我國乘用車耐候性基準(zhǔn)點(diǎn)建設(shè)，除了開發(fā)模擬其環(huán)境的人工加速試驗(yàn)方法[2]，還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)與國外基準(zhǔn)點(diǎn)的試驗(yàn)比對研究工作。

3.3 加強(qiáng)我國乘用車企業(yè)耐候性控制意識

隨著中國乘用車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和乘用車市場的日趨成熟，消費(fèi)者對乘用車品質(zhì)的要求也越來越高，全面提升產(chǎn)品品質(zhì)日益成為乘用車企業(yè)提升核心競爭力、贏得消費(fèi)者的關(guān)鍵。許多原本不太受關(guān)注的長期性能也和乘用車初始的基本性能一樣，變得不容忽視。耐候性就是其中之一。

我國品牌乘用車由低端向高端邁進(jìn)的過程中，乘用車企業(yè)自身應(yīng)首先加強(qiáng)耐候性控制意識，在提高產(chǎn)品配置的同時(shí)，保證產(chǎn)品具有預(yù)期的使用壽命，才能使品牌具有較強(qiáng)的溢價(jià)能力，確保企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

[1]王軍雷,康凱.我國自主品牌乘用車競爭力現(xiàn)狀分析和展望[J].汽車工業(yè)研究, 2012 (8): 1-2.

[2]王春川.人工加速光老化試驗(yàn)方法綜述[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn), 2009 (2): 1-5.