内饰件双向自动跟踪太阳限温箱试验加速效果研究

文云雄，张晓东,2，陈秋岸，符国晓，杨昌铮

（1.广州电器科学研究院有限公司海南热带环境分公司，海口 570100；2.中国电器科学研究院股份有限公司，广州 510663）

引言

限温试验箱是专门针对汽车内饰件试验来设计的，目前整车内饰件耐候性的考核试验主要有两种方式，分别为整车自然环境暴露试验和内饰件自动跟踪太阳限温箱试验（IP/DP箱试验）[1,2]。整车暴露试验是检验整车环境耐候性最可靠、最根本的方法，试验结果的有效性、真实性高，但试验周期略长，通常试验开展到结束需要1～2年，且需要整车装配完成后才能开展试验，难以满足产品市场高速发展需求[3]。内饰件自动跟踪太阳限温箱试验可以单个或多个内饰零部件为试验对象，模拟零部件在车内的安装状态和环境作用状态，试验开展时间具有较强的灵活性，因而能够越来越受到国内外从事汽车行业人士的重视[4,5]。因此开展内饰件双向自动跟踪太阳限温箱试验加速效果研究具有重要意义，分析限温箱对比整车暴露试验的加速效果，能够帮助到汽车行业相关人士对两种试验情况进一步了解，开展试验时可根据实际情况来选择相应的试验方式。

1 试验方法

1.1 整车自然暴露

参照标准GB/T 40512-2021《汽车整车大气暴露试验方法》的相关要求，将汽车整车静止放置于中国电器科学研究院股份有限公司琼海湿热大气暴露试验场进行静态自然暴露试验。试验过程中，车辆车头朝南，并在仪表板上表面布置温度和太阳辐射传感器，用以实时、连续收集车辆仪表板处的环境数据[6]。数据每5 min自动采集一次，自2021年1月1日开始至2021年12月31日结束，试验持续时间为一年。每三个月为一个检测周期，每个周期对试验整车进行外观、颜色、光泽度、漆膜粘附性、划痕腐蚀及电器功能等情况进行检查与评价。

1.2 双向太阳自动跟踪限温箱试验

依据标准GM W 3417的相关要求，将汽车仪表板固定在安装支架上放入透明层压玻璃试验箱内，且左右两端距离箱壁至少留有150 mm、顶侧和底侧两端距离箱壁至少留有100 mm[7,8]。采取高度角、方位角双向自动跟踪太阳式，控制箱内最高温度（110±3）℃，试验箱内安装太阳辐射表及黑板温度传感器，自2021年1月1日开始至2021年12月31日结束，试验持续时间为一年，如图1所示。

图1 双轴太阳自动跟踪限温箱试验

2 试验设备

数据采集器：CR1000，美国Campbell公司；表面温度传感器：T型热电偶；黑板温度计：自制；高温辐射表：CM4，荷兰Kipp&Zonen公司。

3 结果与分析

3.1 不同试验条件下仪表板表面环境条件差异

对汽车仪表板来说，大部分时间处于密闭空间内，其光热老化主要受太阳辐照和温度的影响。图2对比分析了某天内整车自然曝露试验和双向自动跟踪太阳限温箱试验内仪表板表面接收的太阳辐射强度变化情况。可以看出，由于试验箱始终垂直朝向太阳，箱内仪表板表面从上午11∶00至下午16∶30左右持续处于700 w/m2以上的强太阳照射状态，而车内仪表板表面受太阳移动和车顶遮挡的影响，太阳辐射强度从下午14∶00左右就快速下降到200 w/m2左右。相应的，试验箱内仪表板表面温度10∶30～16∶30几乎都维持在不低于95 ℃的温状态，而车内仪表板表面在中午13∶00左右达到最高度99.9 ℃，但持续时间较短暂，下午14∶00左右，车内仪表板温度开始快速下降，并保持在60 ℃左右（图3）。

