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        車輛電子和電氣組件特定氣候環(huán)境要求與試驗解析

        2021-07-21 09:24:06許毅陸斌王家星
        環(huán)境技術(shù) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:鹽霧限值部件

        許毅,陸斌,王家星

        (1.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院,電子電器與家用電器質(zhì)量檢驗所,上海 201114;2.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院,電子電器與家用電器質(zhì)量檢驗所,汽車零件檢測中心/上海恒測檢測技術(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、機械環(huán)境、電磁環(huán)境和化學(xué)環(huán)境等。針對汽車電子電氣產(chǎn)品可靠性試驗的相關(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,而目前國內(nèi)汽車電子電氣產(chǎn)品的環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)主要還是依據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)條件來規(guī)定。為確保產(chǎn)品具有一定的國內(nèi)和國際市場競爭力,各汽車生產(chǎn)企業(yè)對其電子電氣部件/組件的內(nèi)控要求、驗收指標(biāo)等一般都會高于基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的限值,相比ISO標(biāo)準(zhǔn)的試驗條件和要求更嚴苛。

        本文首先對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)境因素進行了詳細分析,給出可靠性試驗設(shè)置以及具體模擬加速環(huán)境試驗條件需要考慮的環(huán)境參數(shù)和指標(biāo)差異;進一步,依據(jù)國際主流品牌車廠的試驗標(biāo)準(zhǔn)和驗貨規(guī)范[3,4],對小型車輛(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)境下的模擬試驗進行詳盡解析,包括的關(guān)鍵試驗及要求有:內(nèi)部和外部的鹽霧運行試驗、濕熱循環(huán)以及濕熱循環(huán)(帶霜凍)試驗。

        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)境可靠性試驗設(shè)定,模擬環(huán)境加速試驗的條件需考慮諸多方面影響,主要因素包括以下幾個方向:

        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)不同類型的車輛對象,對應(yīng)不同的工作條件和運行模式。車輛設(shè)計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)動機牌號及其排量、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)車輛行駛過程中電壓發(fā)生變化,會造成發(fā)電機過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、車輛載重等運行狀態(tài)(牽引、持續(xù)、貨運等)甚至駕駛習(xí)慣等均是需要考慮的環(huán)境條件。運行模式相關(guān),如:儲存、裝配、起動、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),進行模組集成、裝運、操作、儲存、車輛裝配、正常維護和非正常修理等環(huán)節(jié)時,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,車輛的每個位置均具有各自不同的環(huán)境負荷應(yīng)力集,綜合設(shè)備屬性和環(huán)境負荷等量值并組合形成模擬試驗條件是可行的,同時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)安裝位置的不同實施。

        2 鹽霧運行試驗—外部

        1)目的:

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

        2)測試:

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

        表1 鹽霧運行試驗(外部)的配置參數(shù)

        試驗進行時,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)置為試驗溫度。

        3)要求:

        試驗前、試驗過程中和試驗后,試樣應(yīng)保持功能完好、功能參數(shù)均達到規(guī)范要求,驗證方式可通過持續(xù)參數(shù)監(jiān)測和參數(shù)測試(?。3,4](施加室溫TRT和工作電壓Vop,受試樣品無瑕疵功能)[3,4]執(zhí)行。

        3 鹽霧運行試驗—內(nèi)部

        1)目的:

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

        2)測試:

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

        表2 鹽霧運行試驗(內(nèi)部)的配置參數(shù)

        試驗進行時,應(yīng)考慮到能夠重現(xiàn)受試部件在車輛中原本的配置位。試驗設(shè)置(如:安裝在位、擋水蓋、飾板、操作過程中的狀況等)應(yīng)由承包商建議,采購方批準(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)置為試驗溫度。

        3)要求:

        試驗前、試驗過程中和試驗后,試樣應(yīng)保持功能完好、功能參數(shù)均達到規(guī)范要求,驗證方式可通過持續(xù)參數(shù)監(jiān)測和參數(shù)測試(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,受試樣品無瑕疵功能)執(zhí)行。

        圖1 鹽霧運行試驗(外部)-噴灑階段設(shè)置

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

        4 濕熱循環(huán)

        1)目的:

        試驗通過在車輛運行過程中高濕度的循環(huán)溫度變化模擬作用在部件上的熱負荷,旨在驗證部件對于濕熱環(huán)境的耐受力。

        2)測試:

        按照IEC 60068-2-30[6]及表3中的試驗參數(shù)設(shè)置進行測試。

        表3 濕熱循環(huán)試驗的配置參數(shù)

        參數(shù)測試(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,受試樣品無瑕疵功能)須執(zhí)行2次,到達最低和最高溫度限值時各執(zhí)行一次。

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

        試驗進行時,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:

        試驗前、試驗過程中和試驗后,試樣應(yīng)保持功能完好、功能參數(shù)均達到規(guī)范要求,驗證方式可通過持續(xù)參數(shù)監(jiān)測和參數(shù)測試(大)[3,4]執(zhí)行。

        5 濕熱循環(huán)(帶霜凍)

        1)目的:

        試驗通過在車輛運行過程中高濕度的循環(huán)溫度變化模擬作用在部件上的熱負荷(含霜凍),旨在驗證部件對于濕熱環(huán)境的耐受力。

        2)測試:

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

        表4 濕熱循環(huán)(帶霜凍)試驗的配置參數(shù)

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

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

        試驗進行時,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:

        試驗前、試驗過程中和試驗后,試樣應(yīng)保持功能完好、功能參數(shù)均達到規(guī)范要求,驗證方式可通過持續(xù)參數(shù)監(jiān)測和參數(shù)測試(大)[3,4]執(zhí)行。

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

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

        6 結(jié)語

        考慮到汽車產(chǎn)品與生命安全息息相關(guān),其中對構(gòu)件的環(huán)境試驗要求相對于其它應(yīng)用的同類電子電氣產(chǎn)品(如消費電子產(chǎn)品)更高,必須經(jīng)過各種模擬苛刻環(huán)境條件的試驗進行驗證,以確保產(chǎn)品在預(yù)定的壽命周期內(nèi)能正常運轉(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,各車廠通常會制定高于基礎(chǔ)國家標(biāo)準(zhǔn)要求的環(huán)境條件并形成企業(yè)自身的試驗標(biāo)準(zhǔn)。在國產(chǎn)汽車產(chǎn)業(yè)走向世界的進程中,汽車電子電氣產(chǎn)品越來越成為核心競爭力,需要突破的技術(shù)關(guān)鍵點和難點也越來越多,標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)壁壘的把控工作首當(dāng)其沖。對于前裝產(chǎn)品,部件生產(chǎn)廠按照整車采購要求的試驗條件進行試驗,滿足要求即可。但對于后裝產(chǎn)品,為了適應(yīng)市場的需求,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)境試驗項目及其測試條件。本文所進行的質(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,有助于提升產(chǎn)品在全球市場中的競爭力,幫助企業(yè)從內(nèi)部保證供應(yīng)體系的質(zhì)量,對系統(tǒng)的每個功能層面進行模塊化,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。

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