內飾件雙向自動跟蹤太陽限溫箱試驗加速效果研究

文云雄，張曉東,2，陳秋岸，符國曉，楊昌錚

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

引言

限溫試驗箱是專門針對汽車內飾件試驗來設計的，目前整車內飾件耐候性的考核試驗主要有兩種方式，分別為整車自然環境暴露試驗和內飾件自動跟蹤太陽限溫箱試驗（IP/DP箱試驗）[1,2]。整車暴露試驗是檢驗整車環境耐候性最可靠、最根本的方法，試驗結果的有效性、真實性高，但試驗周期略長，通常試驗開展到結束需要1～2年，且需要整車裝配完成后才能開展試驗，難以滿足產品市場高速發展需求[3]。內飾件自動跟蹤太陽限溫箱試驗可以單個或多個內飾零部件為試驗對象，模擬零部件在車內的安裝狀態和環境作用狀態，試驗開展時間具有較強的靈活性，因而能夠越來越受到國內外從事汽車行業人士的重視[4,5]。因此開展內飾件雙向自動跟蹤太陽限溫箱試驗加速效果研究具有重要意義，分析限溫箱對比整車暴露試驗的加速效果，能夠幫助到汽車行業相關人士對兩種試驗情況進一步了解，開展試驗時可根據實際情況來選擇相應的試驗方式。

1 試驗方法

1.1 整車自然暴露

參照標準GB/T 40512-2021《汽車整車大氣暴露試驗方法》的相關要求，將汽車整車靜止放置于中國電器科學研究院股份有限公司瓊海濕熱大氣暴露試驗場進行靜態自然暴露試驗。試驗過程中，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，用以實時、連續收集車輛儀表板處的環境數據[6]。數據每5 min自動采集一次，自2021年1月1日開始至2021年12月31日結束，試驗持續時間為一年。每三個月為一個檢測周期，每個周期對試驗整車進行外觀、顏色、光澤度、漆膜粘附性、劃痕腐蝕及電器功能等情況進行檢查與評價。

1.2 雙向太陽自動跟蹤限溫箱試驗

依據標準GM W 3417的相關要求，將汽車儀表板固定在安裝支架上放入透明層壓玻璃試驗箱內，且左右兩端距離箱壁至少留有150 mm、頂側和底側兩端距離箱壁至少留有100 mm[7,8]。采取高度角、方位角雙向自動跟蹤太陽式，控制箱內最高溫度（110±3）℃，試驗箱內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日結束，試驗持續時間為一年，如圖1所示。

圖1 雙軸太陽自動跟蹤限溫箱試驗

2 試驗設備

數據采集器：CR1000，美國Campbell公司；表面溫度傳感器：T型熱電偶；黑板溫度計：自制；高溫輻射表：CM4，荷蘭Kipp&Zonen公司。

3 結果與分析

3.1 不同試驗條件下儀表板表面環境條件差異

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

圖2 太陽移動對不同試驗條件下儀表板輻射量的影響

圖3 某天內不同試驗條件下儀表板表面溫度變化

圖4反映了車內儀表板與限溫箱內儀表板各檢測周期的累計輻射量情況，每3個月為一個檢查周期統計一次數據。限溫箱箱內太陽輻射量整體均比車內輻射量高，尤其是下半年，試驗光照充足，每個周期累計的輻射量都要比車內射量高出800 MJ/m2以上。全年下來，箱內太陽輻射總量為6741.6 MJ/m2，車內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 車內與箱內各月份輻射量累計情況

將樣品表面溫度等于及高于90 ℃的狀態定義為高溫狀態。圖5反映了車內儀表板與箱內儀表板各月份受到90 ℃及以上高溫的累計時長。通過分析發現限溫箱內儀表板各月份受到的90 ℃及以上高溫的持續性要遠長于車內儀表板，尤其是在5～10月份光照充足時反映更為明顯。試驗箱內全年累計90 ℃及以上的高溫時長為710.8 h，而車內的90 ℃及以上高溫的累計時長僅為428.2 h，箱內受到的90 ℃及以上高溫持續時長是車內的1.7倍。

圖5 90 ℃及以上溫度各月份累計的時長

3.2 TNR綜合環境作用力分析

GMW3417-2018標準中利用TNR模型（式1）考察太陽輻照和溫度對汽車內飾件綜合作用，本研究統計各月份車內及箱內儀表板所受TNR綜合環境作用力的實際情況。

TNR以蘭利（ly）為單位，計算公式如下：

式中：

R—試驗規定用玻璃下所測得的太陽輻照量，一般每5 min取一次值，ly；

T—從試驗裝置黑板溫度計測得的溫度，一般每5 min取一次值，℃；

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

圖6 反映的是車內及試驗箱內儀表板各月份受到TNR綜合環境作用力情況，通過曲線數值反映的情況來看，可以發現箱內受到的TNR綜合環境作用值要遠強于車內，車在5～10月份光照充足的時期，作用強度更為明顯。車內全年受到TNR綜合環境作用值為51 021.8 ly，試驗箱內全年受到TNR綜合環境作用值為116 155.8 ly，箱內全年TNR綜合環境作用力加速值約為車內的2.3倍。

圖6 車內及試驗箱內儀表板各月份受到的TNR綜合環境作用力情況

3.3 外觀性能變化

表1比較了車內與箱內儀表板各月份TNR蘭利值累計及外觀變化情況。通過記錄情況，可以發現車內儀表板在試驗累計9個月時，儀表板右側表面出現弱化線的外觀缺陷（圖7），此時車內累計受到TNR蘭利值總量為4 1241.9 ly，箱內儀表板則在試驗累計5個月時，儀表板表面出現與車內相同弱化線痕外觀缺陷，此時箱內受到TNR蘭利值總量為43 644.9 ly，與車內儀表板出現相同缺陷時受到的綜合環境作用力TNR蘭利值僅相差2 403 ly，在實際實驗過程中，可認為試驗儀表板出現弱化線時的TNR值相同。

圖7 儀表板弱化線外觀缺陷示意圖

表1 車內與箱內儀表板各月份TNR蘭利值累計及外觀變化記錄

從外觀變化缺陷反映的時間來看，儀表板在試驗箱內試驗5個月時便出現弱化線痕觀缺陷，而車內則在試驗9個月時才反映出了相同的外觀變化缺陷，箱內比車內相同缺陷反映的時間整整快了4個月，從這一點來看，試驗箱具有明顯的試驗重復性和加速性，該試驗方法在汽車零部件驗證階段應大力推廣應用，以節省零部件設計定型時間。

4 結論

基于上述討論，可以得出以下結論：

雙向自動跟蹤太陽限溫箱試驗較整車自然曝露試驗，試驗目標對象在相同時間內經受更長時間的高輻照、高溫狀態，試驗具有明顯的可重復性和加速性，該試驗方法在汽車零部件驗證階段應大力推廣應用。