基于自然暴露試驗的乘用車耐候性研究

王受和，王 俊，張曉東，趙 鉞

（中國電器科學研究院有限公司工業產品環境適應性國家重點實驗室，廣州 510663）

自2011年以來，我國汽車市場總體上呈現減速增長態勢，伴隨著汽車消費的日益升級，乘用車市場呈現兩極分化：一方面主流合資乘用車企業憑借產品優勢，繼續保持較大幅度增長，特別是利潤總額；另外一方面自主品牌乘用車企業固守低端市場，市場占有率不斷下滑，企業經營面臨較大挑戰[1]。我國商務部、發改委、公安部、環境保護部于2013年聯合發布的《機動車強制報廢標準規定》取消了對小型私家車使用年限限制，行駛60萬公里后將引導報廢。這意味著我國乘用車的使用年限一般都會超過10年甚至更長。在如此長的使用周期內，乘用車耐候性必須引起我國生產企業的高度重視。然而，市場調研及海南濕熱自然暴露試驗場10多年來的不同車型試驗的統計結果表明：我國自主品牌乘用車與合資品牌相比，耐候性問題十分突出。

1 我國乘用車服役環境

1.1 乘用車服役環境特點

乘用車作為一種被廣泛使用的交通工具，其服役的大氣候環境幾乎就是地球上陸地所存在的所有氣候環境。大氣環境作用于乘用車上，由于乘用車所處狀態動態或靜態、車身零部件材質、車身結構、零部件位置不同等等原因，又形成了千差萬別的乘用車微環境。其中，乘用車所處狀態對車身微環境的影響最為顯著。統計表明：乘用車服役壽命過程中，大部分時間是處于靜態的，動、靜時間比為1：20～1：15。當乘用車行駛時，由于與空氣的相對流動及車內空調系統調節等，車身各零部件（除乘用車外部發動機蓋及輪胎等少數零部件）所處環境相對比較溫和，而當乘用車處于靜態環境時，車身微環境則有可能嚴酷得多。靜置于美國亞利桑那干熱暴露試驗站的試驗車上儀表板測到的最高溫度達到122℃，靜置于海南瓊海濕熱自然環境暴露試驗站的試驗車上儀表板測到的最高溫度也達到了113℃，遠遠高于乘用車行駛時相應部位的溫度。

因此，乘用車服役環境包括大氣環境和微環境兩方面，微環境是影響乘用車耐候性的主要因素。開發耐候性控制技術時必須對乘用車的服役環境，特別是微環境進行仔細分析。

1.2 我國乘用車服役環境分析

我國幅員遼闊，南北跨度較大，氣候復雜多變，包含7種氣候類型、5大水系、40多種土壤、沙漠占國土面積18%，小于150目的沙粒占90%以上、33%的陸地面積位于海拔2000米以上，而IEC標準僅有2000米以下、部分地區存在嚴重的工業污染和酸雨等。研究表明：我國氣候環境具有獨特性，即使引進國外先進技術也不能完全解決汽車產品的耐候性問題，必須掌握我國乘用車服役環境數據，并進行針對性研究和設計。

對乘用車在我國海南瓊海典型濕熱大氣環境下的輻照、溫度、濕度等環境條件數據進行統計分析，其結果如下：

1.2.1 車內外輻照

圖1是海南瓊海暴露試驗場戶外和車內典型的太陽輻射光譜圖。數據顯示，由于乘用車玻璃的阻隔吸收作用，車內幾乎沒有400nm以下的紫外光，并且輻照照度也大大減弱。

圖2顯示了車外及儀表板處不同太陽輻射強度的累積時間。數據表明，一年之中海南瓊海太陽輻射強度超過800w/m2的累積時間有150小時，少數時候會超過1000 w/m2。而車內儀表板處超過500 w/m2的累積時間約有185小時，超過600 w/m2的累積時間約有5.5小時。

