車輛電子和電氣組件特定氣候環境要求與試驗解析

許毅，陸斌，王家星

（1.上海市質量監督檢驗技術研究院，電子電器與家用電器質量檢驗所，上海 201114；2.上海市質量監督檢驗技術研究院，電子電器與家用電器質量檢驗所，汽車零件檢測中心/上海恒測檢測技術有限公司，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境且處于隨時可能發生移轉的狀態，另外，根據產品配置在整車車輛中部位與功能的不同，同樣環境條件下對部件所施加的應力及組合效果也相應發生變化，車輛上的電子電氣產品的應用環境包括：電氣環境、氣候環境、機械環境、電磁環境和化學環境等。針對汽車電子電氣產品可靠性試驗的相關基礎標準主要有ISO 16750系列[1]、ISO 21848系列[2]等。ISO標準在歐美車系的企業中得到了廣泛采用，而目前國內汽車電子電氣產品的環境試驗標準主要還是依據產品的技術條件來規定。為確保產品具有一定的國內和國際市場競爭力，各汽車生產企業對其電子電氣部件/組件的內控要求、驗收指標等一般都會高于基礎標準的限值，相比ISO標準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定性的各方面氣候環境因素進行了詳細分析，給出可靠性試驗設置以及具體模擬加速環境試驗條件需要考慮的環境參數和指標差異；進一步，依據國際主流品牌車廠的試驗標準和驗貨規范[3,4]，對小型車輛（小于3.5 t）中電子和電氣部件/組件產品在特定氣候環境下的模擬試驗進行詳盡解析，包括的關鍵試驗及要求有：內部和外部的鹽霧運行試驗、濕熱循環以及濕熱循環（帶霜凍）試驗。

1 影響車輛電子電氣部件（/組件）可靠性的環境因素

車輛電子和電氣部件和組件的環境可靠性試驗設定，模擬環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）所處地域和大氣環境存在的差異。道路車輛可能行駛在各類不同環境情況的陸地范圍內，試驗條件應盡可能囊括使用范圍內全部地域及其氣候差異，涉及參數維度可能涵蓋: 海拔高度等地域條件，以及溫/濕度、雨水、鹽霧、灰塵等大氣環境條件。

2）不同類型的車輛對象，對應不同的工作條件和運行模式。車輛設計的屬性決定了道路車輛組件使用的主要環境條件，應全面予以考慮其差異性設置。與適用車輛類型有關的屬性，如：發動機牌號及其排量、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的屬性，如：運行模式以及遭受的極限氣候環境等因素可能引發車輛行駛過程中電壓發生變化，會造成發電機過電壓等車輛電氣系統的故障。工作條件相關，如：道路質量和地形、路面的類型及路況、車輛載重等運行狀態（牽引、持續、貨運等）甚至駕駛習慣等均是需要考慮的環境條件。運行模式相關，如：儲存、裝配、起動、駕駛、停車等應用狀態。

3）電子設備的壽命周期和安裝位置。應考慮到在汽車電子電氣部件和組件的壽命周期內，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節時，均應具備抵抗環境的能力。設備在整車中不同安裝位置的影響因素，是考慮到使用的環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境負荷應力集，綜合設備屬性和環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安裝位置的不同實施。

2 鹽霧運行試驗—外部

1）目的：

試驗模擬了在含鹽分大氣與鹽水系下部件上承受的負荷，可能發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生任何故障，例如，由于鹽進入組件導致的短路和泄漏電流。

2）測試：

參照國際標準IEC 60068-2-11[5]與表1中參數條件進行試驗。

表1 鹽霧運行試驗（外部）的配置參數

試驗進行時，應考慮到能夠重現受試部件在車輛中原本的配置位。在試驗結束后不允許清洗試樣。如果存在冷卻回路，則應將冷卻劑溫度設置為試驗溫度。

3）要求：

試驗前、試驗過程中和試驗后，試樣應保持功能完好、功能參數均達到規范要求，驗證方式可通過持續參數監測和參數測試（?。3,4]（施加室溫TRT和工作電壓Vop，受試樣品無瑕疵功能）[3,4]執行。

