胡凱，王釗桐，于國(guó)林，張旺威，張仕彬

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663）

引言

發(fā)展電驅(qū)動(dòng)型新能源汽車(chē)已成為全球汽車(chē)工業(yè)的趨勢(shì)。自新能源汽車(chē)誕生以來(lái)，車(chē)輛高度模塊化、集成化的底層設(shè)計(jì)，給消費(fèi)者帶來(lái)了更智能化、更舒適化、更節(jié)能化的駕駛和乘坐體驗(yàn)。與傳統(tǒng)燃油車(chē)相比，車(chē)輛中的電子電氣部件越來(lái)越多，并且在高度模塊化、集成化的背后，無(wú)疑對(duì)車(chē)輛零部件的可靠性要求也越高。因此，基于傳統(tǒng)燃油車(chē)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)規(guī)范已經(jīng)無(wú)法更全面地覆蓋新能源汽車(chē)平臺(tái)下的可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證需求。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布了新版的道路車(chē)輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)，即ISO 16750 系列，其包括4部分。標(biāo)準(zhǔn)由ISO/TC22 道路車(chē)輛技術(shù)委員會(huì)SC32 電氣和電子元件及一般系統(tǒng)分委員會(huì)編寫(xiě)。其中ISO 16750-3:2023 作為第四版，取消并取代了第三版（即：ISO 16750-3:2012[2]），主要是規(guī)定了車(chē)輛的電氣和電子系統(tǒng)和組件，其中包括最大工作電壓為B 級(jí)電壓（最大工作電壓大于30 Vac 且小于或等于1 000 Vac，或大于60 Vdc 且小于或等于1 500 Vdc 的電力組件或電路）的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和部件的機(jī)械負(fù)荷環(huán)境試驗(yàn)要求，并明確了不適用于摩托車(chē)和輕便摩托車(chē)系統(tǒng)和組件的環(huán)境要求或測(cè)試。

相比于舊版標(biāo)準(zhǔn)，新版標(biāo)準(zhǔn)更加細(xì)分了燃油動(dòng)力乘用/商用車(chē)、混合驅(qū)動(dòng)/純電驅(qū)動(dòng)乘用/商用車(chē)各安裝部位的零部件應(yīng)進(jìn)行的機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)。本文針對(duì)ISO 16750-3:2023 的標(biāo)準(zhǔn)條款進(jìn)行分析，同時(shí)與舊版標(biāo)準(zhǔn)ISO 16750-3:2012 進(jìn)行對(duì)比，以便標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)使用者更好理解標(biāo)準(zhǔn)或開(kāi)展試驗(yàn)。

1 ISO 16750-3:2023 標(biāo)準(zhǔn)主要變化

1.1 整合了ISO 19453-3:2018 道路車(chē)輛 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)第三部分：機(jī)械負(fù)荷的內(nèi)容

ISO 19453 是基于最大工作電壓為B 級(jí)電壓部件的基礎(chǔ)研究和在車(chē)輛中測(cè)量的數(shù)據(jù)形成，而且與ISO 16750系列遵循相同的基本原則。因此，與新版的ISO 16750-3形成互補(bǔ)。

1.2 對(duì)小型和輕量化的部件、大型/重型的部件進(jìn)行區(qū)分

新版的ISO 16750-3 根據(jù)部件的重量進(jìn)行區(qū)分。通常，重量＜2 kg 的部件，定義為小型和輕量化的部件（除非在單獨(dú)的試驗(yàn)中另有說(shuō)明，例如傳感器、ECU 或燃油噴射設(shè)備）；重量≥2 kg 的部件，主要屬于但不限于電動(dòng)汽車(chē)中的電動(dòng)動(dòng)力總成，定義為大型/重型的部件（除非在單獨(dú)的試驗(yàn)中另有說(shuō)明，例如電動(dòng)機(jī)、逆變器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器或交流發(fā)電機(jī)）。

1.3 試驗(yàn)順序發(fā)生變化及增加了部分試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)試驗(yàn)類(lèi)型進(jìn)行了邏輯分組，所以試驗(yàn)順序同時(shí)出現(xiàn)變化。增加了燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)試驗(yàn)、混合動(dòng)力/純電動(dòng)商用車(chē)的振動(dòng)試驗(yàn)、引導(dǎo)墜落試驗(yàn)描述。新版標(biāo)準(zhǔn)有19 項(xiàng)振動(dòng)試驗(yàn)條款，3 項(xiàng)沖擊試驗(yàn)條款，2 項(xiàng)自由跌落試驗(yàn)條款。

1.4 增加試驗(yàn)附錄[1]

增加了附錄C 用于指導(dǎo)起動(dòng)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)和類(lèi)似部件的振動(dòng)篩試驗(yàn)；增加了附錄D 用于指導(dǎo)自由落體試驗(yàn)；增加了附錄E 用于指導(dǎo)汽車(chē)零部件的三維振動(dòng)試驗(yàn)。

