汽車尾燈組件的總體要求與可靠性試驗(yàn)研究

王魁棟

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

引言

伴隨著現(xiàn)代智慧城市的建設(shè)和發(fā)展，汽車行駛的速度不斷提升和夜間行車流量的攀升，對駕駛的掌控靈敏度和反應(yīng)速度的要求也不斷突破，汽車車燈是車輛夜間行駛進(jìn)行道路照明、也是車輛行駛信號指示的必備裝置，作為車輛交通使用的“眼睛”和“語言”，其模塊/組件性能和可靠性直接影響著車輛使用人員與財(cái)產(chǎn)安全。

汽車車燈由于在室外行駛經(jīng)常受到周圍氣體、鹽霧、化學(xué)物質(zhì)等侵蝕，行駛振動和沖擊再加上暴露于溫度和濕度等環(huán)境條件的變化，對汽車車燈進(jìn)行電氣要求、機(jī)械試驗(yàn)、氣候試驗(yàn)和化學(xué)試驗(yàn)等性能驗(yàn)證和可靠性的測試尤為重要。

1 汽車車燈相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)動車車燈檢測涉及的范圍，包括：前照燈、前霧燈、前轉(zhuǎn)向燈、前示廓燈、前駐車燈、前反射器；后轉(zhuǎn)向燈、后霧燈、后示廓燈、后駐車燈、后反射器、后位制動燈、高位制動燈、倒車燈、牌照燈；側(cè)轉(zhuǎn)向燈、側(cè)標(biāo)志燈、側(cè)駐車燈、側(cè)反射器、日間行車燈、彎道照明燈、回復(fù)反光材料、反光標(biāo)識；前照燈清洗器、低速車輛及重長車后標(biāo)志牌、三角警告牌、重長車回復(fù)反射器標(biāo)志等相關(guān)標(biāo)志。

關(guān)于機(jī)動車輛外部照明和光信號裝置的環(huán)境耐久性試驗(yàn)，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10485[1]給出了通用要求，規(guī)定了基本環(huán)境試驗(yàn)要求及其試驗(yàn)方法，主要項(xiàng)目包括：熱循環(huán)試驗(yàn)、熱沖擊試驗(yàn)、熱變形試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、防水防塵試驗(yàn)、隨機(jī)振動試驗(yàn)、耐化學(xué)試劑試驗(yàn)（潤滑油、燃油、清洗液等）等。GB 4785[2]相應(yīng)給出汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規(guī)定。GB/T 15766[3]等系列標(biāo)準(zhǔn)則對道路車輛燈泡的性能等方面的檢測要求和試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定。汽車及掛車燈具的光電性能方面，相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)涉及：GB 4599[4]《汽車用燈絲燈泡前照燈》、GB 4660[5]《汽車用燈絲燈泡前霧燈》、GB 21259[6]《汽車用氣體放電光源前照燈》、GB 5920[7]《汽車及掛車前位燈、后位燈、示廓燈和制動燈配光性能》、GB 11554[8]《汽車及掛車后霧燈配光性能》、GB 15235[9]《汽車及掛車倒車燈配光性能》、GB 17509[10]《汽車及掛車轉(zhuǎn)向信號燈配光性能》、GB 18099[11]《汽車及掛車側(cè)標(biāo)志燈配光性能》、GB 18408[12]《汽車及掛車后牌照板照明裝置配光性能》、GB 18409[13]《汽車駐車燈配光性能》等。

2 汽車尾燈組件試驗(yàn)要求

2.1 通用要求

與零件相關(guān)的供貨技術(shù)條件，所涉及的是經(jīng)過溫度與濕度調(diào)節(jié)的組件／系統(tǒng)。

試樣的數(shù)量可根據(jù)序列試驗(yàn)的規(guī)定選取，若無具體規(guī)定，應(yīng)使用至少6 組試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

對于各種不同類型（如：ECE、SAE 等）混合規(guī)格、或?qū)τ诔叽缱兓幕旌弦?guī)格，應(yīng)根據(jù)適用情況進(jìn)行試驗(yàn)。

1）測試設(shè)備／試樣的要求：

為了進(jìn)行溫度測量，應(yīng)提供配有溫度測量傳感器（溫度計(jì)）的組件。

2）試驗(yàn)的驗(yàn)證：

試驗(yàn)主要依據(jù)德系汽車標(biāo)準(zhǔn)VW 80000[14]。

在方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)通過模擬試驗(yàn)與型式試驗(yàn)已證明了材料在涉及指標(biāo)方面的可適用性及設(shè)計(jì)方案的可適用性，項(xiàng)目包括但不限于：密封性、溫度、強(qiáng)度、通風(fēng)與排氣。

