汽車電氣和電子部件的環境試驗總體要求與可靠性研究

許毅，馬壯，王家星

（1.上海市質量監督檢驗技術研究院 電子電器與家用電器質量檢驗所，上海 201114；2.上海恒測檢測技術有限公司，上海 201114）

引言

未來汽車零部件產業的發展趨勢是“智能化、集成化、輕量化”，汽車電子部件按其用途可簡單劃分為電子控制裝置和車載電子裝置兩大類，隨著現代高新技術發展，這兩大類別正在發生融合與互通。構成整車車輛的各種電子零部件產品的可靠性起著至關重要的作用，其中，汽車電子控制裝置尤為關鍵，直接決定著車輛的基本功能實現、操作與指示等，例如較為直觀的，汽車的儀表控制系統、安全氣囊的觸發器、汽車啟動的鑰匙、汽車的各種傳感器等。不言而喻，汽車零部件的性能不僅決定著整車的智能化指標，還直接決定著車輛行駛的安全性；而車載汽車電子裝置則是現代汽車重要的高階指標。

國際標準化組織ISO 16750系列標準[1-3]作為專業基礎系列標準，對于道路車輛電氣和電子設備的環境條件、試驗方法和樣品對試驗耐受力的一般通用要求有明確規定。本文主要針對近年國際上主流汽車企業實際應用的新版供貨規范[4]中關于環境試驗項目的新增要求和變化，重點介紹了3.5 t以下汽車電氣、電子部件和模塊等產品的測試要求和試驗條件，特別針對一般要求中環境試驗序列設定與特定性選擇、試驗中和試驗后的參數驗證測試，進行了詳盡的試驗研究與說明。

1 環境試驗序列

1.1 試驗序列計劃

在性能規范中應定義特定部件的試驗序列計劃。根據試驗選擇表，對部件不必要的試驗應從試驗序列計劃中刪掉。如特定部件對于試驗順序有適配性要求，則可對試驗序列計劃進行調整。

所有組件應使用新的、初始接觸系統進行試驗。在試驗開始之前，初始的連接器和電纜必須連接到被測試樣上。只有在完成了相應組件所要求的所有試驗之后，才能斷開連接器及電纜，對部件進行物理分析。此要求不適用于操作模式為“未裝配”的試驗。接觸系統用的線束應以無中間附加的方式設計，即延伸出試驗倉外的線束不應有任何附加的中間連接。

圖1 環境試驗序列計劃-流程圖

1.2 序列試驗

環境序列計劃的試驗項目和順序安排如圖1所示。

如果被測試樣在“自由落體”試驗后未被損壞，則應使用另兩個試件做進一步的序列試驗。否則，應使用備用試件。

所有組件都應連接初始連接器或適配器，從“自由落體”開始試驗。

1.3 序列之外的試驗（并行試驗）

環境試驗序列計劃之外的試驗安排如圖2所示。

1.4 使用壽命試驗

圖2 環境試驗序列計劃（并行試驗）

該試驗模擬了在車輛使用壽命期間部件的功能/驅動周期。目的是驗證部件的質量和可靠性關于功能/驅動周期的方面，例如，制動驅動、座椅調整周期、開關/按鈕驅動等。

使用壽命的試驗要求和順序安排如圖3所示。

2 參數測試

在性能規范中應定義一組敏感參數，或“關鍵”參數，如靜態電流曲線、工作電流、輸出電壓、接觸電阻、輸入阻抗、信號速率（上升和下降時間）和總線規格，這些參數應定義在（設備）性能規格中，在每項試驗開始前和結束時根據其符合規格應對其進行檢查。

對于連接到冷卻回路的部件，應在室溫下（TRT）冷卻回路處于標準冷卻溫度（Tcool，nom）、最高環境溫度下（Tmax）冷卻回路處于最大冷卻溫度（Tcool，max），以及最低環境溫度下（Tmin）冷卻回路處于最小冷卻溫度（Tcool，min）狀態下進行參數測試。除非在性能規格中另有規定，對于高壓（HV）電源的部件，參數測試應在最小工作電壓限值（Vopmin）下以最小高壓HV工作電壓極限和最小直流工作電壓（Vopmin，HV）、在工作電壓（Vop）下以工作高壓和直流工作電壓（Vop，HV），以及在最大工作電壓限值（Vopmax）下以最大高壓HV工作電壓極限和最大直流工作電壓（Vopmax，HV）運行。

參數測試應在試驗完成后立即進行。試驗結束與參數測試執行之間的延時應記錄在試驗報告中。

2.1 參數測試（功能檢查）

1）目的：

參數測試（功能檢查）旨在提供特定溫度和電壓（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。

2）測試：

應對關鍵參數進行測量和記錄。應檢查在特定溫度和每個電壓狀態下（Vopmin、Vop和Vopmax）的功能行為。應測試部件的基本功能。對于具有事件記憶功能的組件，應讀取其存儲器內容。

3）要求：

功能狀態A（即：試件達到所有功能設定）。關鍵參數值的變化、部件的基本功能變化或事件存儲項應根據前面的試驗加載情況與未使用狀態比較后進行評估。結果應記錄在試驗報告中。