1.2.2 車內外溫度

圖3反映海南大氣溫度-累積時間情況和在海南開展自然暴露試驗的乘用車廂內內空氣溫度-累積時間情況。由圖可知，海南空氣溫度一年之中在光照時有238小時超過35℃，而超過40℃時間較短。車廂內空氣溫度一年之中在光照時有608小時超過60℃。實測全年最高氣溫為83.6℃, 最低氣溫為11.6℃，平均氣溫33.7℃。

圖1 車內外太陽輻射光譜圖

圖2 車外和儀表板不同太陽輻射強度的累積時間

圖3 海南大氣和車內空氣不同溫度范圍的積累時間

1.2.3 車內外相對濕度

圖4反映的是海南大氣相對濕度-累積時間情況和和在海南開展自然暴露試驗的乘用車廂內空氣相對濕度-累積時間情況。由圖可知海南空氣相對濕度一年之中大部分時間超過50%，過半時間超過80%，也就是說半年以上的試驗樣品有可能處于潤濕狀態，而車內空氣相對濕度一年之中大部分時間超過30%，幾乎沒有超過80%的時間。實測車內最高相對濕度為81.5%，最低相對濕度為27.9%，平均相對濕度為53.14%。

1.2.4 車內外飾件表面溫度

圖5反映了海南暴露試驗場車外、車內主要零部件表面最高溫度情況。由圖可知車頂中部溫度在所有車外部位中是最高的，其最高值超過了90℃，而其它部件所測得的溫度一般不大于70℃，車內儀表板上表面溫度在所有部位中是最高的，其最高值超過了106.3℃，而其它部件所測得的溫度一般不大于90℃。

上述分析表明：汽車內外的微環境狀態是明顯不同的，因此在開發我國乘用車耐候性技術時應予以區分。

2 我國乘用車耐候性研究

2.1 我國乘用車耐候性現狀

乘用車耐候性是指乘用車耐受氣候環境破壞作用的能力。

作為全球戶外廣泛使用的交通工具，乘用車在太陽輻射、溫度和水等氣候環境因素的長期綜合作用下，必然會出現程度不一的耐候性失效，比如外觀變化、性能失效，甚至產生安全隱患等，因此乘用車耐候性是其中長期質量評價中的重要組成部分。

圖4 海南大氣和車內空氣不同濕度范圍的積累時間

圖5 車外和車內主要零部件表面最高溫度

耐候性不足對乘用車生產企業的影響主要體現在以下幾個方面：①引起消費者的質量投訴；②影響消費者人身財產安全；③降低消費者對汽車質量的評價；④降低消費者對汽車品牌的認可；⑤影響再次流通的價值。

我國乘用車耐候性不足主要表現為：

1）失效程度嚴重。

出現嚴重失效的車輛比例超過60%，其中部分存在安全性失效。

2）明顯失效出現周期短。

海南自然暴露2～3個月后就出現明顯的耐候性失效。

3）失效數量多。

海南自然暴露1年后失效總數一般超過80個。

表1 我國自主品牌與國外合資品牌乘用車耐候性能對比

我國乘用車耐侯性與國外乘用車耐候性的對比見表1。

2.2 我國乘用車耐候性失效

據統計，我國乘用車的耐候性失效形式大致可分為以下四類：

1）可產生安全隱患的失效

該類失效是指在整車自然暴曬過程中，關鍵或重要零部件出現失效，即存在對使用者生命、財產安全形成隱患的缺陷。該缺陷可能是外觀方面的，如車燈罩出現裂紋（如圖6）；也可能是功能方面的如喇叭、外車燈不能正常工作等，或者是多方面的組合如儀表板變形致使安全氣囊不能彈出等。

