車輛電子和電氣組件特定氣候環(huán)境要求與試驗(yàn)解析

許毅，陸斌，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，汽車零件檢測(cè)中心/上海恒測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司，上海 201114）

引言

車輛上的電子電氣部件和組件遭受的是室外氣候環(huán)境且處于隨時(shí)可能發(fā)生移轉(zhuǎn)的狀態(tài)，另外，根據(jù)產(chǎn)品配置在整車車輛中部位與功能的不同，同樣環(huán)境條件下對(duì)部件所施加的應(yīng)力及組合效果也相應(yīng)發(fā)生變化，車輛上的電子電氣產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境包括：電氣環(huán)境、氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、電磁環(huán)境和化學(xué)環(huán)境等。針對(duì)汽車電子電氣產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)的相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO 16750系列[1]、ISO 21848系列[2]等。ISO標(biāo)準(zhǔn)在歐美車系的企業(yè)中得到了廣泛采用，而目前國(guó)內(nèi)汽車電子電氣產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要還是依據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)條件來(lái)規(guī)定。為確保產(chǎn)品具有一定的國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，各汽車生產(chǎn)企業(yè)對(duì)其電子電氣部件/組件的內(nèi)控要求、驗(yàn)收指標(biāo)等一般都會(huì)高于基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的限值，相比ISO標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件和要求更嚴(yán)苛。

本文首先對(duì)影響車輛電子和電氣部件/組件功能完整性和穩(wěn)定性的各方面氣候環(huán)境因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，給出可靠性試驗(yàn)設(shè)置以及具體模擬加速環(huán)境試驗(yàn)條件需要考慮的環(huán)境參數(shù)和指標(biāo)差異；進(jìn)一步，依據(jù)國(guó)際主流品牌車廠的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)貨規(guī)范[3,4]，對(duì)小型車輛（小于3.5 t）中電子和電氣部件/組件產(chǎn)品在特定氣候環(huán)境下的模擬試驗(yàn)進(jìn)行詳盡解析，包括的關(guān)鍵試驗(yàn)及要求有：內(nèi)部和外部的鹽霧運(yùn)行試驗(yàn)、濕熱循環(huán)以及濕熱循環(huán)（帶霜凍）試驗(yàn)。

1 影響車輛電子電氣部件（/組件）可靠性的環(huán)境因素

車輛電子和電氣部件和組件的環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)定，模擬環(huán)境加速試驗(yàn)的條件需考慮諸多方面影響，主要因素包括以下幾個(gè)方向：

1）所處地域和大氣環(huán)境存在的差異。道路車輛可能行駛在各類不同環(huán)境情況的陸地范圍內(nèi)，試驗(yàn)條件應(yīng)盡可能囊括使用范圍內(nèi)全部地域及其氣候差異，涉及參數(shù)維度可能涵蓋: 海拔高度等地域條件，以及溫/濕度、雨水、鹽霧、灰塵等大氣環(huán)境條件。

2）不同類型的車輛對(duì)象，對(duì)應(yīng)不同的工作條件和運(yùn)行模式。車輛設(shè)計(jì)的屬性決定了道路車輛組件使用的主要環(huán)境條件，應(yīng)全面予以考慮其差異性設(shè)置。與適用車輛類型有關(guān)的屬性，如：發(fā)動(dòng)機(jī)牌號(hào)及其排量、汽車自重及體積尺寸、懸掛特性、供電電源等方面。其中，與車輛的供電電源有關(guān)的屬性，如：運(yùn)行模式以及遭受的極限氣候環(huán)境等因素可能引發(fā)車輛行駛過(guò)程中電壓發(fā)生變化，會(huì)造成發(fā)電機(jī)過(guò)電壓等車輛電氣系統(tǒng)的故障。工作條件相關(guān)，如：道路質(zhì)量和地形、路面的類型及路況、車輛載重等運(yùn)行狀態(tài)（牽引、持續(xù)、貨運(yùn)等）甚至駕駛習(xí)慣等均是需要考慮的環(huán)境條件。運(yùn)行模式相關(guān)，如：儲(chǔ)存、裝配、起動(dòng)、駕駛、停車等應(yīng)用狀態(tài)。

