车辆电气和电子组件气候环境负荷与关键试验解析

许毅，奚迪，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

依托国家大力扶持和推进本土产业发展的大政策背景，近年来中国汽车行业和相关电子产业的市场呈现出迅猛增长态势，协助我国本土汽车部件企业实现技术自主化、提高市场认可度并迅速成长为可以与国际主流企业并驾齐驱的供货商，拓展和补缺我国对汽车电子部件产品的检测能力和对应标准化工作刻不容缓。

本文主要研究汽车产业电子电气设备关于气候环境的检测要求，依据国际标准ISO 16750-4《道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验气候负荷》[1]和ISO 20653《道路车辆 - 防护程度（国际防护等级代码）- 电气设备针对外界物体进入、水侵蚀及人为接触危险零部件的防护》[2]，同时基于国际上主流汽车企业实际应用的新版供货规范[3]，关于3.5吨以下汽车电气、电子部件和模块等产品在气候环境试验部分的测试要求和试验方法，重点模拟车辆在特殊使用环境下（车辆清洗、行驶过水域或浸没水中等使用场景）部件或组件遭受冷热冲击、溅水、水流压力喷射等严酷环境负荷时耐受性和水防护方面的性能表现，给出了几个关键试验项目，包括：高压清洗和压力冲洗、飞溅水热冲击、热冲击-浸没，以及无外壳汽车部件的热冲击试验。这些检测方法研究和标准化工作不仅有利于推动我国汽车电子行业的质量监督和管理工作的全面开展，对于促进我国汽车电子产品的自主开发及国际市场推广也有不可忽视的带动和指导作用。

1 高压清洗和压力冲洗

1.1 目的

试验模拟在车辆清洗过程中遭受到水作用的部件上的负荷。针对可直接暴露于高压清洗/压力喷射水洗涤或底部洗涤的部件或组件，旨在验证当暴露于高压清洗/压力喷射冲洗时部件的功能完整性。

1.2 测试

按ISO 20653中IP X9K的配置要求[2]及表1中的参数设置进行测试。实施试验期间，应重构对应部件在车辆中的安装位置。

1.3 要求

试样应达到ISO 20653中防护等级IP X9K的要求[2]，不允许有水渗入试样。试样应在整个环境测试序列计划中的项目均完成后方可打开[4,5]。

试件应在试验前、试验后功能完好且所有参数符合规范要求[4,5]。应通过持续参数监测和参数测试（小）（即，在室温和工作电压条件下试样无瑕疵功能的关键参数测试）[3,4]进行验证。

2 飞溅水热冲击

2.1 目的

试验模拟当车辆驶过水坑时暴露于飞溅水中的部件上的负荷。针对安装在外部区域或发动机舱内的部件或组件，这些部件预计会遭受到飞溅水（例如：车辆驶过水坑时），旨在验证其在遭受到突然冷却水时功能的完整性。

2.2 测试

具有飞溅水的温度冲击试验的参数配置情况和试验条件要求详见表2。实施试验期间，应重构对应部件在车辆中的安装位置。试验配置（如：安装位置、遮盖面、装饰面板、运行状态）应由承包商提出、购买方批准，并记录在册，其中，结合GB/T 28046.4[6]要求，试样放置方向一般与装车/车载方向一致。如果冷却回路在线，则冷却液的温度应能跟踪相应试验温度达到限值，即最大冷却温度Tcool,max。仅环境温度在高于冷却液的温度限值上波动。

表1 高压清洗/压力喷射冲洗试验的配置参数

表2 飞溅水热冲击试验的配置参数

2.3 要求

试样不允许有水渗入。试样应在整个环境测试序列计划中的项目均完成后方可打开。

试件应在试验前、试验后功能完好且所有参数符合规范要求。应通过持续参数监测和参数测试（小）[4]进行验证。

3 热冲击-浸没

3.1 目的

图1 飞溅水热冲击试验设置

试验模拟浸泡在水中时部件上的负荷。针对安装在涉水深度以下，预期会遭受（盐）水短时浸泡的部件或组件（例如：当车辆驶过水域时，IP X7），旨在验证受热部件突然遭受冷却水浸没时功能的完整性。

3.2 测试

按ISO 20653中IP X7的配置要求[2]和表3中的试验参数设置进行测试。

实施试验期间，应重构对应部件在车辆中的安装位置。如果冷却回路在线，则冷却液的温度应能跟踪相应试验温度达到限值，即最大冷却温度Tcool,max。仅环境温度在高于冷却液的温度限值上波动。

3.3 要求

试样不允许有水渗入。试样应在整个环境测试序列计划中的项目均完成后方可打开。

试件应在试验前、试验后功能完好且所有参数符合规范要求，通过持续参数监测和参数测试（小）[3,4]进行验证。

4 热冲击（无外壳）

4.1 目的

该项技术试验不模拟任何实际负荷。确切地说，试验旨在探查模块的机械连接区域中的薄弱点，如焊接点。试验应使用部件中的模块来完成，不带外壳和机械部分。应构建必要的支撑以保证不会有额外的机械应力作用在模块上。

4.2 测试

按IEC 60068-2-14关于温度变化的试验要求[8]及表4中的参数设置进行测试。

4.3 要求

试件应在试验前、试验后功能完好且所有参数符合规范要求，通过持续参数监测和参数测试（大）（即：在提供特定温度（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）条件下试件无瑕疵功能的验证）[3,4]进行验证。

5 结语

基于对普通电子电气产品的基础环境试验要求，同时也作为产品的性能和可靠性等验证试验的前提条件，目前大多数检测机构和实验室均具备进行高温、低温、温度冲击、气候顺序、低气压、防水、防尘、振动和冲击等基本环境试验的硬件设备和相应资质能力，但特别针对车辆的综合环境试验并非普适试验，且考虑到产品的特殊性和复合环境模拟的复杂性等因素，专业从事汽车检测的实验室和汽车厂商实验室通常偏重于整车安装后的性能指标和耐受性的验证，对于其中部件或组件的分部检测未必能覆盖全项目，而部件供货商一般不具备自身实验室和检测能力，通常会委托第三方实验室出具检测报告和证明，目前具备汽车电子零部件和组件认证和检测能力的实验室对于蒸汽防水（IP9K）试验、冰水冲击试验、综合环境试验等所需检测设备和试验能力一般鲜有配备。本文为弥补国内实验室对汽车电子部件和组件产品的检测缺失项，重点给出车辆行驶或使用在特殊应用场景下（车辆清洗、行驶过水域或涉水浸没）几个关键试验项目的测试方法及试验后性能指标的要求，涉及：高压清洗和压力冲洗、飞溅水热冲击、热冲击-浸没，以及非实际负荷下用以探查部件质量薄弱点的热冲击（无外壳）试验。这些研究工作填补汽车电子电气环境试验标准化项目的缺失，为检测试验可信度和可靠性提供更系统化的支撑，完成对汽车电子产品检测能力的全覆盖以及与国际标准测试项目的对标，旨在拓展检测实验室能力向汽车电子产品生产企业提供全项试验服务与技术支持，帮助本土企业克服汽车电子产品出口贸易中的技术壁垒，同时为政府开展汽车电子产品监督检测工作提供必要支撑。

表3 热冲击-浸没试验的配置参数

表4 热冲击（无外壳）试验的配置参数