汽車電氣和電子部件的環(huán)境試驗(yàn)總體要求與可靠性研究

許毅，馬壯，王家星

（1.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 電子電器與家用電器質(zhì)量檢驗(yàn)所，上海 201114；2.上海恒測檢測技術(shù)有限公司，上海 201114）

引言

未來汽車零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是“智能化、集成化、輕量化”，汽車電子部件按其用途可簡單劃分為電子控制裝置和車載電子裝置兩大類，隨著現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展，這兩大類別正在發(fā)生融合與互通。構(gòu)成整車車輛的各種電子零部件產(chǎn)品的可靠性起著至關(guān)重要的作用，其中，汽車電子控制裝置尤為關(guān)鍵，直接決定著車輛的基本功能實(shí)現(xiàn)、操作與指示等，例如較為直觀的，汽車的儀表控制系統(tǒng)、安全氣囊的觸發(fā)器、汽車啟動(dòng)的鑰匙、汽車的各種傳感器等。不言而喻，汽車零部件的性能不僅決定著整車的智能化指標(biāo)，還直接決定著車輛行駛的安全性；而車載汽車電子裝置則是現(xiàn)代汽車重要的高階指標(biāo)。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 16750系列標(biāo)準(zhǔn)[1-3]作為專業(yè)基礎(chǔ)系列標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于道路車輛電氣和電子設(shè)備的環(huán)境條件、試驗(yàn)方法和樣品對(duì)試驗(yàn)?zāi)褪芰Φ囊话阃ㄓ靡笥忻鞔_規(guī)定。本文主要針對(duì)近年國際上主流汽車企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的新版供貨規(guī)范[4]中關(guān)于環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目的新增要求和變化，重點(diǎn)介紹了3.5 t以下汽車電氣、電子部件和模塊等產(chǎn)品的測試要求和試驗(yàn)條件，特別針對(duì)一般要求中環(huán)境試驗(yàn)序列設(shè)定與特定性選擇、試驗(yàn)中和試驗(yàn)后的參數(shù)驗(yàn)證測試，進(jìn)行了詳盡的試驗(yàn)研究與說明。

1 環(huán)境試驗(yàn)序列

1.1 試驗(yàn)序列計(jì)劃

在性能規(guī)范中應(yīng)定義特定部件的試驗(yàn)序列計(jì)劃。根據(jù)試驗(yàn)選擇表，對(duì)部件不必要的試驗(yàn)應(yīng)從試驗(yàn)序列計(jì)劃中刪掉。如特定部件對(duì)于試驗(yàn)順序有適配性要求，則可對(duì)試驗(yàn)序列計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。

所有組件應(yīng)使用新的、初始接觸系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)開始之前，初始的連接器和電纜必須連接到被測試樣上。只有在完成了相應(yīng)組件所要求的所有試驗(yàn)之后，才能斷開連接器及電纜，對(duì)部件進(jìn)行物理分析。此要求不適用于操作模式為“未裝配”的試驗(yàn)。接觸系統(tǒng)用的線束應(yīng)以無中間附加的方式設(shè)計(jì)，即延伸出試驗(yàn)倉外的線束不應(yīng)有任何附加的中間連接。

圖1 環(huán)境試驗(yàn)序列計(jì)劃-流程圖

1.2 序列試驗(yàn)

環(huán)境序列計(jì)劃的試驗(yàn)項(xiàng)目和順序安排如圖1所示。

如果被測試樣在“自由落體”試驗(yàn)后未被損壞，則應(yīng)使用另兩個(gè)試件做進(jìn)一步的序列試驗(yàn)。否則，應(yīng)使用備用試件。

所有組件都應(yīng)連接初始連接器或適配器，從“自由落體”開始試驗(yàn)。

1.3 序列之外的試驗(yàn)（并行試驗(yàn)）

環(huán)境試驗(yàn)序列計(jì)劃之外的試驗(yàn)安排如圖2所示。

1.4 使用壽命試驗(yàn)

圖2 環(huán)境試驗(yàn)序列計(jì)劃（并行試驗(yàn)）

該試驗(yàn)?zāi)M了在車輛使用壽命期間部件的功能/驅(qū)動(dòng)周期。目的是驗(yàn)證部件的質(zhì)量和可靠性關(guān)于功能/驅(qū)動(dòng)周期的方面，例如，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)、座椅調(diào)整周期、開關(guān)/按鈕驅(qū)動(dòng)等。

使用壽命的試驗(yàn)要求和順序安排如圖3所示。

2 參數(shù)測試

在性能規(guī)范中應(yīng)定義一組敏感參數(shù)，或“關(guān)鍵”參數(shù)，如靜態(tài)電流曲線、工作電流、輸出電壓、接觸電阻、輸入阻抗、信號(hào)速率（上升和下降時(shí)間）和總線規(guī)格，這些參數(shù)應(yīng)定義在（設(shè)備）性能規(guī)格中，在每項(xiàng)試驗(yàn)開始前和結(jié)束時(shí)根據(jù)其符合規(guī)格應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查。