2.2 參數測試（小）

1）目的：

圖3 試驗序列計劃-使用壽命

參數測試（小）旨在提供室溫和工作電壓條件下試件無瑕疵功能的驗證。

2）測試：

應對關鍵參數進行測量和記錄。應檢查在室溫（TRT）和工作電壓（Vop）狀態下部件的功能行為。應對部件進行視檢，參照DIN EN 13018《無損檢測目視檢驗一般原理》[5]。對于具有事件存儲器的組件，事件存儲器的內容應被讀出并記錄。隨后清除事件內存項。試驗序列和結果應記錄。

3）要求：

功能狀態A（即：試件達到所有功能設定）。關鍵參數值的變化、功能行為變化或事件存儲項，以及視檢中發現的不規則事件，應根據前面的試驗加載情況與未使用狀態比較后進行評估。

視檢應對任何外部損傷或變化進行評估，如開裂、破裂、剝落、變色和變形等。可見的的不規則是不允許的。設備內部不得有任何部件松動。

2.3 參數測試（大）

1）目的：

參數測試（大）旨在提供特定溫度和電壓條件下試件無瑕疵功能的驗證。

2）測試：

應對關鍵參數和部件在每個溫度（最高環境溫度（Tmax）、室溫（TRT）和最低環境溫度（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））條件下的功能行為進行測量。在測試中應記錄內部和外部可測量的參數來評估部件的精度和功能。

應創建一個參考，以此通過比較確定由試驗載荷導致試件的變化。

記錄的參數應在試驗報告中記錄和評估。特別適用于以下數據：所有功能變量；光源和顯示器的色度坐標、照度和對比度；特性曲線（傳感器、轉換器、電機）；事件存儲項；重置和錯誤計數器計數；錯誤內容檢查；記錄電流隨時間變化曲線從“最低工作狀態”到“最高工作狀態”(基于電流曲線變化以確定電氣子元件老化)；觸覺特性；聲學；尺寸穩定性（變形）、間隙、夾具功能；驅動力/轉力矩；密封試件的氣密性檢查。

部件應根據DIN EN 13018[5]的要求進行視檢。應施加手持搖動試驗以識別設備內部的松動部件。對于具有事件存儲器的組件，事件存儲器的內容應被讀出并記錄。隨后清除事件內存項。試驗序列和結果應進行記錄。

3）要求：

功能狀態A（即：試件達到所有功能設定）。應符合形狀和功能公差的規定。關鍵參數值、功能行為以及視覺檢查中的不規則性的變化，應與未使用的條件相比，在前面的測試負載中進行評估。關鍵參數值的變化、部件的基本功能變化或事件存儲項應根據前面的試驗加載情況與未使用狀態比較后進行評估。視檢應對任何外部損傷或變化進行評估，如開裂、破裂、剝落、變色和變形等。可見的的不規則是不允許的。設備內部不得有任何部件松動。事件內存條目和計數器的變化應準確地反映由試驗和功能需求觸發的內容。

2.4 物理分析

1）目的：

物理分析必須在每個可靠性測試階段（B、C樣本等）之后進行，以識別部件相對于未使用狀態時的變化。

2）測試：

根據物理分析的檢查方法應與購買方和承包商達成一致，并記錄在冊。所有試件應按DIN EN 13018[5]打開并進行視檢。如果試件有任何違規，則必須與買方商定進一步的分析，可能需要額外的試件或使用附加的分析方法。

3）要求：

結果應在試驗報告中進行記錄并評估。

3 結語

所有電子類產品檢測均離不開環境試驗條件，引進復雜環境試驗設備，配備并完善各類環境試驗系統，不僅是汽車電子類產品檢測的要求，更為其它各類電子產品類的檢測拓展提供了環境條件和測試基礎。實際上，環境試驗包括氣候、機械[6]和化學試驗，涉及服役壽命試驗，往往不僅被應用于進行獨立的可靠性測試，例如單獨的環境耐受性試驗項目，用以模擬和發現產品暴露在自然或工作環境下長周期運行產生的不良結構缺陷和質量問題，更重要的，環境試驗也是其它諸多基本功能性測試和性能驗證項目的必備環境基礎和先決條件。

本文服務于國際和國內汽車產業發展需求，密切跟蹤汽車電子的國際標準和整車廠商的實際要求和檢測現狀，對于3.5 t以下汽車電氣和電子部件在環境試驗序列與方案配置，提供了一個測試序列計劃，作為在多個原始設備制造商（OEM）（例如，工業模塊化裝配矩陣或IBK）之間協作項目討論的基礎，并對試驗中和試驗后的參數驗證測試進行了詳細分析與闡述。這些標準化轉換工作服務于國際、國內和進出口汽車產業鏈，為發現汽車電子技術領域的裝備在綜合應力環境下的薄弱環節和故障，從而改進其可靠性和環境適應性，提供技術支撐并具有指導作用，對于提高我國汽車電子技術水平和檢測能力具有一定的戰略意義。