試驗(yàn)應(yīng)在B-樣品狀態(tài)[15]下開始進(jìn)行。另提供一件樣品零件作為基準(zhǔn)件。

對于組件樣品給予認(rèn)可批準(zhǔn)，應(yīng)滿足C-樣品狀態(tài)／量產(chǎn)所規(guī)定的要求[15]，即：試樣在暴露于試驗(yàn)參數(shù)期間不滿足一個(gè)或多個(gè)功能。在暴露于試驗(yàn)參數(shù)之后，試樣應(yīng)即刻自動返回到功能狀態(tài)A[15]，或者通過性能規(guī)范中指定的外部觸發(fā)機(jī)制返回到功能狀態(tài)A（滿足所有制訂功能）。任何時(shí)間都不允許未定義的功能。

2.2 車輛使用要求（使用和安裝概況）

各項(xiàng)要求適用于車輛尾部區(qū)域的安裝部位、外部的安裝零件、車輛尾部罩蓋。

對于發(fā)動機(jī)安裝在尾部的車輛，要求范圍適用于發(fā)動機(jī)廂。

1）運(yùn)行時(shí)間（按車輛的使用壽命）：

①車輛運(yùn)行持續(xù)時(shí)間：10 000 h；車輛使用年限：15 年；

②車輛行駛里程：300 000 km。

2）溫度：

①儲存溫度：上限ToL=105 ℃；下限TuL=-40 ℃；

②工作溫度：最高限值Tmax=85 ℃；最低限值Tmin=-40 ℃；

③電子模塊的溫度最高限值：Temax=70 ℃。

3）供電：

①電源類型，前置的電子控制器：UB=14 V；

②工作電壓：下限UBmin=6 V；上限UBmax=17 V。

4）環(huán)境影響：

①振動負(fù)荷：嚴(yán)酷等級2；

②安裝區(qū)域：外部；IP 防護(hù)等級：IP5K4K+IPX9K；

③化學(xué)品：發(fā)動機(jī)油、防凍液、保護(hù)漆、保護(hù)漆去除劑、擋風(fēng)玻璃清洗液、車輛清洗化學(xué)品、內(nèi)部清潔劑、玻璃清潔劑、冷清洗劑、工業(yè)酒精、化妝品（如乳霜）、含咖啡因和糖的飲料。若安裝在油箱注入管筒附近位置，應(yīng)滿足附加的耐化學(xué)品試驗(yàn)。

2.3 對工作狀態(tài)的定義

見表1，對于操作控制，應(yīng)考慮到產(chǎn)品使用國家的特定要求（如：ECE、SAE 等）。

表1 工作狀態(tài)

2.4 試驗(yàn)的一般要求

1）試驗(yàn)準(zhǔn)備：

在加載試驗(yàn)負(fù)荷前，應(yīng)對所有試樣都進(jìn)行無缺陷檢查。

應(yīng)保留一個(gè)基準(zhǔn)件，通過與該基準(zhǔn)件對比獲得試樣由于加載了試驗(yàn)負(fù)荷而發(fā)生的變化。

2）參數(shù)測試（在每一項(xiàng)試驗(yàn)之后）：

參數(shù)測試用以確定已實(shí)施的試驗(yàn)對試樣造成的影響。參數(shù)測試應(yīng)當(dāng)在每項(xiàng)試驗(yàn)后進(jìn)行。對于氣候試驗(yàn)負(fù)荷，應(yīng)當(dāng)在試驗(yàn)結(jié)束之后的1 h 之內(nèi)完成測試。

功能試驗(yàn)：功能狀態(tài)A（試件達(dá)到所有功能設(shè)定）[15]。

應(yīng)當(dāng)檢查器件是否有外觀上的異常（凹痕、外殼彎曲、扭曲、刮擦痕、裂紋、顏色變化、磨損、灰塵等）。不允許有水進(jìn)入器件內(nèi)。

抖動檢查：用手抖動并敲擊該器件，檢查器件的零件是否有松動現(xiàn)象。

將異常情況（與基準(zhǔn)零件對比的任何偏差情況）記錄存檔。

3）用偏差分析法進(jìn)行連續(xù)參數(shù)監(jiān)控：

除按照VW 80000 的規(guī)定要求之外[14]，補(bǔ)充以下適用項(xiàng)：

在采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號進(jìn)行操作時(shí)，操作控制應(yīng)與在車輛中的情況一致。

所有的測量參數(shù)應(yīng)采用相同的時(shí)間基準(zhǔn)來記錄和表述。

對于在數(shù)據(jù)分析時(shí)所采用的數(shù)據(jù)簡化／數(shù)據(jù)抽象（如：界限值監(jiān)控、總線信息測值）方法，應(yīng)根據(jù)適用情況確定。若出現(xiàn)故障，應(yīng)對試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控；并且，試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)就已對所出現(xiàn)的故障發(fā)出警示信號。

