文云雄，張曉東,2，陳秋岸，符國曉，楊昌錚

（1.廣州電器科學(xué)研究院有限公司海南熱帶環(huán)境分公司，?？?570100；2.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司，廣州 510663）

引言

限溫試驗(yàn)箱是專門針對(duì)汽車內(nèi)飾件試驗(yàn)來設(shè)計(jì)的，目前整車內(nèi)飾件耐候性的考核試驗(yàn)主要有兩種方式，分別為整車自然環(huán)境暴露試驗(yàn)和內(nèi)飾件自動(dòng)跟蹤太陽限溫箱試驗(yàn)（IP/DP箱試驗(yàn)）[1,2]。整車暴露試驗(yàn)是檢驗(yàn)整車環(huán)境耐候性最可靠、最根本的方法，試驗(yàn)結(jié)果的有效性、真實(shí)性高，但試驗(yàn)周期略長，通常試驗(yàn)開展到結(jié)束需要1～2年，且需要整車裝配完成后才能開展試驗(yàn)，難以滿足產(chǎn)品市場(chǎng)高速發(fā)展需求[3]。內(nèi)飾件自動(dòng)跟蹤太陽限溫箱試驗(yàn)可以單個(gè)或多個(gè)內(nèi)飾零部件為試驗(yàn)對(duì)象，模擬零部件在車內(nèi)的安裝狀態(tài)和環(huán)境作用狀態(tài)，試驗(yàn)開展時(shí)間具有較強(qiáng)的靈活性，因而能夠越來越受到國內(nèi)外從事汽車行業(yè)人士的重視[4,5]。因此開展內(nèi)飾件雙向自動(dòng)跟蹤太陽限溫箱試驗(yàn)加速效果研究具有重要意義，分析限溫箱對(duì)比整車暴露試驗(yàn)的加速效果，能夠幫助到汽車行業(yè)相關(guān)人士對(duì)兩種試驗(yàn)情況進(jìn)一步了解，開展試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況來選擇相應(yīng)的試驗(yàn)方式。

1 試驗(yàn)方法

1.1 整車自然暴露

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 40512-2021《汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法》的相關(guān)要求，將汽車整車靜止放置于中國電器科學(xué)研究院股份有限公司瓊海濕熱大氣暴露試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行靜態(tài)自然暴露試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，車輛車頭朝南，并在儀表板上表面布置溫度和太陽輻射傳感器，用以實(shí)時(shí)、連續(xù)收集車輛儀表板處的環(huán)境數(shù)據(jù)[6]。數(shù)據(jù)每5 min自動(dòng)采集一次，自2021年1月1日開始至2021年12月31日結(jié)束，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為一年。每三個(gè)月為一個(gè)檢測(cè)周期，每個(gè)周期對(duì)試驗(yàn)整車進(jìn)行外觀、顏色、光澤度、漆膜粘附性、劃痕腐蝕及電器功能等情況進(jìn)行檢查與評(píng)價(jià)。

1.2 雙向太陽自動(dòng)跟蹤限溫箱試驗(yàn)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GM W 3417的相關(guān)要求，將汽車儀表板固定在安裝支架上放入透明層壓玻璃試驗(yàn)箱內(nèi)，且左右兩端距離箱壁至少留有150 mm、頂側(cè)和底側(cè)兩端距離箱壁至少留有100 mm[7,8]。采取高度角、方位角雙向自動(dòng)跟蹤太陽式，控制箱內(nèi)最高溫度（110±3）℃，試驗(yàn)箱內(nèi)安裝太陽輻射表及黑板溫度傳感器，自2021年1月1日開始至2021年12月31日結(jié)束，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為一年，如圖1所示。

圖1 雙軸太陽自動(dòng)跟蹤限溫箱試驗(yàn)

2 試驗(yàn)設(shè)備

數(shù)據(jù)采集器：CR1000，美國Campbell公司；表面溫度傳感器：T型熱電偶；黑板溫度計(jì)：自制；高溫輻射表：CM4，荷蘭Kipp&Zonen公司。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同試驗(yàn)條件下儀表板表面環(huán)境條件差異

對(duì)汽車儀表板來說，大部分時(shí)間處于密閉空間內(nèi)，其光熱老化主要受太陽輻照和溫度的影響。圖2對(duì)比分析了某天內(nèi)整車自然曝露試驗(yàn)和雙向自動(dòng)跟蹤太陽限溫箱試驗(yàn)內(nèi)儀表板表面接收的太陽輻射強(qiáng)度變化情況?？梢钥闯?，由于試驗(yàn)箱始終垂直朝向太陽，箱內(nèi)儀表板表面從上午11∶00至下午16∶30左右持續(xù)處于700 w/m2以上的強(qiáng)太陽照射狀態(tài)，而車內(nèi)儀表板表面受太陽移動(dòng)和車頂遮擋的影響，太陽輻射強(qiáng)度從下午14∶00左右就快速下降到200 w/m2左右。相應(yīng)的，試驗(yàn)箱內(nèi)儀表板表面溫度10∶30～16∶30幾乎都維持在不低于95 ℃的溫狀態(tài)，而車內(nèi)儀表板表面在中午13∶00左右達(dá)到最高度99.9 ℃，但持續(xù)時(shí)間較短暫，下午14∶00左右，車內(nèi)儀表板溫度開始快速下降，并保持在60 ℃左右（圖3）。