2 ISO 16750-3 的新舊版差異分析

2.1 振動(dòng)試驗(yàn)期間的試驗(yàn)條件一般規(guī)定

新版標(biāo)準(zhǔn)除了對(duì)車(chē)輛零部件按照質(zhì)量進(jìn)行區(qū)分以外，強(qiáng)調(diào)了振動(dòng)試驗(yàn)應(yīng)通過(guò)車(chē)輛測(cè)量來(lái)驗(yàn)證預(yù)期振動(dòng)曲線的適用性。在特俗情況下，如果零部件非剛性固定在振動(dòng)臺(tái)上而是使用安裝支架的情況，應(yīng)該注意從激勵(lì)到被測(cè)零部件的振動(dòng)傳遞函數(shù)與實(shí)車(chē)測(cè)量進(jìn)行比較，并考慮選擇適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)控制策略，并且應(yīng)將安裝方法注明在報(bào)告中。如果試驗(yàn)中零部件有功能動(dòng)作或信號(hào)監(jiān)控，應(yīng)當(dāng)考慮到線束的布置和固定，避免試驗(yàn)中因?yàn)榫€束本身的運(yùn)動(dòng)引起信號(hào)干擾和對(duì)連接器的負(fù)面機(jī)械影響。

2.2 振動(dòng)試驗(yàn)期間疊加的溫度循環(huán)一般規(guī)定

在車(chē)輛的實(shí)際使用環(huán)境下，振動(dòng)的應(yīng)力可能在低溫或高溫下同時(shí)出現(xiàn)。為進(jìn)一步模擬了機(jī)械應(yīng)力和溫度應(yīng)力之間的相互作用，并根據(jù)零部件的質(zhì)量以及安裝面積是決定溫度循環(huán)設(shè)計(jì)的主要影響因素，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)以外的小型和輕量化的部件的溫度循環(huán)曲線（如圖1（a））、安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)以外的大型/重型部件的溫度循環(huán)曲線（如圖1（b））和安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的部件的溫度循環(huán)曲線（如圖1（c））。

圖1 ISO 16750-3:2023 振動(dòng)試驗(yàn)期間疊加的溫度循環(huán)曲線

將圖1 和圖2 進(jìn)行對(duì)比，新版標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)質(zhì)量、安裝位置的不同對(duì)部件應(yīng)承受模擬的溫度循環(huán)曲線進(jìn)行細(xì)分，并且試驗(yàn)過(guò)程部件需要執(zhí)行的工作模式[3]要求更多、更嚴(yán)酷。而舊版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所有部件都只要求按照一種溫度循環(huán)曲線模擬溫度應(yīng)力疊加。此外，對(duì)于安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)以外的大型/重型的部件的溫度循環(huán)，考慮到非散熱型部件的特性，新版標(biāo)準(zhǔn)還要求在試驗(yàn)前還應(yīng)當(dāng)在工作模式2.1 的狀態(tài)下對(duì)部件進(jìn)行溫度測(cè)量，以確定部件在Tmax和Tmin下的實(shí)際暴露時(shí)間。

圖2 ISO 16750-3:2012 振動(dòng)試驗(yàn)期間疊加的溫度循環(huán)曲線

2.3 舊版標(biāo)準(zhǔn)保留的振動(dòng)試驗(yàn)與新版標(biāo)準(zhǔn)的差異

新版保準(zhǔn)相比于舊版標(biāo)準(zhǔn)，仍保留了12 項(xiàng)乘用車(chē)和商用車(chē)部件的振動(dòng)試驗(yàn)條件，如表一所示。但試驗(yàn)Ia—乘用車(chē)上的內(nèi)燃機(jī)、試驗(yàn)II—乘用車(chē)內(nèi)燃機(jī)上的變速箱、試驗(yàn)IV—乘用車(chē)彈性車(chē)身、試驗(yàn)V—乘用車(chē)，非彈性車(chē)體（車(chē)輪、車(chē)輪懸架）、試驗(yàn)VI—商用車(chē)內(nèi)燃機(jī)、變速箱、試驗(yàn)VII—商用車(chē)彈性車(chē)身、試驗(yàn)IX—商用車(chē)，非彈性車(chē)體（車(chē)輪、車(chē)輪懸架）這7 項(xiàng)試驗(yàn)，新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)部件以重量為基準(zhǔn)進(jìn)一步劃分，主要以小型和輕量化的部件為主。

2.4 新版標(biāo)準(zhǔn)增加的振動(dòng)試驗(yàn)概述

ISO 16750-3:2023 相比于舊版標(biāo)準(zhǔn)，增加了6 項(xiàng)乘用車(chē)和商用車(chē)部件的振動(dòng)試驗(yàn)條件，如表二所示。新增的振動(dòng)試驗(yàn)，以大型和重型部件為主，而且增加了混合動(dòng)力、純電動(dòng)平臺(tái)的車(chē)身部件試驗(yàn)條件。