3 鹽霧運行試驗—內部

1）目的：

試驗模擬了在鹽環境下部件上承受的負荷，可能發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生任何故障，例如，由于鹽進入組件導致的短路和泄漏電流。

2）測試：

參照國際標準IEC 60068-2-11[5]與表2中參數條件進行試驗。

表2 鹽霧運行試驗（內部）的配置參數

試驗進行時，應考慮到能夠重現受試部件在車輛中原本的配置位。試驗設置（如：安裝在位、擋水蓋、飾板、操作過程中的狀況等）應由承包商建議，采購方批準，并記錄在案。如果存在冷卻回路，則應將冷卻劑溫度設置為試驗溫度。

3）要求：

試驗前、試驗過程中和試驗后，試樣應保持功能完好、功能參數均達到規范要求，驗證方式可通過持續參數監測和參數測試（大）[3,4]（在最高環境溫度Tmax、室溫TRT和最低環境溫度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）執行。

圖1 鹽霧運行試驗（外部）-噴灑階段設置

圖2 鹽霧運行試驗（內部）- 噴灑階段設置

4 濕熱循環

1）目的：

試驗通過在車輛運行過程中高濕度的循環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境的耐受力。

2）測試：

按照IEC 60068-2-30[6]及表3中的試驗參數設置進行測試。

表3 濕熱循環試驗的配置參數

參數測試（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）須執行2次，到達最低和最高溫度限值時各執行一次。

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

試驗進行時，應考慮到能夠重現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，試樣應保持功能完好、功能參數均達到規范要求，驗證方式可通過持續參數監測和參數測試（大）[3,4]執行。

5 濕熱循環（帶霜凍）

1）目的：

試驗通過在車輛運行過程中高濕度的循環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境的耐受力。

2）測試：

按照IEC 60068-2-38[7]及表4中試驗參數設置進行操作。

表4 濕熱循環（帶霜凍）試驗的配置參數

圖3 濕熱循環試驗方案的溫度曲線（試驗Db–試驗循環–方案1）

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

試驗進行時，應考慮到能夠重現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，試樣應保持功能完好、功能參數均達到規范要求，驗證方式可通過持續參數監測和參數測試（大）[3,4]執行。

圖4 濕熱循環（帶霜凍）試驗（暴露于濕熱后暴露于低溫-試驗循環序列1）

圖5 濕熱循環（帶霜凍）試驗（暴露于濕熱后未暴露于低溫-試驗循環序列2）

6 結語

考慮到汽車產品與生命安全息息相關，其中對構件的環境試驗要求相對于其它應用的同類電子電氣產品（如消費電子產品）更高，必須經過各種模擬苛刻環境條件的試驗進行驗證，以確保產品在預定的壽命周期內能正常運轉和工作。為考核汽車電子產品的環境適應性和可靠性，各車廠通常會制定高于基礎國家標準要求的環境條件并形成企業自身的試驗標準。在國產汽車產業走向世界的進程中，汽車電子電氣產品越來越成為核心競爭力，需要突破的技術關鍵點和難點也越來越多，標準化和技術壁壘的把控工作首當其沖。對于前裝產品，部件生產廠按照整車采購要求的試驗條件進行試驗，滿足要求即可。但對于后裝產品，為了適應市場的需求，應該深入了解相關標準的要求，根據標準要求在制訂汽車部件/組件產品的環境試驗項目及其測試條件。本文所進行的質量標準化研究工作主要面向汽車產業的中高端市場，有助于提升產品在全球市場中的競爭力，幫助企業從內部保證供應體系的質量，對系統的每個功能層面進行模塊化，以及從根本上調整和完善汽車行業的產業結構，具有積極的指導作用。