【摘" 要】汽車腐蝕試驗是整車道路驗證試驗的重要組成部分，關鍵零部件的防腐能力是整車可靠性和安全性的指標之一。文章首先對腐蝕環(huán)境下整車路試中關鍵零部件的失效模式進行梳理，并對失效的根本原因進行分析，為整車試驗故障排查、試驗備件的準備提供參考，可提高整車道路驗證試驗效率。其次為零部件的設計更改和子系統(tǒng)試驗提供參考，有利于提高汽車的可靠性和安全性。

【關鍵詞】腐蝕試驗；整車道路驗證試驗；關鍵零部件；失效模式；根本原因

中圖分類號：U463.6" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）08-0074-03

Failure Analysis of Key Components in Vehicle Road Test Under Corrosive Environment

LIU Zhendong，SONG Heng，LI Xiaochen，LI Shujin

（Guangde Branch，SAIC-GM Co.，Ltd.，Guangde 242227，China）

【Abstract】Vehicle corrosion test is an important part of the vehicle road validation test. The anti-corrosion ability of key parts is one of the indicators of vehicle reliability and safety. This article first sorts out the failure modes of key parts in the vehicle road test under the corrosive environment and analyzes the root cause of the failure，providing a reference for troubleshooting vehicle test failures and the preparation of test spare parts，which can improve the efficiency of vehicle road validation tests. It also provides a reference for component design changes and subsystem tests，which is conducive to improving the reliability and safety of automobiles.

【Key words】corrosion test；vehicle road validation test；key parts；failure mode；root cause

作者簡介

劉振東（1988—），男，碩士，工程師，研究方向為整車試驗。

在汽車研發(fā)過程中，整車道路驗證試驗是整車開發(fā)認證的最后一道關口，是利用實際車輛在實際道路（試驗場道路或公共道路）上模擬客戶使用的整車級加速試驗，是代表客戶評價整車設計功能、性能、品質和可靠性的重要方法和技術手段，是連接設計與客戶的紐帶[1]。相比于試驗室測試，道路驗證試驗能夠更好地模擬真實的駕駛條件，包括各種路面狀況和環(huán)境條件。其中，環(huán)境適應性試驗是整車道路驗證試驗的重要組成部分，是為了測試汽車在不同氣候和環(huán)境下的適應性和耐久性，如高溫、低溫、高濕度、高海拔以及腐蝕試驗等。

耐腐蝕是汽車耐久性能的一項重要考核指標，廣受各汽車制造商的關注。汽車腐蝕問題不僅影響整車外觀，對整車的性能、可靠性和安全性也有重要的影響。為了提高整車及零部件的防腐能力，汽車制造商不斷開發(fā)、改進車輛的設計，應用各種技術工藝，減少腐蝕所導致的外觀抱怨和使用過程中發(fā)生故障所產生的安全隱患[2]，從而提高汽車的可靠性和安全性，以滿足消費者的需求。

某試車場在整車路試中采用整車搭載腐蝕試驗和環(huán)境模擬試驗的腐蝕試驗模型，由于整車路試周期長達5個月之久，零部件會在整車路試過程中發(fā)生失效，本文梳理了近5年來整車路試中關鍵零部件因腐蝕引起的失效問題，對失效模式和根本原因進行了分析，為整車的試驗故障排查、試驗備件的準備提供參考，提高整車道路驗證試驗效率。為零部件的設計更改、子系統(tǒng)試驗等提供參考，提高了汽車的可靠性和安全性。

1" 腐蝕分類

1）金屬腐蝕指金屬與周圍環(huán)境或介質之間發(fā)生化學或電化學作用而被破壞或變質的現(xiàn)象。由于金屬腐蝕的現(xiàn)象和機制比較復雜，按照腐蝕機制可分為化學腐蝕、電化學腐蝕和物理腐蝕，其中電化學腐蝕最為普遍，對金屬的危害最為嚴重，也是整車關鍵零部件的腐蝕類型。

2）化學腐蝕指金屬表面與非電解質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。該類腐蝕的特點是在一定條件下，非電解質中的氧化劑直接與金屬表面原子相互作用而形成腐蝕產物，腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬和氧化劑之間直接進行的，不產生電流。例如鐵的氧化反應：

