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汽車電氣和電子部件環(huán)境可靠性與關(guān)鍵試驗解析

2021-12-13 21:51:43·  來源：《環(huán)境技術(shù)》  
　
本文基于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 16750系列標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于道路車輛電氣和電子設(shè)備的環(huán)境條件、試驗方法和樣品對試驗?zāi)褪芰σ?，以及IEC60068-2系列標(biāo)準(zhǔn)中的專業(yè)基礎(chǔ)性試驗
本文基于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 16750系列標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于道路車輛電氣和電子設(shè)備的環(huán)境條件、試驗方法和樣品對試驗?zāi)褪芰σ?，以及IEC60068-2系列標(biāo)準(zhǔn)中的專業(yè)基礎(chǔ)性試驗方法，重點介紹3.5噸以下汽車電氣、電子部件和模塊等產(chǎn)品關(guān)于環(huán)境試驗領(lǐng)域的測試要求和試驗方法，特別針對近年來國際上主流汽車企業(yè)實際應(yīng)用的供貨規(guī)范，對最新版中增補(bǔ)和變更的幾個環(huán)境試驗項目及其具體要求進(jìn)行了詳細(xì)闡述，分別涉及：一般要求中的密封性試驗、機(jī)械環(huán)境試驗中的冷卻回路壓力脈動試驗，以及氣候環(huán)境試驗中的凝結(jié)與氣候試驗，特別是新增補(bǔ)的水密殼體部件的氣候測試部分。
密封性試驗
密封性要求
部件相對于環(huán)境和其它空間，如冷卻回路的冷卻劑導(dǎo)管，其獨立電子空間所需的密封性視為密封性要求。密封性的要求定義為極限泄漏率，應(yīng)通過密封性試驗來驗證。
對于電子控制單元（ECU）中的極限泄漏率，其初始值1~10cm/min在△p=300mbar條件下，可設(shè)定為水媒介下的環(huán)境載荷。這必須根據(jù)周圍介質(zhì)對特定成分進(jìn)行調(diào)整，并通過測量加以驗證。
對于沒有密封外殼的部件，不需要定義和驗證極限泄漏率。
密封性試驗
一個部件的電子空間對于所定義的指定部件的極限泄漏率，其符合性可通過密封性試驗進(jìn)行驗證。當(dāng)測量試件時，應(yīng)使用常規(guī)的測量方法確定氣體泄漏率（例如，絕對壓力測量、壓差測量、氣流質(zhì)量測量或容積流率測量）。為此，部件通過一個接入點（例如排氣裝置）暴露于規(guī)定的測試壓力下；氣體泄漏率在一個設(shè)置周期后測量確定。
由于試驗的設(shè)計和應(yīng)用要確定部件在實際運行時暴露于介質(zhì)下的壓力大小，因此試驗壓力值應(yīng)選擇現(xiàn)場中最嚴(yán)酷使用情況時的壓力。這也可能是負(fù)壓（真空）。若設(shè)定該密封系統(tǒng)暴露于正壓與負(fù)壓（例如，密封口壓在某表面上）的行為將會不同，則試驗應(yīng)在正壓和負(fù)壓兩種情況下均進(jìn)行實施。施加的試驗壓力應(yīng)與承包商和購買方達(dá)成一致，并記錄在冊。
密封性試驗應(yīng)實施參數(shù)測試（大）在室溫時的試驗要求。其中，參數(shù)測試（大），即在提供特定溫度（最高環(huán)境溫度（Tmax）、室溫（TRT）和最低環(huán)境溫度（Tmin））和電壓（最小工作電壓限值（Vopmin）、工作電壓（Vop）和最大工作電壓限值（Vopmax））條件下試件無瑕疵功能的驗證。在測量期間，試件不得暴露于任何溫度波動。測得的氣體泄漏率不得超過所定義的指定部件的極限泄漏率，并且應(yīng)記錄在試驗報告中。氣體泄漏率的變化應(yīng)進(jìn)行評估，且在試驗報告中予以記錄。
冷卻回路壓力脈動試驗
目的
該試驗?zāi)M了由于冷卻液壓力的波動，以及在后加熱階段和冷卻系統(tǒng)的真空填充期間的狀態(tài)所引發(fā)的施加在部件上的載荷。該試驗只適用于連接到冷卻回路的部件。
試驗是用以驗證受到冷卻回路壓力波動影響的部件的機(jī)械強(qiáng)度（例如，電源組的冷卻板）。
測試
冷卻回路壓力脈動試驗的配置參數(shù)詳見表1。
表1 冷卻回路壓力脈動試驗的配置參數(shù)
試驗流程：
第一部分-壓力脈動試驗：
最小試驗壓力Pmin：0.5(-0.1)bargbs
最大試驗壓力Pmax：2.0(+0.1)barab：
壓力脈動頻率：25-351/min
壓力脈動次數(shù)：100000
試驗溫度：冷卻回路中最高冷卻液溫度T cooL mas
第二部分-過壓試驗：
試驗壓力P：4.0(+0.1) barab：
試驗時長：1h
試驗溫度：冷卻回路中最高冷卻液溫度T cooL ms
第三部分-欠壓試驗(無試驗介質(zhì))：
試驗壓力P：0.01(-0.01) b arabs
試驗時長：30min
試驗溫度：TRT
試驗介質(zhì)：與購買方商定
試件數(shù)：6件

要求
試件應(yīng)在試驗前、試驗后功能完好且所有參數(shù)符合規(guī)范要求。應(yīng)通過參數(shù)測試（大）來驗證。
冷凝與氣候試驗
（一）模塊的冷凝試驗
目的
該試驗?zāi)M了汽車電子模塊中的冷凝。目的是用以評估電子模塊關(guān)于冷凝的魯棒性。
測試
試驗使用沒有防護(hù)外殼的模塊進(jìn)行，試驗的配置參數(shù)詳見表2。
表2 模塊冷凝試驗的配置參數(shù)