图2 太阳移动对不同试验条件下仪表板辐射量的影响

图3 某天内不同试验条件下仪表板表面温度变化

图4反映了车内仪表板与限温箱内仪表板各检测周期的累计辐射量情况，每3个月为一个检查周期统计一次数据。限温箱箱内太阳辐射量整体均比车内辐射量高，尤其是下半年，试验光照充足，每个周期累计的辐射量都要比车内射量高出800 MJ/m2以上。全年下来，箱内太阳辐射总量为6741.6 MJ/m2，车内仪表板处太阳辐射总量为3619.4 MJ/m2，二者之间的比值为1.86。

图4 车内与箱内各月份辐射量累计情况

将样品表面温度等于及高于90 ℃的状态定义为高温状态。图5反映了车内仪表板与箱内仪表板各月份受到90 ℃及以上高温的累计时长。通过分析发现限温箱内仪表板各月份受到的90 ℃及以上高温的持续性要远长于车内仪表板，尤其是在5～10月份光照充足时反映更为明显。试验箱内全年累计90 ℃及以上的高温时长为710.8 h，而车内的90 ℃及以上高温的累计时长仅为428.2 h，箱内受到的90 ℃及以上高温持续时长是车内的1.7倍。

图5 90 ℃及以上温度各月份累计的时长

3.2 TNR综合环境作用力分析

GMW3417-2018标准中利用TNR模型（式1）考察太阳辐照和温度对汽车内饰件综合作用，本研究统计各月份车内及箱内仪表板所受TNR综合环境作用力的实际情况。

TNR以兰利（ly）为单位，计算公式如下：

式中：

R—试验规定用玻璃下所测得的太阳辐照量，一般每5 min取一次值，ly；

T—从试验装置黑板温度计测得的温度，一般每5 min取一次值，℃；

TNR—温度校正太阳辐照量，由R及T计算累加得到，一般每5 min计算一次，ly。

图6 反映的是车内及试验箱内仪表板各月份受到TNR综合环境作用力情况，通过曲线数值反映的情况来看，可以发现箱内受到的TNR综合环境作用值要远强于车内，车在5～10月份光照充足的时期，作用强度更为明显。车内全年受到TNR综合环境作用值为51 021.8 ly，试验箱内全年受到TNR综合环境作用值为116 155.8 ly，箱内全年TNR综合环境作用力加速值约为车内的2.3倍。

图6 车内及试验箱内仪表板各月份受到的TNR综合环境作用力情况

3.3 外观性能变化

表1比较了车内与箱内仪表板各月份TNR兰利值累计及外观变化情况。通过记录情况，可以发现车内仪表板在试验累计9个月时，仪表板右侧表面出现弱化线的外观缺陷（图7），此时车内累计受到TNR兰利值总量为4 1241.9 ly，箱内仪表板则在试验累计5个月时，仪表板表面出现与车内相同弱化线痕外观缺陷，此时箱内受到TNR兰利值总量为43 644.9 ly，与车内仪表板出现相同缺陷时受到的综合环境作用力TNR兰利值仅相差2 403 ly，在实际实验过程中，可认为试验仪表板出现弱化线时的TNR值相同。

图7 仪表板弱化线外观缺陷示意图

表1 车内与箱内仪表板各月份TNR兰利值累计及外观变化记录

从外观变化缺陷反映的时间来看，仪表板在试验箱内试验5个月时便出现弱化线痕观缺陷，而车内则在试验9个月时才反映出了相同的外观变化缺陷，箱内比车内相同缺陷反映的时间整整快了4个月，从这一点来看，试验箱具有明显的试验重复性和加速性，该试验方法在汽车零部件验证阶段应大力推广应用，以节省零部件设计定型时间。

4 结论

基于上述讨论，可以得出以下结论：

双向自动跟踪太阳限温箱试验较整车自然曝露试验，试验目标对象在相同时间内经受更长时间的高辐照、高温状态，试验具有明显的可重复性和加速性，该试验方法在汽车零部件验证阶段应大力推广应用。