汽车电气和电子部件的环境试验总体要求与可靠性研究

许毅，马壮，王家星

（1.上海市质量监督检验技术研究院 电子电器与家用电器质量检验所，上海 201114；2.上海恒测检测技术有限公司，上海 201114）

引言

未来汽车零部件产业的发展趋势是“智能化、集成化、轻量化”，汽车电子部件按其用途可简单划分为电子控制装置和车载电子装置两大类，随着现代高新技术发展，这两大类别正在发生融合与互通。构成整车车辆的各种电子零部件产品的可靠性起着至关重要的作用，其中，汽车电子控制装置尤为关键，直接决定着车辆的基本功能实现、操作与指示等，例如较为直观的，汽车的仪表控制系统、安全气囊的触发器、汽车启动的钥匙、汽车的各种传感器等。不言而喻，汽车零部件的性能不仅决定着整车的智能化指标，还直接决定着车辆行驶的安全性；而车载汽车电子装置则是现代汽车重要的高阶指标。

国际标准化组织ISO 16750系列标准[1-3]作为专业基础系列标准，对于道路车辆电气和电子设备的环境条件、试验方法和样品对试验耐受力的一般通用要求有明确规定。本文主要针对近年国际上主流汽车企业实际应用的新版供货规范[4]中关于环境试验项目的新增要求和变化，重点介绍了3.5 t以下汽车电气、电子部件和模块等产品的测试要求和试验条件，特别针对一般要求中环境试验序列设定与特定性选择、试验中和试验后的参数验证测试，进行了详尽的试验研究与说明。

1 环境试验序列

1.1 试验序列计划

在性能规范中应定义特定部件的试验序列计划。根据试验选择表，对部件不必要的试验应从试验序列计划中删掉。如特定部件对于试验顺序有适配性要求，则可对试验序列计划进行调整。

所有组件应使用新的、初始接触系统进行试验。在试验开始之前，初始的连接器和电缆必须连接到被测试样上。只有在完成了相应组件所要求的所有试验之后，才能断开连接器及电缆，对部件进行物理分析。此要求不适用于操作模式为“未装配”的试验。接触系统用的线束应以无中间附加的方式设计，即延伸出试验仓外的线束不应有任何附加的中间连接。

图1 环境试验序列计划-流程图

1.2 序列试验

环境序列计划的试验项目和顺序安排如图1所示。

如果被测试样在“自由落体”试验后未被损坏，则应使用另两个试件做进一步的序列试验。否则，应使用备用试件。

所有组件都应连接初始连接器或适配器，从“自由落体”开始试验。

1.3 序列之外的试验（并行试验）

环境试验序列计划之外的试验安排如图2所示。

1.4 使用寿命试验

图2 环境试验序列计划（并行试验）

该试验模拟了在车辆使用寿命期间部件的功能/驱动周期。目的是验证部件的质量和可靠性关于功能/驱动周期的方面，例如，制动驱动、座椅调整周期、开关/按钮驱动等。

使用寿命的试验要求和顺序安排如图3所示。

2 参数测试

在性能规范中应定义一组敏感参数，或“关键”参数，如静态电流曲线、工作电流、输出电压、接触电阻、输入阻抗、信号速率（上升和下降时间）和总线规格，这些参数应定义在（设备）性能规格中，在每项试验开始前和结束时根据其符合规格应对其进行检查。

对于连接到冷却回路的部件，应在室温下（TRT）冷却回路处于标准冷却温度（Tcool，nom）、最高环境温度下（Tmax）冷却回路处于最大冷却温度（Tcool，max），以及最低环境温度下（Tmin）冷却回路处于最小冷却温度（Tcool，min）状态下进行参数测试。除非在性能规格中另有规定，对于高压（HV）电源的部件，参数测试应在最小工作电压限值（Vopmin）下以最小高压HV工作电压极限和最小直流工作电压（Vopmin，HV）、在工作电压（Vop）下以工作高压和直流工作电压（Vop，HV），以及在最大工作电压限值（Vopmax）下以最大高压HV工作电压极限和最大直流工作电压（Vopmax，HV）运行。

参数测试应在试验完成后立即进行。试验结束与参数测试执行之间的延时应记录在试验报告中。

2.1 参数测试（功能检查）

1）目的：

参数测试（功能检查）旨在提供特定温度和电压（最小工作电压限值（Vopmin）、工作电压（Vop）和最大工作电压限值（Vopmax））条件下试件无瑕疵功能的验证。

2）测试：

应对关键参数进行测量和记录。应检查在特定温度和每个电压状态下（Vopmin、Vop和Vopmax）的功能行为。应测试部件的基本功能。对于具有事件记忆功能的组件，应读取其存储器内容。

3）要求：

功能状态A（即：试件达到所有功能设定）。关键参数值的变化、部件的基本功能变化或事件存储项应根据前面的试验加载情况与未使用状态比较后进行评估。结果应记录在试验报告中。