試驗(yàn)自動化裝置應(yīng)不僅可探測到持續(xù)出現(xiàn)的故障，也可探測短暫出現(xiàn)的故障，應(yīng)能連續(xù)地發(fā)出視覺警示信號。在出現(xiàn)故障的情況下，應(yīng)當(dāng)中斷試驗(yàn)，并進(jìn)行故障原因分析。

需進(jìn)行測量與監(jiān)控的參數(shù)，包括功能參數(shù)、環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度等）、供電電壓、電流（工作電流、靜態(tài)電流、負(fù)荷電流）、電壓下降（接觸點(diǎn)）。

4）物理分析：

若對一個(gè)試樣已進(jìn)行過所規(guī)定的所有試驗(yàn)，則應(yīng)進(jìn)行一項(xiàng)物理分析。

光度測量值應(yīng)滿足要求。在進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能在非破壞性檢查的狀況下，把試樣與新制狀態(tài)進(jìn)行對比，測定并評估其變化情況。如果要把零件拆開，應(yīng)根據(jù)適用情況確定。

最終分析應(yīng)包括但不限于：螺絲松開扭矩（如：外殼螺絲緊固件、在振動臺上的固定螺絲等）；焊接部位缺陷；組件變色／電路板變色（尤其是在特定溫度條件下出現(xiàn)變色）；磨損痕；材料凹凸不平、裂紋、變形（尤其是鑄造材料／灌封材料以及密封材料）：應(yīng)當(dāng)選擇合適的驗(yàn)證方法（倫琴射線、計(jì)算機(jī)斷層成像、研磨等）；渾濁（尤其是光學(xué)傳感器系統(tǒng)的零部件）；卡緊狀態(tài)與夾緊狀態(tài)；腐蝕痕跡與材料遷移痕跡；對塑料的防水特性的評定（尤其是對含有內(nèi)嵌沖壓柵格的組件）；電路板的貫通接觸層的損壞（尤其是熱通道）；在經(jīng)受機(jī)械負(fù)荷（振動、機(jī)械沖擊、跌落試驗(yàn)）后、大的電解電容器內(nèi)部結(jié)合件（焊片）損壞；插頭針腳損壞（如：由于電流、溫度、摩擦、氧化等原因造成）；ICT-結(jié)果（如可能）。記錄異常情況（與基準(zhǔn)零件對比的任何偏差情況）。

3 汽車尾燈組件試驗(yàn)項(xiàng)目

參照VW 80000 的試驗(yàn)項(xiàng)目要求[14,16]，關(guān)于主要的電氣要求、機(jī)械試驗(yàn)和氣候試驗(yàn)的序列試驗(yàn)項(xiàng)目，如表2 所示。

表2 汽車尾燈組件試驗(yàn)一覽表

4 汽車尾燈組件試驗(yàn)流程

燈具組件的試驗(yàn)流程圖，主要的包括：電氣要求、機(jī)械試驗(yàn)、氣候試驗(yàn)和化學(xué)試驗(yàn)[14,16]，見圖1 所示。

圖1 汽車尾燈組件試驗(yàn)流程圖

5 電氣要求和機(jī)械要求的關(guān)鍵試驗(yàn)

5.1 電氣要求-電壓下降和瞬時(shí)電壓驟降

對于所有電氣試驗(yàn)，驗(yàn)證指標(biāo)是：“在電壓范圍0至UBmax（工作電壓上限），某一項(xiàng)功能的所有照明燈具都應(yīng)保持相同亮度?！边M(jìn)行瞬時(shí)欠壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)記錄存在反饋電壓與電流。

電壓下降旨在測量在指標(biāo)允許的情況下電壓下降的最大值。操作類別按照實(shí)驗(yàn)室安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行。在額定電流下進(jìn)行試驗(yàn)，電壓下降值應(yīng)小于等于5 mV/A，且絕對值應(yīng)小于等于100 mV。試驗(yàn)期間及產(chǎn)品整個(gè)使用壽命期內(nèi)，可允許的電壓下降值不得超過規(guī)定值。

瞬時(shí)電壓驟降旨在考核短時(shí)間的電壓驟降情況下試樣的特性，并對其可能出現(xiàn)的影響進(jìn)行評估。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，采用單獨(dú)或組合的方式，對試樣加載所有供電電壓。用于施加脈沖電壓驟降的試驗(yàn)程序條件：試驗(yàn)脈沖頻率：1 Hz；電壓間隔的試驗(yàn)脈沖持續(xù)時(shí)間：5 ms、10 ms、50 ms、100 ms；試驗(yàn)脈沖起始的電壓：14 V；試驗(yàn)脈沖間隔的電壓：10 V、9 V、7 V、6 V、5 V、4 V。施加電壓曲線金額試驗(yàn)程序示意圖如圖2 和圖3 所示。在試驗(yàn)期間和試驗(yàn)后，應(yīng)關(guān)注并記錄脈沖形狀、電流消耗以及功能偏差情況。功能試驗(yàn)應(yīng)能達(dá)到功能狀態(tài)A 和／或在所規(guī)定狀態(tài)C 下的工作電壓[15]。關(guān)于對功能狀態(tài)C 進(jìn)行調(diào)節(jié)的所有范圍，應(yīng)以基準(zhǔn)零件為依據(jù)進(jìn)行分析。組件的高負(fù)荷安全運(yùn)行或所規(guī)定的復(fù)位動作應(yīng)始終能得到保證。

