车辆电子和电气组件特定气候环境要求与试验解析

许毅，陆斌，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，汽车零件检测中心/上海恒测检测技术有限公司，上海 201114）

引言

车辆上的电子电气部件和组件遭受的是室外气候环境且处于随时可能发生移转的状态，另外，根据产品配置在整车车辆中部位与功能的不同，同样环境条件下对部件所施加的应力及组合效果也相应发生变化，车辆上的电子电气产品的应用环境包括：电气环境、气候环境、机械环境、电磁环境和化学环境等。针对汽车电子电气产品可靠性试验的相关基础标准主要有ISO 16750系列[1]、ISO 21848系列[2]等。ISO标准在欧美车系的企业中得到了广泛采用，而目前国内汽车电子电气产品的环境试验标准主要还是依据产品的技术条件来规定。为确保产品具有一定的国内和国际市场竞争力，各汽车生产企业对其电子电气部件/组件的内控要求、验收指标等一般都会高于基础标准的限值，相比ISO标准的试验条件和要求更严苛。

本文首先对影响车辆电子和电气部件/组件功能完整性和稳定性的各方面气候环境因素进行了详细分析，给出可靠性试验设置以及具体模拟加速环境试验条件需要考虑的环境参数和指标差异；进一步，依据国际主流品牌车厂的试验标准和验货规范[3,4]，对小型车辆（小于3.5 t）中电子和电气部件/组件产品在特定气候环境下的模拟试验进行详尽解析，包括的关键试验及要求有：内部和外部的盐雾运行试验、湿热循环以及湿热循环（带霜冻）试验。

1 影响车辆电子电气部件（/组件）可靠性的环境因素

车辆电子和电气部件和组件的环境可靠性试验设定，模拟环境加速试验的条件需考虑诸多方面影响，主要因素包括以下几个方向：

1）所处地域和大气环境存在的差异。道路车辆可能行驶在各类不同环境情况的陆地范围内，试验条件应尽可能囊括使用范围内全部地域及其气候差异，涉及参数维度可能涵盖: 海拔高度等地域条件，以及温/湿度、雨水、盐雾、灰尘等大气环境条件。

2）不同类型的车辆对象，对应不同的工作条件和运行模式。车辆设计的属性决定了道路车辆组件使用的主要环境条件，应全面予以考虑其差异性设置。与适用车辆类型有关的属性，如：发动机牌号及其排量、汽车自重及体积尺寸、悬挂特性、供电电源等方面。其中，与车辆的供电电源有关的属性，如：运行模式以及遭受的极限气候环境等因素可能引发车辆行驶过程中电压发生变化，会造成发电机过电压等车辆电气系统的故障。工作条件相关，如：道路质量和地形、路面的类型及路况、车辆载重等运行状态（牵引、持续、货运等）甚至驾驶习惯等均是需要考虑的环境条件。运行模式相关，如：储存、装配、起动、驾驶、停车等应用状态。

3）电子设备的寿命周期和安装位置。应考虑到在汽车电子电气部件和组件的寿命周期内，进行模组集成、装运、操作、储存、车辆装配、正常维护和非正常修理等环节时，均应具备抵抗环境的能力。设备在整车中不同安装位置的影响因素，是考虑到使用的环境条件和要求通常取决于部件/组件在整车中的安装部位，车辆的每个位置均具有各自不同的环境负荷应力集，综合设备属性和环境负荷等量值并组合形成模拟试验条件是可行的，同时也可保证车辆上某一特定部件/模块能移植到其它适用车辆中去，分组的差异通常依据安装位置的不同实施。

2 盐雾运行试验—外部

1）目的：

试验模拟了在含盐分大气与盐水系下部件上承受的负荷，可能发生在世界上某些地域或在冬季路面状况下。本试验旨在保障部件在暴露于盐负荷时不会发生任何故障，例如，由于盐进入组件导致的短路和泄漏电流。

2）测试：

参照国际标准IEC 60068-2-11[5]与表1中参数条件进行试验。

表1 盐雾运行试验（外部）的配置参数

试验进行时，应考虑到能够重现受试部件在车辆中原本的配置位。在试验结束后不允许清洗试样。如果存在冷却回路，则应将冷却剂温度设置为试验温度。

3）要求：

试验前、试验过程中和试验后，试样应保持功能完好、功能参数均达到规范要求，验证方式可通过持续参数监测和参数测试（小）[3,4]（施加室温TRT和工作电压Vop，受试样品无瑕疵功能）[3,4]执行。