4Fe+3O2+xH2O→2Fe2O3·xH2O（1）

3）電化學腐蝕指金屬與電解質溶液間產生電化學作用而引起的破壞，其特點是在腐蝕過程中有電流產生。在水分子作用下，電解質溶液中金屬本身呈離子化，當金屬離子與水分子的結合能力大于金屬離子與其電子的結合力時，上部分金屬離子就從金屬表面跑到電解液中，形成了電化學腐蝕。例如：鐵在氯化鈉溶液中的電化學反應，形成了原電池，加快了鐵的腐蝕。

2Fe+2H2O+O2→2Fe（OH）2（2）

4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3（3）

2Fe（OH）3→Fe2O3+3H2O（4）

4）物理腐蝕指金屬和周圍的介質發(fā)生單純的物理溶解而產生的破壞，這種腐蝕一般同時伴隨著其他腐蝕形式出現(xiàn)。

2" 整車道路驗證試驗的腐蝕試驗工況

某試車場整車道路驗證試驗中主要的腐蝕試驗工況有高溫高濕環(huán)境艙、鹽濺路、鹽霧室、砂石漿路、洗車、砂石路和石塊路等。本文簡單介紹一下某試車場的環(huán)境艙、鹽濺路和鹽霧室工況，腐蝕試驗設施如圖1所示。

2.1" 高溫高濕環(huán)境艙工況

高溫高濕環(huán)境艙是用于將整車暴露在一個高溫、高濕的環(huán)境中，增補或加速周邊環(huán)境對整車的腐蝕程度。對于金屬樣件，當相對濕度超過70%以上時，會在樣件表面生成一層吸附的電解液膜，腐蝕速率會急劇增加。在一定溫度范圍內，溫度每提高10℃，腐蝕反應速率將提升2～4倍。某試車場的環(huán)境艙溫度要求為47～51℃，保持相對濕度在96%～100%之間，單次執(zhí)行時長為4h。經研究，在外界環(huán)境溫度25～30℃的范圍時，每5天為一個周期，車底搭載的腐蝕掛片的質量損失Δm和該周期內每日環(huán)境艙補償時長t的關系如圖2所示。在常規(guī)試驗過程中，為了使腐蝕量控制在標準范圍內，需要根據(jù)整車試驗周期和外界環(huán)境溫濕度的變化動態(tài)調整環(huán)境艙數(shù)量。

2.2" 鹽濺路工況

鹽濺路主要模擬了車輛在噴灑有“氯鹽類”融雪劑、防塵劑的路面上行駛時的工況[3]。車輛以一定的車速駛過鹽濺路時，使含鹽積水飛濺到整車車身底部、底盤和前機艙內等區(qū)域，達到加速腐蝕車身、底盤及驅動系統(tǒng)相關零部件的效果。某試車場的鹽濺路長度為75m；5%（按質量計）氯化鈉溶液（工藝控制在4.5%～5.5%之間），溶液深度在3～7mm之間，流經整個特征路面。車輛行駛時，左側和右側車輪依次通過長度約為3m、深度為100mm的濺水坑。經研究，不同車速v下通過濺水坑時的水濺高度H的關系如圖3所示。某試車場設定通過濺水坑的最高車速為48km/h，使鹽水充分飛濺到整車的相關部位。

2.3" 鹽霧室工況

鹽霧室模擬了車輛在沿海地區(qū)使用時受海洋大氣腐蝕環(huán)境的影響，在車身上形成均勻分布的薄鹽水膜，考核車身和前艙內部的耐腐蝕能力。車輛在封閉的鹽霧室中靜置約3min，1%（按質量計）的鹽溶液以0.5～1.3mg/cm2的速率噴射到車身上，在車輛外表面實現(xiàn)鹽沉積和鹽結晶，同時也會侵入前艙內部考核動力總成等相關零部件的防腐能力。通常在整個10年耐久腐蝕試驗中會進行上百次鹽霧室規(guī)范，經研究，前艙內固定位置搭載腐蝕掛片，每日進行3次鹽霧室規(guī)范，質量損失Δm隨試驗天數(shù)d的變化如圖4所示。

以上試驗工況在道路試驗中均布排列，各工況之間盡量排布里程較大或時間較長的其他試驗規(guī)范（洗車及ABS/TCS測試路規(guī)范除外），以使車身表面的腐蝕成分吹干。鹽濺路和鹽霧室工況之間至少間隔1h，且雨天禁止執(zhí)行這兩種試驗工況。