圖1 模塊的冷凝試驗配置圖

圖2. 模塊的冷凝試驗裝置

圖3.塑料罩子
要求
試件應(yīng)在試驗前、試驗期間和試驗后功能完好且所有參數(shù)符合規(guī)范要求。應(yīng)通過持續(xù)的參數(shù)監(jiān)控和參數(shù)測試（大）進(jìn)行驗證。
此外，對于模塊應(yīng)檢查其電化學(xué)遷移（例如，銀或錫遷移的痕跡）和枝晶生長。不允許發(fā)生電化學(xué)遷移和枝晶生長。
模塊的其它變化（例如，腐蝕、污染）必須記錄在試驗報告中并與購買方一起評估。
下列記錄應(yīng)附在試驗報告中，包括：試驗箱的程序；單個周期的參數(shù)（預(yù)設(shè)/實測）；五個周期的參數(shù)（預(yù)設(shè)/實測）。
冷凝與氣候試驗
（二）水密殼體部件的氣候試驗
目的
該試驗采用加速試驗的方式模擬了車輛在使用壽命期間由于濕熱所引發(fā)施加在部件上的載荷，同時考慮了水密殼體的保護(hù)作用。
試驗旨在驗證部件在由濕熱所導(dǎo)致缺陷模式下的質(zhì)量和可靠性，例如塑料、密封和灌封化合物的腐蝕、遷移/枝晶生長，以及膨脹和退化。
測試
試驗應(yīng)使用完整的部件進(jìn)行（設(shè)備、電子控制單元ECU、機(jī)電系統(tǒng)等和其對應(yīng)的外殼）。
試驗應(yīng)按圖4所示五個測試塊的順序執(zhí)行：

圖4 帶水密殼體部件的氣候試驗序列
a）試驗序列塊1、3和5：
試驗序列塊1、3和5按照IEC 60068-2-78《環(huán)境試驗試驗Cab：濕熱，穩(wěn)態(tài)》的試驗方法進(jìn)行，具體參數(shù)見表3。
表3：帶水密殼體部件的氣候試驗
-試驗序列塊1、3和5的試驗參數(shù)

如果冷卻回路在線，則冷卻液的溫度應(yīng)能跟蹤相應(yīng)試驗溫度達(dá)到限值Tcool,max。僅環(huán)境溫度在高于冷卻液的溫度限值上波動。
b）試驗序列塊2和4：
試驗序列塊2和4按照IEC 60068-2-78的試驗方法進(jìn)行，具體參數(shù)見表4。
表4：帶水密殼體部件的氣候試驗
-試驗序列塊2和4的試驗參數(shù)

如果冷卻回路在線，則冷卻液的溫度應(yīng)能跟蹤相應(yīng)試驗溫度達(dá)到限值：最小冷卻溫度Tcool,min和最大冷卻溫度Tcool,max。僅環(huán)境溫度在高于冷卻液的溫度限值上波動。
要求
試件應(yīng)在試驗前、試驗后功能完好且所有參數(shù)符合規(guī)范要求。應(yīng)通過持續(xù)的參數(shù)監(jiān)控和參數(shù)測試（大）進(jìn)行驗證。
結(jié)語
結(jié)合汽車廠商的需求和國內(nèi)國際市場激烈競爭的形勢，緊密追蹤國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的步伐進(jìn)行測試和驗證，本文針對3.5噸以下汽車電氣和電子部件產(chǎn)品的環(huán)境試驗和可靠性要求，特別對于國際上主流汽車企業(yè)實際應(yīng)用供貨規(guī)范的新發(fā)布版本測試標(biāo)準(zhǔn)相對于之前環(huán)境試驗要求的增補(bǔ)和變化進(jìn)行了重點研究，涉及內(nèi)容包括：對密封性要求進(jìn)行了擴(kuò)展、機(jī)械試驗中增加的壓力脈動試驗等，對應(yīng)關(guān)鍵試驗項目即：密封性試驗、冷卻回路壓力脈動試驗和凝結(jié)與氣候試驗（包括：模塊的冷凝試驗和水密殼體部件的氣候試驗）三個項目，詳細(xì)解析了實施該項試驗的目的、測試參數(shù)、試驗條件設(shè)置及方法、試驗前后和試驗期間需要驗證的功能與參數(shù)測試等方面。對于企業(yè)而言，無論在汽車電子產(chǎn)品研發(fā)及后期投產(chǎn)階段，環(huán)境模擬試驗及可靠性驗證試驗，都是有效控制和監(jiān)管產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。這些研究將推進(jìn)汽車部件生產(chǎn)企業(yè)和第三方檢測機(jī)構(gòu)有針對性的增補(bǔ)試驗裝備、提升檢測能力，有助于我國汽車電子技術(shù)和裝備領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換工作推進(jìn)，有利于促進(jìn)國內(nèi)汽車市場消費、提高綜合競爭力，同時推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
本文節(jié)選自2020年《環(huán)境技術(shù)》
文章：汽車電氣和電子部件環(huán)境可靠性與關(guān)鍵試驗解析作者：許毅，吳國平，馬壯單位：上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院
專家簡介：許毅，女，博士，高級工程師，主要從事電子電氣產(chǎn)品環(huán)境條件檢測等領(lǐng)域的相關(guān)科研和標(biāo)準(zhǔn)化工作。

來源：《環(huán)境技術(shù)》中國科技核心期刊
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