對(duì)于連接到冷卻回路的部件，應(yīng)在室溫下（TRT）冷卻回路處于標(biāo)準(zhǔn)冷卻溫度（Tcool，nom）、最高環(huán)境溫度下（Tmax）冷卻回路處于最大冷卻溫度（Tcool，max），以及最低環(huán)境溫度下（Tmin）冷卻回路處于最小冷卻溫度（Tcool，min）狀態(tài)下進(jìn)行參數(shù)測試。除非在性能規(guī)格中另有規(guī)定，對(duì)于高壓（HV）電源的部件，參數(shù)測試應(yīng)在最小工作電壓限值（Vopmin）下以最小高壓HV工作電壓極限和最小直流工作電壓（Vopmin，HV）、在工作電壓（Vop）下以工作高壓和直流工作電壓（Vop，HV），以及在最大工作電壓限值（Vopmax）下以最大高壓HV工作電壓極限和最大直流工作電壓（Vopmax，HV）運(yùn)行。

參數(shù)測試應(yīng)在試驗(yàn)完成后立即進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)束與參數(shù)測試執(zhí)行之間的延時(shí)應(yīng)記錄在試驗(yàn)報(bào)告中。

2.1 參數(shù)測試（功能檢查）

1）目的：

參數(shù)測試（功能檢查）旨在提供特定溫度和電壓（最小工作電壓限值（Vopmin）、工作電壓（Vop）和最大工作電壓限值（Vopmax））條件下試件無瑕疵功能的驗(yàn)證。

2）測試：

應(yīng)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測量和記錄。應(yīng)檢查在特定溫度和每個(gè)電壓狀態(tài)下（Vopmin、Vop和Vopmax）的功能行為。應(yīng)測試部件的基本功能。對(duì)于具有事件記憶功能的組件，應(yīng)讀取其存儲(chǔ)器內(nèi)容。

3）要求：

功能狀態(tài)A（即：試件達(dá)到所有功能設(shè)定）。關(guān)鍵參數(shù)值的變化、部件的基本功能變化或事件存儲(chǔ)項(xiàng)應(yīng)根據(jù)前面的試驗(yàn)加載情況與未使用狀態(tài)比較后進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果應(yīng)記錄在試驗(yàn)報(bào)告中。

2.2 參數(shù)測試（小）

1）目的：

圖3 試驗(yàn)序列計(jì)劃-使用壽命

參數(shù)測試（?。┲荚谔峁┦覝睾凸ぷ麟妷簵l件下試件無瑕疵功能的驗(yàn)證。

2）測試：

應(yīng)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測量和記錄。應(yīng)檢查在室溫（TRT）和工作電壓（Vop）狀態(tài)下部件的功能行為。應(yīng)對(duì)部件進(jìn)行視檢，參照DIN EN 13018《無損檢測目視檢驗(yàn)一般原理》[5]。對(duì)于具有事件存儲(chǔ)器的組件，事件存儲(chǔ)器的內(nèi)容應(yīng)被讀出并記錄。隨后清除事件內(nèi)存項(xiàng)。試驗(yàn)序列和結(jié)果應(yīng)記錄。

3）要求：

功能狀態(tài)A（即：試件達(dá)到所有功能設(shè)定）。關(guān)鍵參數(shù)值的變化、功能行為變化或事件存儲(chǔ)項(xiàng)，以及視檢中發(fā)現(xiàn)的不規(guī)則事件，應(yīng)根據(jù)前面的試驗(yàn)加載情況與未使用狀態(tài)比較后進(jìn)行評(píng)估。

視檢應(yīng)對(duì)任何外部損傷或變化進(jìn)行評(píng)估，如開裂、破裂、剝落、變色和變形等?？梢姷牡牟灰?guī)則是不允許的。設(shè)備內(nèi)部不得有任何部件松動(dòng)。

2.3 參數(shù)測試（大）

1）目的：

參數(shù)測試（大）旨在提供特定溫度和電壓條件下試件無瑕疵功能的驗(yàn)證。

2）測試：

應(yīng)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)和部件在每個(gè)溫度（最高環(huán)境溫度（Tmax）、室溫（TRT）和最低環(huán)境溫度（Tmin））和電壓（最小工作電壓限值（Vopmin）、工作電壓（Vop）和最大工作電壓限值（Vopmax））條件下的功能行為進(jìn)行測量。在測試中應(yīng)記錄內(nèi)部和外部可測量的參數(shù)來評(píng)估部件的精度和功能。

應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)參考，以此通過比較確定由試驗(yàn)載荷導(dǎo)致試件的變化。

記錄的參數(shù)應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中記錄和評(píng)估。特別適用于以下數(shù)據(jù)：所有功能變量；光源和顯示器的色度坐標(biāo)、照度和對(duì)比度；特性曲線（傳感器、轉(zhuǎn)換器、電機(jī)）；事件存儲(chǔ)項(xiàng)；重置和錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；錯(cuò)誤內(nèi)容檢查；記錄電流隨時(shí)間變化曲線從“最低工作狀態(tài)”到“最高工作狀態(tài)”(基于電流曲線變化以確定電氣子元件老化)；觸覺特性；聲學(xué)；尺寸穩(wěn)定性（變形）、間隙、夾具功能；驅(qū)動(dòng)力/轉(zhuǎn)力矩；密封試件的氣密性檢查。