2.5 機(jī)械沖擊

新版、舊版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)械沖擊進(jìn)行了分類(lèi)而且試驗(yàn)條件相同，分別是沖擊I—安裝在乘用車(chē)車(chē)門(mén)和蓋板內(nèi)/上的試驗(yàn)、沖擊II—安裝在車(chē)身和車(chē)架剛性點(diǎn)上的試驗(yàn)和沖擊III—安裝在變速箱內(nèi)/上的試驗(yàn)，如表1 所示。但是，對(duì)于安裝在乘用車(chē)車(chē)門(mén)和蓋板內(nèi)/上的試驗(yàn)，新版標(biāo)準(zhǔn)的沖擊試驗(yàn)次數(shù)約為舊版的兩倍。此外，新版標(biāo)準(zhǔn)還增加了針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)前后備箱的充電設(shè)備的機(jī)械沖擊。

表1 保留的振動(dòng)試驗(yàn)類(lèi)別和參數(shù)

表2 新增振動(dòng)試驗(yàn)類(lèi)別及參數(shù)

2.6 自由跌落

新版標(biāo)準(zhǔn)以質(zhì)量為準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)部件進(jìn)行了區(qū)分，要求跌落面的的質(zhì)量應(yīng)至少為被測(cè)部件的20 倍。同時(shí)也對(duì)跌落高度、跌落方向提供了更加客觀的規(guī)定，如表4 所示。

表4 自由跌落試驗(yàn)參數(shù)對(duì)比

2.7 外殼強(qiáng)度/耐刮擦和耐磨性

新版標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定外殼強(qiáng)度/耐刮擦和耐磨性試驗(yàn)應(yīng)按照UL 969:2017 表4.1 中描述的易讀性測(cè)試（針對(duì)標(biāo)簽的印刷表面）或污損測(cè)試（針對(duì)標(biāo)簽或未打印材料）進(jìn)行。并要求應(yīng)考慮車(chē)輛環(huán)境，溫度、濕度和預(yù)處理等測(cè)試條件。

舊版標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定測(cè)試和要求應(yīng)由制造商和客戶商定（例如，控制元件和鑰匙上的標(biāo)記和標(biāo)簽應(yīng)保持可見(jiàn)）。

2.8 碎石沖擊

新版標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定碎石沖擊試驗(yàn)應(yīng)按照ISO 20567-1進(jìn)行，可根據(jù)客戶和供應(yīng)商之間的協(xié)議選擇A、B、C 三種嚴(yán)酷等級(jí)。并要求試驗(yàn)應(yīng)注意部件在車(chē)輛上的安裝方向，試驗(yàn)部件可以是部件的一部分而不一定是整體。

舊版標(biāo)準(zhǔn)只描述了碎石沖擊試驗(yàn)的目的，沒(méi)有規(guī)定具體的試驗(yàn)方法。

3 結(jié)語(yǔ)及建議

通過(guò)對(duì)新版本標(biāo)準(zhǔn)的剖析，以及與舊版本之間的參數(shù)對(duì)比可見(jiàn)，新版ISO 16750-3 的機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)使用范圍更廣，不僅適用于傳統(tǒng)燃油動(dòng)力車(chē)輛零部件試驗(yàn)，還適用于當(dāng)今熱門(mén)的純電動(dòng)、混合動(dòng)力平臺(tái)車(chē)輛零部件。但是，新版標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)參數(shù)更加嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、更加嚴(yán)酷，對(duì)零部件供應(yīng)商無(wú)疑是一道關(guān)卡，零部件供應(yīng)商的驗(yàn)證成本也進(jìn)一步提高。更嚴(yán)酷的試驗(yàn)條款的變更和增加無(wú)疑是對(duì)高集成化、智能化的車(chē)輛部件的更高、更安全的可靠性要求。對(duì)此，根據(jù)新舊版標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，本人就實(shí)際經(jīng)驗(yàn)針提出以下兩點(diǎn)建議：

1）振動(dòng)試驗(yàn)前，對(duì)有必要進(jìn)行溫度暴露時(shí)間確定的部件，應(yīng)與供應(yīng)商確定熱電偶的布置位置，并且操作時(shí)應(yīng)佩戴防靜電手套，避免人體靜電對(duì)電氣部件造成靜電損傷。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中提出的對(duì)于固有頻率的分辨，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)沒(méi)有明確固有頻率搜索的詳細(xì)條件，所以需要與供應(yīng)商確認(rèn)固有頻率點(diǎn)的判定條件。以Q 值（放大系數(shù)）或者以幅值比為準(zhǔn)。

2）對(duì)于大型和重型部件的振動(dòng)試驗(yàn)，應(yīng)準(zhǔn)確地把握其安裝方式和控制方式?？刂品绞竭x擇是否恰當(dāng)，將直接影響試驗(yàn)結(jié)果。控制方式推薦兩種平均控制方法，第一種是部件激勵(lì)和響應(yīng)的加權(quán)平均控制（推薦權(quán)重：平均控制信號(hào)=3×激勵(lì)+1×部件響應(yīng)），第二種是對(duì)部件安裝多個(gè)控制點(diǎn)信號(hào)的平均控制，每個(gè)部件使用相同的因子進(jìn)行加權(quán)。