3" 整車關鍵零部件失效的腐蝕相關性分析

通過對某試車場近5年來整車路試中零部件失效問題的梳理，發(fā)現(xiàn)失效原因與腐蝕相關的關鍵零部件主要有發(fā)電機、空調壓縮機、蓄電池正極電纜、線束接插件和底盤零部件等。

3.1" 發(fā)電機

在腐蝕環(huán)境下的整車道路驗證試驗中，發(fā)電機是失效頻次最高的一個零部件，失效后將導致車輛電池充電系統(tǒng)不工作，試驗被暫停，影響試驗效率。該零部件在失效時有3種表現(xiàn)形式，一是在鹽濺路或砂石漿路工況后前艙出現(xiàn)焦糊味，部分車輛伴有冒煙現(xiàn)象，隨后在駕駛員信息中心點亮紅色蓄電池故障燈；二是在行駛過程中駕駛員信息中心的蓄電池故障燈點亮，提示“請檢修電池充電系統(tǒng)”，車輛報出與發(fā)電機相關的故障碼；三是在長時間停放（如環(huán)境艙、隔夜、節(jié)假日或其他故障原因導致的長時間停放等工況）后，車輛無法啟動，發(fā)電機卡滯或卡死。

對失效的發(fā)電機進行拆解分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機的失效模式主要有兩種：一種是發(fā)電機內部受到大量鹽水侵蝕，導致定子短路；另一種是定子與轉子卡死。導致失效的主要誘因是：在鹽濺路工況中，鹽水飛濺到發(fā)電機上，大量鹽水進入定轉子氣隙，并在高溫下形成鹽結晶。轉子在旋轉的過程中，鹽結晶會造成轉子外表面和定子內表面磨損且發(fā)熱，造成定子線圈漆膜被破壞，導致定子短路，這就是第1種失效模式的根本原因，如圖5所示。對于第2種失效模式，其根本原因為車輛長時間停放且發(fā)電機未運轉，定、轉子因腐蝕膨脹，導致定子與轉子之間運轉卡滯或卡死[4]。

對發(fā)電機的安裝位置進行分析，發(fā)現(xiàn)這些車型的發(fā)電機布置位置很低且靠近右前輪，部分車型在底部沒有擋板保護，如圖6所示。因此，當車輛執(zhí)行鹽濺路或砂石漿路工況試驗時，右前輪濺起的鹽水或泥水容易侵蝕發(fā)電機。通過調查研究，部分車型通過設計改進，增加防水擋板來保護發(fā)電機，減少鹽水或泥水飛濺對發(fā)電機造成的腐蝕失效。部分車型在試驗時增加發(fā)電機備件，在車輛長時間停放時，每日啟動車輛并運轉發(fā)電機，減少車輛因發(fā)電機失效而引起的試驗暫停時間，從而提高試驗效率。

3.2" 空調壓縮機

空調壓縮機也是腐蝕環(huán)境下整車路試中失效頻次較高的一個零部件，失效后將導致車輛空調系統(tǒng)不制冷、除霜除霧功能失效，試驗暫停，影響試驗效率。該零部件在失效時有兩種表現(xiàn)形式，一是空調不制冷，空調壓縮機通電后離合器不吸合；二是離合器皮帶輪在運轉過程中發(fā)出噪聲amp;異響。

對失效的壓縮機進行拆解分析，發(fā)現(xiàn)其失效模式為腐蝕試驗引起的離合器表面（皮帶輪和吸盤面）銹蝕。若銹蝕嚴重，離合器吸合過程中，皮帶輪與吸盤間發(fā)生相對滑動，摩擦產生的持續(xù)高溫使離合器燒灼，導致熱熔斷器斷開，如圖7所示。

空調壓縮機的安裝位置優(yōu)于發(fā)電機，一般布置在發(fā)動機的前端，但是仍有少量鹽水飛濺到該零件上。在整車路試過程中，通常采用增加壓縮機備件的方式來減少車輛試驗暫停的時間。