2.2 参数测试（小）

1）目的：

图3 试验序列计划-使用寿命

参数测试（小）旨在提供室温和工作电压条件下试件无瑕疵功能的验证。

2）测试：

应对关键参数进行测量和记录。应检查在室温（TRT）和工作电压（Vop）状态下部件的功能行为。应对部件进行视检，参照DIN EN 13018《无损检测目视检验一般原理》[5]。对于具有事件存储器的组件，事件存储器的内容应被读出并记录。随后清除事件内存项。试验序列和结果应记录。

3）要求：

功能状态A（即：试件达到所有功能设定）。关键参数值的变化、功能行为变化或事件存储项，以及视检中发现的不规则事件，应根据前面的试验加载情况与未使用状态比较后进行评估。

视检应对任何外部损伤或变化进行评估，如开裂、破裂、剥落、变色和变形等。可见的的不规则是不允许的。设备内部不得有任何部件松动。

2.3 参数测试（大）

1）目的：

参数测试（大）旨在提供特定温度和电压条件下试件无瑕疵功能的验证。

2）测试：

应对关键参数和部件在每个温度（最高环境温度（Tmax）、室温（TRT）和最低环境温度（Tmin））和电压（最小工作电压限值（Vopmin）、工作电压（Vop）和最大工作电压限值（Vopmax））条件下的功能行为进行测量。在测试中应记录内部和外部可测量的参数来评估部件的精度和功能。

应创建一个参考，以此通过比较确定由试验载荷导致试件的变化。

记录的参数应在试验报告中记录和评估。特别适用于以下数据：所有功能变量；光源和显示器的色度坐标、照度和对比度；特性曲线（传感器、转换器、电机）；事件存储项；重置和错误计数器计数；错误内容检查；记录电流随时间变化曲线从“最低工作状态”到“最高工作状态”(基于电流曲线变化以确定电气子元件老化)；触觉特性；声学；尺寸稳定性（变形）、间隙、夹具功能；驱动力/转力矩；密封试件的气密性检查。

部件应根据DIN EN 13018[5]的要求进行视检。应施加手持摇动试验以识别设备内部的松动部件。对于具有事件存储器的组件，事件存储器的内容应被读出并记录。随后清除事件内存项。试验序列和结果应进行记录。

3）要求：

功能状态A（即：试件达到所有功能设定）。应符合形状和功能公差的规定。关键参数值、功能行为以及视觉检查中的不规则性的变化，应与未使用的条件相比，在前面的测试负载中进行评估。关键参数值的变化、部件的基本功能变化或事件存储项应根据前面的试验加载情况与未使用状态比较后进行评估。视检应对任何外部损伤或变化进行评估，如开裂、破裂、剥落、变色和变形等。可见的的不规则是不允许的。设备内部不得有任何部件松动。事件内存条目和计数器的变化应准确地反映由试验和功能需求触发的内容。

2.4 物理分析

1）目的：

物理分析必须在每个可靠性测试阶段（B、C样本等）之后进行，以识别部件相对于未使用状态时的变化。

2）测试：

根据物理分析的检查方法应与购买方和承包商达成一致，并记录在册。所有试件应按DIN EN 13018[5]打开并进行视检。如果试件有任何违规，则必须与买方商定进一步的分析，可能需要额外的试件或使用附加的分析方法。

3）要求：

结果应在试验报告中进行记录并评估。

3 结语

所有电子类产品检测均离不开环境试验条件，引进复杂环境试验设备，配备并完善各类环境试验系统，不仅是汽车电子类产品检测的要求，更为其它各类电子产品类的检测拓展提供了环境条件和测试基础。实际上，环境试验包括气候、机械[6]和化学试验，涉及服役寿命试验，往往不仅被应用于进行独立的可靠性测试，例如单独的环境耐受性试验项目，用以模拟和发现产品暴露在自然或工作环境下长周期运行产生的不良结构缺陷和质量问题，更重要的，环境试验也是其它诸多基本功能性测试和性能验证项目的必备环境基础和先决条件。

本文服务于国际和国内汽车产业发展需求，密切跟踪汽车电子的国际标准和整车厂商的实际要求和检测现状，对于3.5 t以下汽车电气和电子部件在环境试验序列与方案配置，提供了一个测试序列计划，作为在多个原始设备制造商（OEM）（例如，工业模块化装配矩阵或IBK）之间协作项目讨论的基础，并对试验中和试验后的参数验证测试进行了详细分析与阐述。这些标准化转换工作服务于国际、国内和进出口汽车产业链，为发现汽车电子技术领域的装备在综合应力环境下的薄弱环节和故障，从而改进其可靠性和环境适应性，提供技术支撑并具有指导作用，对于提高我国汽车电子技术水平和检测能力具有一定的战略意义。