3）電子設(shè)備的壽命周期和安裝位置。應(yīng)考慮到在汽車電子電氣部件和組件的壽命周期內(nèi)，進(jìn)行模組集成、裝運(yùn)、操作、儲(chǔ)存、車輛裝配、正常維護(hù)和非正常修理等環(huán)節(jié)時(shí)，均應(yīng)具備抵抗環(huán)境的能力。設(shè)備在整車中不同安裝位置的影響因素，是考慮到使用的環(huán)境條件和要求通常取決于部件/組件在整車中的安裝部位，車輛的每個(gè)位置均具有各自不同的環(huán)境負(fù)荷應(yīng)力集，綜合設(shè)備屬性和環(huán)境負(fù)荷等量值并組合形成模擬試驗(yàn)條件是可行的，同時(shí)也可保證車輛上某一特定部件/模塊能移植到其它適用車輛中去，分組的差異通常依據(jù)安裝位置的不同實(shí)施。

2 鹽霧運(yùn)行試驗(yàn)—外部

1）目的：

試驗(yàn)?zāi)M了在含鹽分大氣與鹽水系下部件上承受的負(fù)荷，可能發(fā)生在世界上某些地域或在冬季路面狀況下。本試驗(yàn)旨在保障部件在暴露于鹽負(fù)荷時(shí)不會(huì)發(fā)生任何故障，例如，由于鹽進(jìn)入組件導(dǎo)致的短路和泄漏電流。

2）測(cè)試：

參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60068-2-11[5]與表1中參數(shù)條件進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 鹽霧運(yùn)行試驗(yàn)（外部）的配置參數(shù)

試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)考慮到能夠重現(xiàn)受試部件在車輛中原本的配置位。在試驗(yàn)結(jié)束后不允許清洗試樣。如果存在冷卻回路，則應(yīng)將冷卻劑溫度設(shè)置為試驗(yàn)溫度。

3）要求：

試驗(yàn)前、試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)后，試樣應(yīng)保持功能完好、功能參數(shù)均達(dá)到規(guī)范要求，驗(yàn)證方式可通過(guò)持續(xù)參數(shù)監(jiān)測(cè)和參數(shù)測(cè)試（?。3,4]（施加室溫TRT和工作電壓Vop，受試樣品無(wú)瑕疵功能）[3,4]執(zhí)行。

3 鹽霧運(yùn)行試驗(yàn)—內(nèi)部

1）目的：

試驗(yàn)?zāi)M了在鹽環(huán)境下部件上承受的負(fù)荷，可能發(fā)生在世界上某些地域。本試驗(yàn)旨在保障部件在暴露于鹽負(fù)荷時(shí)不會(huì)發(fā)生任何故障，例如，由于鹽進(jìn)入組件導(dǎo)致的短路和泄漏電流。

2）測(cè)試：

參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60068-2-11[5]與表2中參數(shù)條件進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 鹽霧運(yùn)行試驗(yàn)（內(nèi)部）的配置參數(shù)

試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)考慮到能夠重現(xiàn)受試部件在車輛中原本的配置位。試驗(yàn)設(shè)置（如：安裝在位、擋水蓋、飾板、操作過(guò)程中的狀況等）應(yīng)由承包商建議，采購(gòu)方批準(zhǔn)，并記錄在案。如果存在冷卻回路，則應(yīng)將冷卻劑溫度設(shè)置為試驗(yàn)溫度。

3）要求：

試驗(yàn)前、試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)后，試樣應(yīng)保持功能完好、功能參數(shù)均達(dá)到規(guī)范要求，驗(yàn)證方式可通過(guò)持續(xù)參數(shù)監(jiān)測(cè)和參數(shù)測(cè)試（大）[3,4]（在最高環(huán)境溫度Tmax、室溫TRT和最低環(huán)境溫度Tmin，施加電壓為最小工作電壓限值Vopmin、工作電壓Vop和最大工作電壓限值Vopmax，受試樣品無(wú)瑕疵功能）執(zhí)行。

圖1 鹽霧運(yùn)行試驗(yàn)（外部）-噴灑階段設(shè)置

圖2 鹽霧運(yùn)行試驗(yàn)（內(nèi)部）- 噴灑階段設(shè)置

4 濕熱循環(huán)

1）目的：

試驗(yàn)通過(guò)在車輛運(yùn)行過(guò)程中高濕度的循環(huán)溫度變化模擬作用在部件上的熱負(fù)荷，旨在驗(yàn)證部件對(duì)于濕熱環(huán)境的耐受力。

2）測(cè)試：

按照IEC 60068-2-30[6]及表3中的試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行測(cè)試。

