車輛電子和電氣組件氣候環(huán)境要求與關(guān)鍵溫度試驗解析

王家星，許毅，王魁棟，李寶輝，王艷艷

（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,汽車零件檢測中心/上海恒測檢測技術(shù)有限公司,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, 上海 201114；3.上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

引言

整車車輛是由幾千至上萬個電子零部件和組件構(gòu)成的復(fù)雜裝置。近年來，隨著人們對乘車感受及安全性的不斷追求與各種新車型日漸完善的功能提升，作為整車構(gòu)成和生產(chǎn)的基礎(chǔ)，電子電氣設(shè)備的材料及零部件/組件產(chǎn)品的可靠性和功能安全性愈加受重視，特別是可在更為惡劣環(huán)境（嚴酷等級較高的工作環(huán)境下）使用的汽車電子產(chǎn)品具有可接受的低故障率，既是產(chǎn)品的重要賣點，也是決定整車產(chǎn)品安全、性能和運行狀況的重要先決性條件。

使用不同設(shè)置的模擬環(huán)境試驗條件會導(dǎo)致試驗樣品產(chǎn)生截然不同的失效情況，即暴露出產(chǎn)品所屬的不同缺陷點和缺陷型式，如高溫下電子器件外殼或線路板中材料耐熱性不足導(dǎo)致的老化、膨脹、龜裂、軟化甚至熔融、氣化、蒸發(fā)等缺陷問題，對應(yīng)于整車裝置將會出現(xiàn)電路系統(tǒng)接觸不良、絕緣不足、機械故障、機械應(yīng)力加劇等；低溫試驗條件下產(chǎn)品器件引發(fā)的缺陷，如：脆化、結(jié)冰、收縮凝固、機械強度降低等，對應(yīng)整車裝置將會出現(xiàn)電路系統(tǒng)絕緣不良、龜裂或斷裂、密封故障、泄漏等。另外，由于汽車不同部位的環(huán)境可靠性要求不同，例如，對于溫度環(huán)境條件，汽車前儀表板上部要求大于120 ℃、下部和客艙底板部位則分別為71 ℃和105 ℃等要求。因此，對于不同用途、不同安裝部位的汽車電子組件，其環(huán)境可靠性的試驗條件也不盡相同。汽車電子電氣部件和組件的檢測試驗研究和國際標準對標工作，對于補缺和拓展我國在汽車電子全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)水平、試驗?zāi)芰Σ⒔⒏鼮橥陚涞臉藴驶w系而言意義非凡。

本文重點分析了車輛產(chǎn)業(yè)中電子電氣設(shè)備關(guān)于與溫度相關(guān)的氣候環(huán)境試驗和要求，主要依據(jù)國際和國內(nèi)標準ISO 16750-4[1]/GB/T 28046.4[2]，并有針對性考慮了3.5 t以下乘用車的主流汽車企業(yè)在國際上實際適用的最新試驗標準及對應(yīng)供貨規(guī)范[3]，對其中汽車電子/電氣組件、部件及模塊等產(chǎn)品在與溫度條件有關(guān)的嚴酷氣候環(huán)境下，提供了關(guān)鍵模擬試驗項的測試要求和方法，重點模擬了車輛在儲存和運輸過程中、在不同環(huán)境溫度下運行，以及特殊使用環(huán)境下（極低溫度下長時間的停車或行駛、再次油漆過程中等實際應(yīng)用場景）部件或組件遭受的熱負荷，以及部件或組件的功能完整性和性能驗證，給出了幾個溫度試驗的關(guān)鍵項目，包括：高溫/低溫老化、階梯溫度試驗、低溫運行、重漆溫度，以及熱沖擊（部件）試驗。

1 高溫/低溫老化

1）目的：

試驗?zāi)M了在儲存和運輸過程中作用于車輛部件上的熱負荷，旨在驗證其對于高溫或低溫下儲存的耐受力，例如，在部件運輸過程中（通過飛機、船運集裝箱）。若本試驗施加于試驗序列[3,4]的起始階段，也可用于將所有組件調(diào)整到相同的初始狀態(tài)下。

2）測試：

按表1中的參數(shù)設(shè)置進行測試。

3）要求：

試驗前、試驗進行期間以及試驗后，試樣均應(yīng)保持功能完好且所有參數(shù)滿足對應(yīng)規(guī)范的要求，應(yīng)使用持續(xù)參數(shù)監(jiān)測以及參數(shù)測試（大）（即，在指定溫度下（最高/最低環(huán)境溫度Tmax/Tmin、室溫TRT）和特定電壓條件下（最小/最大電壓限值和工作電壓Vopmin/ Vopmax、Vop設(shè)定值下，試件功能無瑕疵的驗證測試）[3,4]進行驗證。

另外，試樣應(yīng)進行裸眼目測檢查，并通過搖動測試內(nèi)部是否有松動或響動部件。

2 階梯溫度試驗

1）目的：

表1 高溫/低溫老化試驗的參數(shù)配置

表2 階梯溫度試驗的參數(shù)配置

試驗?zāi)M在不同環(huán)境溫度下部件的運行，旨在保障部件不會發(fā)生任何故障，這些故障可能發(fā)生在環(huán)境溫度范圍的一個窄區(qū)間內(nèi)，也可能發(fā)生在組件在整個環(huán)境溫度范圍內(nèi)的啟動行為中。