部件應(yīng)根據(jù)DIN EN 13018[5]的要求進(jìn)行視檢。應(yīng)施加手持搖動(dòng)試驗(yàn)以識(shí)別設(shè)備內(nèi)部的松動(dòng)部件。對(duì)于具有事件存儲(chǔ)器的組件，事件存儲(chǔ)器的內(nèi)容應(yīng)被讀出并記錄。隨后清除事件內(nèi)存項(xiàng)。試驗(yàn)序列和結(jié)果應(yīng)進(jìn)行記錄。

3）要求：

功能狀態(tài)A（即：試件達(dá)到所有功能設(shè)定）。應(yīng)符合形狀和功能公差的規(guī)定。關(guān)鍵參數(shù)值、功能行為以及視覺檢查中的不規(guī)則性的變化，應(yīng)與未使用的條件相比，在前面的測試負(fù)載中進(jìn)行評(píng)估。關(guān)鍵參數(shù)值的變化、部件的基本功能變化或事件存儲(chǔ)項(xiàng)應(yīng)根據(jù)前面的試驗(yàn)加載情況與未使用狀態(tài)比較后進(jìn)行評(píng)估。視檢應(yīng)對(duì)任何外部損傷或變化進(jìn)行評(píng)估，如開裂、破裂、剝落、變色和變形等。可見的的不規(guī)則是不允許的。設(shè)備內(nèi)部不得有任何部件松動(dòng)。事件內(nèi)存條目和計(jì)數(shù)器的變化應(yīng)準(zhǔn)確地反映由試驗(yàn)和功能需求觸發(fā)的內(nèi)容。

2.4 物理分析

1）目的：

物理分析必須在每個(gè)可靠性測試階段（B、C樣本等）之后進(jìn)行，以識(shí)別部件相對(duì)于未使用狀態(tài)時(shí)的變化。

2）測試：

根據(jù)物理分析的檢查方法應(yīng)與購買方和承包商達(dá)成一致，并記錄在冊(cè)。所有試件應(yīng)按DIN EN 13018[5]打開并進(jìn)行視檢。如果試件有任何違規(guī)，則必須與買方商定進(jìn)一步的分析，可能需要額外的試件或使用附加的分析方法。

3）要求：

結(jié)果應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中進(jìn)行記錄并評(píng)估。

3 結(jié)語

所有電子類產(chǎn)品檢測均離不開環(huán)境試驗(yàn)條件，引進(jìn)復(fù)雜環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，配備并完善各類環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)，不僅是汽車電子類產(chǎn)品檢測的要求，更為其它各類電子產(chǎn)品類的檢測拓展提供了環(huán)境條件和測試基礎(chǔ)。實(shí)際上，環(huán)境試驗(yàn)包括氣候、機(jī)械[6]和化學(xué)試驗(yàn)，涉及服役壽命試驗(yàn)，往往不僅被應(yīng)用于進(jìn)行獨(dú)立的可靠性測試，例如單獨(dú)的環(huán)境耐受性試驗(yàn)項(xiàng)目，用以模擬和發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品暴露在自然或工作環(huán)境下長周期運(yùn)行產(chǎn)生的不良結(jié)構(gòu)缺陷和質(zhì)量問題，更重要的，環(huán)境試驗(yàn)也是其它諸多基本功能性測試和性能驗(yàn)證項(xiàng)目的必備環(huán)境基礎(chǔ)和先決條件。

本文服務(wù)于國際和國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，密切跟蹤汽車電子的國際標(biāo)準(zhǔn)和整車廠商的實(shí)際要求和檢測現(xiàn)狀，對(duì)于3.5 t以下汽車電氣和電子部件在環(huán)境試驗(yàn)序列與方案配置，提供了一個(gè)測試序列計(jì)劃，作為在多個(gè)原始設(shè)備制造商（OEM）（例如，工業(yè)模塊化裝配矩陣或IBK）之間協(xié)作項(xiàng)目討論的基礎(chǔ)，并對(duì)試驗(yàn)中和試驗(yàn)后的參數(shù)驗(yàn)證測試進(jìn)行了詳細(xì)分析與闡述。這些標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換工作服務(wù)于國際、國內(nèi)和進(jìn)出口汽車產(chǎn)業(yè)鏈，為發(fā)現(xiàn)汽車電子技術(shù)領(lǐng)域的裝備在綜合應(yīng)力環(huán)境下的薄弱環(huán)節(jié)和故障，從而改進(jìn)其可靠性和環(huán)境適應(yīng)性，提供技術(shù)支撐并具有指導(dǎo)作用，對(duì)于提高我國汽車電子技術(shù)水平和檢測能力具有一定的戰(zhàn)略意義。