表3 濕熱循環(huán)試驗(yàn)的配置參數(shù)

參數(shù)測(cè)試（功能檢查）[3,4]（施加最低工作電壓限值Vopmin、工作電壓Vop和最高工作電壓限值Vopmax，受試樣品無(wú)瑕疵功能）須執(zhí)行2次，到達(dá)最低和最高溫度限值時(shí)各執(zhí)行一次。

如具有冷卻回路，其中冷卻液的溫度應(yīng)跟隨試驗(yàn)溫度到達(dá)上下限值（Tcool,min/Tcool,max）。環(huán)境溫度則波動(dòng)在冷卻液的溫度限值外。

試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)考慮到能夠重現(xiàn)受試部件在車輛中原本的配置位。

3）要求：

試驗(yàn)前、試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)后，試樣應(yīng)保持功能完好、功能參數(shù)均達(dá)到規(guī)范要求，驗(yàn)證方式可通過(guò)持續(xù)參數(shù)監(jiān)測(cè)和參數(shù)測(cè)試（大）[3,4]執(zhí)行。

5 濕熱循環(huán)（帶霜凍）

1）目的：

試驗(yàn)通過(guò)在車輛運(yùn)行過(guò)程中高濕度的循環(huán)溫度變化模擬作用在部件上的熱負(fù)荷（含霜凍），旨在驗(yàn)證部件對(duì)于濕熱環(huán)境的耐受力。

2）測(cè)試：

按照IEC 60068-2-38[7]及表4中試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行操作。

表4 濕熱循環(huán)（帶霜凍）試驗(yàn)的配置參數(shù)

圖3 濕熱循環(huán)試驗(yàn)方案的溫度曲線（試驗(yàn)Db–試驗(yàn)循環(huán)–方案1）

如具有冷卻回路，其中冷卻液的溫度應(yīng)跟隨試驗(yàn)溫度到達(dá)上下限值（Tcool,min/Tcool,max）。環(huán)境溫度則波動(dòng)在冷卻液的溫度限值外。

試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)考慮到能夠重現(xiàn)受試部件在車輛中原本的配置位。

3）要求：

試驗(yàn)前、試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)后，試樣應(yīng)保持功能完好、功能參數(shù)均達(dá)到規(guī)范要求，驗(yàn)證方式可通過(guò)持續(xù)參數(shù)監(jiān)測(cè)和參數(shù)測(cè)試（大）[3,4]執(zhí)行。

圖4 濕熱循環(huán)（帶霜凍）試驗(yàn)（暴露于濕熱后暴露于低溫-試驗(yàn)循環(huán)序列1）

圖5 濕熱循環(huán)（帶霜凍）試驗(yàn)（暴露于濕熱后未暴露于低溫-試驗(yàn)循環(huán)序列2）

6 結(jié)語(yǔ)

考慮到汽車產(chǎn)品與生命安全息息相關(guān)，其中對(duì)構(gòu)件的環(huán)境試驗(yàn)要求相對(duì)于其它應(yīng)用的同類電子電氣產(chǎn)品（如消費(fèi)電子產(chǎn)品）更高，必須經(jīng)過(guò)各種模擬苛刻環(huán)境條件的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以確保產(chǎn)品在預(yù)定的壽命周期內(nèi)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作。為考核汽車電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性，各車廠通常會(huì)制定高于基礎(chǔ)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的環(huán)境條件并形成企業(yè)自身的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)產(chǎn)汽車產(chǎn)業(yè)走向世界的進(jìn)程中，汽車電子電氣產(chǎn)品越來(lái)越成為核心競(jìng)爭(zhēng)力，需要突破的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)也越來(lái)越多，標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)壁壘的把控工作首當(dāng)其沖。對(duì)于前裝產(chǎn)品，部件生產(chǎn)廠按照整車采購(gòu)要求的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，滿足要求即可。但對(duì)于后裝產(chǎn)品，為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，應(yīng)該深入了解相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求在制訂汽車部件/組件產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目及其測(cè)試條件。本文所進(jìn)行的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化研究工作主要面向汽車產(chǎn)業(yè)的中高端市場(chǎng)，有助于提升產(chǎn)品在全球市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，幫助企業(yè)從內(nèi)部保證供應(yīng)體系的質(zhì)量，對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)功能層面進(jìn)行模塊化，以及從根本上調(diào)整和完善汽車行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，具有積極的指導(dǎo)作用。