3 盐雾运行试验—内部

1）目的：

试验模拟了在盐环境下部件上承受的负荷，可能发生在世界上某些地域。本试验旨在保障部件在暴露于盐负荷时不会发生任何故障，例如，由于盐进入组件导致的短路和泄漏电流。

2）测试：

参照国际标准IEC 60068-2-11[5]与表2中参数条件进行试验。

表2 盐雾运行试验（内部）的配置参数

试验进行时，应考虑到能够重现受试部件在车辆中原本的配置位。试验设置（如：安装在位、挡水盖、饰板、操作过程中的状况等）应由承包商建议，采购方批准，并记录在案。如果存在冷却回路，则应将冷却剂温度设置为试验温度。

3）要求：

试验前、试验过程中和试验后，试样应保持功能完好、功能参数均达到规范要求，验证方式可通过持续参数监测和参数测试（大）[3,4]（在最高环境温度Tmax、室温TRT和最低环境温度Tmin，施加电压为最小工作电压限值Vopmin、工作电压Vop和最大工作电压限值Vopmax，受试样品无瑕疵功能）执行。

图1 盐雾运行试验（外部）-喷洒阶段设置

图2 盐雾运行试验（内部）- 喷洒阶段设置

4 湿热循环

1）目的：

试验通过在车辆运行过程中高湿度的循环温度变化模拟作用在部件上的热负荷，旨在验证部件对于湿热环境的耐受力。

2）测试：

按照IEC 60068-2-30[6]及表3中的试验参数设置进行测试。

表3 湿热循环试验的配置参数

参数测试（功能检查）[3,4]（施加最低工作电压限值Vopmin、工作电压Vop和最高工作电压限值Vopmax，受试样品无瑕疵功能）须执行2次，到达最低和最高温度限值时各执行一次。

如具有冷却回路，其中冷却液的温度应跟随试验温度到达上下限值（Tcool,min/Tcool,max）。环境温度则波动在冷却液的温度限值外。

试验进行时，应考虑到能够重现受试部件在车辆中原本的配置位。

3）要求：

试验前、试验过程中和试验后，试样应保持功能完好、功能参数均达到规范要求，验证方式可通过持续参数监测和参数测试（大）[3,4]执行。

5 湿热循环（带霜冻）

1）目的：

试验通过在车辆运行过程中高湿度的循环温度变化模拟作用在部件上的热负荷（含霜冻），旨在验证部件对于湿热环境的耐受力。

2）测试：

按照IEC 60068-2-38[7]及表4中试验参数设置进行操作。

表4 湿热循环（带霜冻）试验的配置参数

图3 湿热循环试验方案的温度曲线（试验Db–试验循环–方案1）

如具有冷却回路，其中冷却液的温度应跟随试验温度到达上下限值（Tcool,min/Tcool,max）。环境温度则波动在冷却液的温度限值外。

试验进行时，应考虑到能够重现受试部件在车辆中原本的配置位。

3）要求：

试验前、试验过程中和试验后，试样应保持功能完好、功能参数均达到规范要求，验证方式可通过持续参数监测和参数测试（大）[3,4]执行。

图4 湿热循环（带霜冻）试验（暴露于湿热后暴露于低温-试验循环序列1）

图5 湿热循环（带霜冻）试验（暴露于湿热后未暴露于低温-试验循环序列2）

6 结语

考虑到汽车产品与生命安全息息相关，其中对构件的环境试验要求相对于其它应用的同类电子电气产品（如消费电子产品）更高，必须经过各种模拟苛刻环境条件的试验进行验证，以确保产品在预定的寿命周期内能正常运转和工作。为考核汽车电子产品的环境适应性和可靠性，各车厂通常会制定高于基础国家标准要求的环境条件并形成企业自身的试验标准。在国产汽车产业走向世界的进程中，汽车电子电气产品越来越成为核心竞争力，需要突破的技术关键点和难点也越来越多，标准化和技术壁垒的把控工作首当其冲。对于前装产品，部件生产厂按照整车采购要求的试验条件进行试验，满足要求即可。但对于后装产品，为了适应市场的需求，应该深入了解相关标准的要求，根据标准要求在制订汽车部件/组件产品的环境试验项目及其测试条件。本文所进行的质量标准化研究工作主要面向汽车产业的中高端市场，有助于提升产品在全球市场中的竞争力，帮助企业从内部保证供应体系的质量，对系统的每个功能层面进行模块化，以及从根本上调整和完善汽车行业的产业结构，具有积极的指导作用。