3.3" 蓄電池正極電纜

蓄電池正極電纜是整車路試中較常見的腐蝕失效零件，主要失效形式有兩種：一是常規(guī)燃油車的起動機正極線束端子腐蝕斷裂，表現(xiàn)為發(fā)動機無法啟動，起動機在點火時沒有響應；另一種是新能源車的輔助電源模塊正極線束端子斷裂問題，表現(xiàn)為蓄電池故障燈點亮和12V蓄電池充電系統(tǒng)存在故障。某新能源車輔助電源模塊正極線束端子斷裂如圖8所示。

通過對零件失效形式進行分析，主要原因為：①起動機正線束端子在頻繁起停的工況下，形成雜散電流沖擊端子鍍層，造成鍍層破壞，基底銅在鹽霧試驗環(huán)境下發(fā)生電化學反應腐蝕變??；②輔助電源模塊正極線束端子為L型設計，端子末端無絕緣保護，在鹽濺路工況中形成腐蝕液堆積并形成電化學腐蝕。該零件的改進措施為改變端子的厚度、材料、鍍層厚度，以及增加防護套等，提高零件的防腐能力。

3.4" 線束接插件

線束接插件進水腐蝕失效也是整車路試中較常見的一種故障模式，是排故過程最為艱辛的一類故障，如圖9所示。該類故障通常出現(xiàn)在環(huán)境艙試驗、鹽濺路試驗或砂石漿路試驗之后，車輛驅動系統(tǒng)出現(xiàn)自動熄火或停機、駕駛員信息中心點亮紅色或黃色的故障燈、總線報出相關故障碼等表現(xiàn)形式。

線束接插件少量進水后會導致短路或漏電等問題，整車報出相關故障，在鎖定問題排查方向的過程中，侵入接插件的少量水分會揮發(fā)，此時肉眼難以察覺到水分或車輛故障已消失，給故障的排查帶來了一定的難度。為了鎖定問題的根本原因，會在試驗過程中采取加裝監(jiān)控儀器、更換相關的硬件、復現(xiàn)問題工況等措施，耗費較多的人力和物力資源，最終在問題多次復現(xiàn)后發(fā)現(xiàn)線束接插件進水腐蝕。究其原因為線束接插件密封性問題或工藝品質問題。

3.5" 底盤零部件

因腐蝕試驗失效的底盤零件主要為制動盤、彈簧和減振器等。在車輛上的表現(xiàn)為制動抖動、彈簧腐蝕斷裂和減振器腐蝕漏油等。制動抖動是由于路試過程中加速腐蝕引起的制動盤端面跳動（LRO）超差引起的。彈簧腐蝕斷裂和減振器腐蝕漏油是由于路試過程中石擊造成零件涂層破壞和基體表面缺陷，在腐蝕環(huán)境中基體進一步腐蝕導致疲勞失效。

4" 總結

腐蝕環(huán)境作用下整車路試失效的零部件有很多，其中還有一些零件的腐蝕失效出現(xiàn)在維修過程中，本文不再一一列舉。本文僅對幾個關鍵零部件的腐蝕失效問題進行了分析，得出以下結論，為零部件的設計和整車腐蝕試驗提供參考。

1）為了提高整車及零部件的抗腐蝕能力，需要從工藝、設計、制造及選材等方面綜合考慮。合理的設計可以有效降低腐蝕失效，延長車輛的使用壽命，提高可靠性，如增加底護板、端蓋和保護罩等。

2）整車在進行腐蝕試驗時，應提前考慮并準備相關備件。長時間停放時應每日運轉車輛，減少腐蝕失效，提高試驗效率。

3）故障排查時應結合問題發(fā)生的環(huán)境和試驗工況等因素，縮小排查范圍，提高工作效率，降低試驗成本。

參考文獻：

[1] 陳偉波，范韜，葉欣，等. 基于浴盆曲線的整車耐久試驗故障曲線[J]. 武漢理工大學學報（信息與管理工程版），2019，41（3）：312-315，344.

[2] 趙醒，許科，何海. 汽車零部件腐蝕試驗方法設計研究[J]. 上海汽車，2022（12）：54-58.

[3] 蔡元平，孫卓. 基于整車道路強化腐蝕試驗的工況探討[J]. 環(huán)境技術，2016，34（5）：23-27.

[4] 袁涌，葉欣，張星，等. 整車耐久試驗發(fā)電機燒蝕失效機制分析[J]. 汽車零部件，2018（4）：21-25.

（編輯" 凌" 波）