2）測試：

按照表2中的試驗參數(shù)設(shè)置進行測試。

3）要求：

試件所有參數(shù)在每次參數(shù)測試（功能檢查）時（即：在特定溫度和電壓（最小/最大工作電壓限值Vopmin/Vopmax、工作電壓Vop）設(shè)定值下試件應(yīng)無瑕疵功能的驗證）[3,4]，均應(yīng)符合規(guī)范要求。

3 低溫運行

1）目的：

試驗?zāi)M在低溫時部件上的負荷，旨在驗證部件在極低溫度下長時間的停車或行駛時間后其功能的完整性。

2）測試：

按照IEC 60068-2-1試驗Ab[5]及表3中的試驗參數(shù)設(shè)置進行測試。按照IEC 60068-2-1試驗Ab[5]，也應(yīng)對散熱組件進行測試。

如果存在冷卻回路，應(yīng)設(shè)置為最低冷卻溫度Tcool,min。對于具有高功率損耗的組件，基于合同方和采購方協(xié)商一致，在“運行最大”操作模式下的試驗期間，允許由于自發(fā)熱而使試驗腔內(nèi)溫度增加高于Tmin。

3）要求：

試驗前后以及試驗進行期間，試樣均應(yīng)保持功能完好且所有參數(shù)滿足對應(yīng)規(guī)范的要求，施加持續(xù)參數(shù)監(jiān)測以及參數(shù)測試（小）（即，室溫和工作電壓條件下（TRT/Vop）試樣功能無瑕疵的關(guān)鍵參數(shù)對應(yīng)測試）[3,4]進行驗證。

圖1 階梯溫度試驗的溫度集構(gòu)成曲線圖

表3 低溫運行試驗的參數(shù)配置

4 重漆溫度

1）目的：

試驗?zāi)M在再次油漆過程中部件上的負荷，旨在保障部件免于因受熱引發(fā)缺陷型式，例如，在釬焊連接、粘合連接、耦合連接和焊接連接處的開裂，以及在密封襯墊和外殼處產(chǎn)生的開裂。

2）測試：

按照表4中試驗參數(shù)設(shè)置進行操作。如果存在冷卻回路，則怠速冷卻液的溫度應(yīng)設(shè)定為環(huán)境溫度TRT。

3）要求：

在試驗前和試驗后，試樣均應(yīng)保持功能完好且所有參數(shù)滿足對應(yīng)規(guī)范的要求，應(yīng)使用參數(shù)測試（小）[3,4]進行驗證。

5 熱沖擊（部件）

1）目的：

相較于熱沖擊（無殼體）并不模擬任何實際負荷而是僅對部件中模塊的機械連接區(qū)域進行薄弱點探查[3]，熱沖擊（部件）試驗?zāi)M在車輛運行期間溫度突然變化導(dǎo)致部件實際遭受的熱負荷，旨在保障部件免于因受熱引發(fā)缺陷型式，例如，在釬焊連接、粘合連接、耦合連接和焊接連接處的開裂，以及在密封襯墊和外殼處產(chǎn)生的開裂。

2）測試：

按照IEC 60068-2-14[6]及表5中的試驗參數(shù)設(shè)置進行測試。

3）要求：

在試驗前和試驗后，試樣均應(yīng)保持功能完好且所有參數(shù)滿足對應(yīng)規(guī)范的要求，應(yīng)使用參數(shù)測試（大）[3,4]進行驗證。

表4 重漆溫度試驗的參數(shù)配置

附加介質(zhì)對介質(zhì)的測試：液體不能進入試樣。試樣應(yīng)按照試驗序列計劃進行，整個試驗序列完成之后方能打開。

6 結(jié)語

整車安全穩(wěn)定和可靠的性能保障要求汽車生產(chǎn)企業(yè)必須在源頭上對車輛組件的質(zhì)量和安全性做出監(jiān)控，促進工藝改善以提升產(chǎn)品質(zhì)量，保證產(chǎn)品使用安全，同時管控生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)企業(yè)和行業(yè)內(nèi)部形成有益循環(huán)。另一方面，對于質(zhì)量監(jiān)督管理和檢測相關(guān)機構(gòu)，為汽車行業(yè)供應(yīng)鏈提供一站式多元化服務(wù)，為企業(yè)實施檢測與分析，服務(wù)于各環(huán)節(jié)和階段，包括產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造到使用端質(zhì)量管控等階段。本文主要研究了車輛構(gòu)成的電子電氣組件在氣候環(huán)境下與溫度相關(guān)的試驗項目，主要基于主流國際車企用試驗和供貨標準[3]，詳解了關(guān)于乘用車中3.5 t以下類車輛的電子/電氣附件和模組產(chǎn)品在關(guān)鍵溫度條件下氣候測試項目的模擬設(shè)置、方法與試后要求，包括：高溫/低溫老化、階梯溫度試驗、低溫運行、重漆溫度，以及熱沖擊（部件）試驗。相關(guān)研究和標準化構(gòu)建不僅有利于促進我國汽車電子產(chǎn)品的自主開發(fā)及國際市場推廣，也對于我國汽車電子及其新型零部件產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量監(jiān)督和管理工作的廣泛實施有不可忽視的指導(dǎo)作用。

表5 熱沖擊（部件）試驗的參數(shù)配置