圖6 可產生安全隱患的失效示例—汽車前燈罩微裂紋失效

圖7 可導致外觀改變的失效示例—變色、變形、涂層脫落等

圖8 不同失效形式的統計比例

2）可導致功能喪失的失效

該類失效一般是指乘用車非關鍵或重要的電子電器部件，如空調、玻璃升降器、音響、導航儀、充電電池等由于受到環境因素的長期作用而無法正常使用的功能缺陷。

3）可導致外觀改變的失效

外觀缺陷是乘用車耐候性失效的主要形式，主要表現為零部件表面開裂、變色、發黏、污痕、粉化、長霉、起泡等（如圖7），該類缺陷會影響使用者的觀感。

4）VOC及霧翳排放

該類缺陷是指乘用車在自然暴露過程中有揮發性有機物持續散出，并且部分會冷凝沉積在車內零部件表面的耐候性失效。VOC及霧翳排放與車內長期空氣質量密切相關，影響消費者的身體健康。

據統計，不同失效形式的出現頻次如圖8所示。

2.3 我國乘用車耐候性技術差距

我國乘用車發展歷史相對較短，耐候性技術以引進為主，在技術體系建立、基礎條件建設、試驗技術開發、車企技術應用等方面同國外相比整體差距明顯（見表2），有必要根據我國實際情況進行消化吸收再創新。

表2 我國乘用車耐候性技術差距

3 發展建議

相比于乘用車制造強國，我國的乘用車耐候性控制技術總體水平較低。要充分利用后發優勢，實現我國由乘用車制造大國向乘用車制造強國的轉變， 必須加強政府、企業和科研機構的合力優勢，共同促進我國乘用車耐候性技術提高。

3.1 政策支持開發我國乘用車耐候性技術

我國的氣候環境具有其獨特性，決定了我國乘用車不能完全照搬國外的乘用車耐候性控制標準。自主品牌乘用車品牌溢價力尚很薄弱，要想獲得良好的產品耐候性，不能像一些高端品牌那樣直接采用更多更貴的優質材料即可，而只能通過付出更多的努力，尋找最合適的解決方案。

耐候性研究周期長、投入大，對于一些具有行業共性的數據積累、試驗方法制定和環境試驗設備開發等基礎工作，可集中力量重點支持第三方研究機構開展，而企業主導滿足自己產品定位的技術要求制定工作。

3.2 建設我國乘用車耐候性試驗基準點

一直以來，美國佛羅里達州邁阿密地區和亞利桑那州鳳凰城地區是國際公認的乘用車自然暴露試驗基準點。我國當前的乘用車產銷量已躍居世界第一，是名符其實的乘用車制造和消費大國，因此有必要建立我們自己的乘用車自然暴露試驗基準點，不但可以為國內乘用車企業節省研發的費用和時間，還可以為制訂適合我國環境狀況的乘用車耐候性試驗標準提供基礎服務。

我國海南瓊海地區和新疆吐魯番地區是較為理想的乘用車濕熱自然暴露試驗基準點和干熱自然暴露試驗基準點建設區域，一是因為氣候條件比較典型，二是有一定的自然暴露試驗場建設基礎。

圍繞我國乘用車耐候性基準點建設，除了開發模擬其環境的人工加速試驗方法[2]，還應進一步加強與國外基準點的試驗比對研究工作。

3.3 加強我國乘用車企業耐候性控制意識

隨著中國乘用車產業的快速發展和乘用車市場的日趨成熟，消費者對乘用車品質的要求也越來越高，全面提升產品品質日益成為乘用車企業提升核心競爭力、贏得消費者的關鍵。許多原本不太受關注的長期性能也和乘用車初始的基本性能一樣，變得不容忽視。耐候性就是其中之一。

我國品牌乘用車由低端向高端邁進的過程中，乘用車企業自身應首先加強耐候性控制意識，在提高產品配置的同時，保證產品具有預期的使用壽命，才能使品牌具有較強的溢價能力，確保企業持續健康發展。

[1]王軍雷,康凱.我國自主品牌乘用車競爭力現狀分析和展望[J].汽車工業研究, 2012 (8): 1-2.

[2]王春川.人工加速光老化試驗方法綜述[J].電子產品可靠性與環境試驗, 2009 (2): 1-5.