圖2 瞬時(shí)電壓驟降試驗(yàn)施加的電壓曲線

圖3 試驗(yàn)程序的示意圖

5.2 機(jī)械要求-振動試驗(yàn)（溫度疊加）

以VW 80000 振動試驗(yàn)的規(guī)定為基礎(chǔ)[14]，補(bǔ)充增加了以下試驗(yàn)內(nèi)容：

試樣的固定應(yīng)按照批產(chǎn)裝配時(shí)的安裝狀態(tài)進(jìn)行：模擬在車輛上或車廂接口上的支撐部位；固定在原始固定部位；如果是用橡膠支座固定，在各條軸線的振動試驗(yàn)之后都必須把橡膠支座換新；用原裝螺絲固定；施加初始扭矩固定；按照安裝條件固定電纜線與軟管；燈絲燒壞的白熾燈泡，允許更換。確保在初始固定部位上施加（同時(shí)在這些部位上進(jìn)行測量與控制）VW 80000 振動試驗(yàn)中規(guī)定的振動加速度負(fù)荷，采用振動集合圖例D[14,17]。需要特別說明的是，與VW 80000 振動試驗(yàn)條件不同，對于表1 中給定的每個(gè)空間方向上（X/Y/Z）施加的振動嚴(yán)酷度為2，振動曲線條件及參數(shù)的設(shè)置詳見表3。

表3 振動試驗(yàn)曲線與參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)后，除VW 80000 振動試驗(yàn)固定的要求外，還應(yīng)對緊固螺絲的松脫扭矩進(jìn)行測量，應(yīng)符合組件設(shè)計(jì)的要求。試驗(yàn)后不允許試樣出現(xiàn)磨損（粉塵磨損）、零件松動、裂紋、以及噪聲的情況。

6 結(jié)語

汽車車燈的外部照明和光信號裝置的指示作用，在日常交通特別是夜間行車中對道路交通安全起到舉足輕重的影響，其性能保障在行車安全和交通管理領(lǐng)域有舉足輕重的意義。汽車燈具的設(shè)計(jì)也已經(jīng)成為整車設(shè)計(jì)的重要組成內(nèi)容和部分。不同部位、不同功用的汽車燈具組件，環(huán)境可靠性的檢測要求也不盡相同，對于不同車企品牌的汽車測試標(biāo)準(zhǔn)做的試驗(yàn)和指標(biāo)要求也有一些區(qū)別。目前車輛燈具檢測的關(guān)注重點(diǎn)多集中于前照燈，本文則主要對汽車尾燈及組件/模塊的可靠性試驗(yàn)，近年國際上德系主流汽車企業(yè)針對3.5 t 以下汽車尾燈實(shí)際應(yīng)用的新版供貨技術(shù)規(guī)范進(jìn)行了重點(diǎn)介紹和指標(biāo)說明，給出了試驗(yàn)的通用要求、車輛使用及安裝的概況與參數(shù)條件、不同位置車燈的工作狀態(tài)設(shè)置，以及試驗(yàn)過程的一般要求（包括試驗(yàn)的準(zhǔn)備、環(huán)境條件試驗(yàn)后的參數(shù)測試、驗(yàn)證和物理分析等），同時(shí)給出全部電氣要求、機(jī)械試驗(yàn)和氣候試驗(yàn)的序列試驗(yàn)項(xiàng)目，并提供更全面和詳盡的試驗(yàn)流程圖。本文作為汽車尾燈及組件/模塊的總體和通用要求，為后續(xù)四大類可靠性試驗(yàn)：電氣要求、機(jī)械試驗(yàn)、氣候試驗(yàn)和化學(xué)試驗(yàn)的設(shè)置和安排，給出了提綱挈領(lǐng)式前提設(shè)置的詳細(xì)說明與解析。

汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)正逐步脫離了整車企業(yè)成為專業(yè)化供貨集，目前已經(jīng)成為全球化發(fā)展趨勢。本文適應(yīng)于國際轉(zhuǎn)國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，密切追蹤汽車電子和配件的國際標(biāo)準(zhǔn)和整車廠商的實(shí)際要求與測試行業(yè)現(xiàn)狀，有助于指導(dǎo)我國汽車產(chǎn)業(yè)、檢測技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化的能力擴(kuò)展與提升。