圖2 太陽移動(dòng)對(duì)不同試驗(yàn)條件下儀表板輻射量的影響

圖3 某天內(nèi)不同試驗(yàn)條件下儀表板表面溫度變化

圖4反映了車內(nèi)儀表板與限溫箱內(nèi)儀表板各檢測(cè)周期的累計(jì)輻射量情況，每3個(gè)月為一個(gè)檢查周期統(tǒng)計(jì)一次數(shù)據(jù)。限溫箱箱內(nèi)太陽輻射量整體均比車內(nèi)輻射量高，尤其是下半年，試驗(yàn)光照充足，每個(gè)周期累計(jì)的輻射量都要比車內(nèi)射量高出800 MJ/m2以上。全年下來，箱內(nèi)太陽輻射總量為6741.6 MJ/m2，車內(nèi)儀表板處太陽輻射總量為3619.4 MJ/m2，二者之間的比值為1.86。

圖4 車內(nèi)與箱內(nèi)各月份輻射量累計(jì)情況

將樣品表面溫度等于及高于90 ℃的狀態(tài)定義為高溫狀態(tài)。圖5反映了車內(nèi)儀表板與箱內(nèi)儀表板各月份受到90 ℃及以上高溫的累計(jì)時(shí)長。通過分析發(fā)現(xiàn)限溫箱內(nèi)儀表板各月份受到的90 ℃及以上高溫的持續(xù)性要遠(yuǎn)長于車內(nèi)儀表板，尤其是在5～10月份光照充足時(shí)反映更為明顯。試驗(yàn)箱內(nèi)全年累計(jì)90 ℃及以上的高溫時(shí)長為710.8 h，而車內(nèi)的90 ℃及以上高溫的累計(jì)時(shí)長僅為428.2 h，箱內(nèi)受到的90 ℃及以上高溫持續(xù)時(shí)長是車內(nèi)的1.7倍。

圖5 90 ℃及以上溫度各月份累計(jì)的時(shí)長

3.2 TNR綜合環(huán)境作用力分析

GMW3417-2018標(biāo)準(zhǔn)中利用TNR模型（式1）考察太陽輻照和溫度對(duì)汽車內(nèi)飾件綜合作用，本研究統(tǒng)計(jì)各月份車內(nèi)及箱內(nèi)儀表板所受TNR綜合環(huán)境作用力的實(shí)際情況。

TNR以蘭利（ly）為單位，計(jì)算公式如下：

式中：

R—試驗(yàn)規(guī)定用玻璃下所測(cè)得的太陽輻照量，一般每5 min取一次值，ly；

T—從試驗(yàn)裝置黑板溫度計(jì)測(cè)得的溫度，一般每5 min取一次值，℃；

TNR—溫度校正太陽輻照量，由R及T計(jì)算累加得到，一般每5 min計(jì)算一次，ly。

圖6 反映的是車內(nèi)及試驗(yàn)箱內(nèi)儀表板各月份受到TNR綜合環(huán)境作用力情況，通過曲線數(shù)值反映的情況來看，可以發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)受到的TNR綜合環(huán)境作用值要遠(yuǎn)強(qiáng)于車內(nèi)，車在5～10月份光照充足的時(shí)期，作用強(qiáng)度更為明顯。車內(nèi)全年受到TNR綜合環(huán)境作用值為51 021.8 ly，試驗(yàn)箱內(nèi)全年受到TNR綜合環(huán)境作用值為116 155.8 ly，箱內(nèi)全年TNR綜合環(huán)境作用力加速值約為車內(nèi)的2.3倍。

圖6 車內(nèi)及試驗(yàn)箱內(nèi)儀表板各月份受到的TNR綜合環(huán)境作用力情況

3.3 外觀性能變化

表1比較了車內(nèi)與箱內(nèi)儀表板各月份TNR蘭利值累計(jì)及外觀變化情況。通過記錄情況，可以發(fā)現(xiàn)車內(nèi)儀表板在試驗(yàn)累計(jì)9個(gè)月時(shí)，儀表板右側(cè)表面出現(xiàn)弱化線的外觀缺陷（圖7），此時(shí)車內(nèi)累計(jì)受到TNR蘭利值總量為4 1241.9 ly，箱內(nèi)儀表板則在試驗(yàn)累計(jì)5個(gè)月時(shí)，儀表板表面出現(xiàn)與車內(nèi)相同弱化線痕外觀缺陷，此時(shí)箱內(nèi)受到TNR蘭利值總量為43 644.9 ly，與車內(nèi)儀表板出現(xiàn)相同缺陷時(shí)受到的綜合環(huán)境作用力TNR蘭利值僅相差2 403 ly，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，可認(rèn)為試驗(yàn)儀表板出現(xiàn)弱化線時(shí)的TNR值相同。

圖7 儀表板弱化線外觀缺陷示意圖

表1 車內(nèi)與箱內(nèi)儀表板各月份TNR蘭利值累計(jì)及外觀變化記錄

從外觀變化缺陷反映的時(shí)間來看，儀表板在試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)5個(gè)月時(shí)便出現(xiàn)弱化線痕觀缺陷，而車內(nèi)則在試驗(yàn)9個(gè)月時(shí)才反映出了相同的外觀變化缺陷，箱內(nèi)比車內(nèi)相同缺陷反映的時(shí)間整整快了4個(gè)月，從這一點(diǎn)來看，試驗(yàn)箱具有明顯的試驗(yàn)重復(fù)性和加速性，該試驗(yàn)方法在汽車零部件驗(yàn)證階段應(yīng)大力推廣應(yīng)用，以節(jié)省零部件設(shè)計(jì)定型時(shí)間。

4 結(jié)論

基于上述討論，可以得出以下結(jié)論：

雙向自動(dòng)跟蹤太陽限溫箱試驗(yàn)較整車自然曝露試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)對(duì)象在相同時(shí)間內(nèi)經(jīng)受更長時(shí)間的高輻照、高溫狀態(tài)，試驗(yàn)具有明顯的可重復(fù)性和加速性，該試驗(yàn)方法在汽車零部件驗(yàn)證階段應(yīng)大力推廣應(yīng)用。