汽車尾燈組件的總體要求與可靠性試驗研究

王魁棟

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

引言

伴隨著現(xiàn)代智慧城市的建設和發(fā)展，汽車行駛的速度不斷提升和夜間行車流量的攀升，對駕駛的掌控靈敏度和反應速度的要求也不斷突破，汽車車燈是車輛夜間行駛進行道路照明、也是車輛行駛信號指示的必備裝置，作為車輛交通使用的“眼睛”和“語言”，其模塊/組件性能和可靠性直接影響著車輛使用人員與財產(chǎn)安全。

汽車車燈由于在室外行駛經(jīng)常受到周圍氣體、鹽霧、化學物質(zhì)等侵蝕，行駛振動和沖擊再加上暴露于溫度和濕度等環(huán)境條件的變化，對汽車車燈進行電氣要求、機械試驗、氣候試驗和化學試驗等性能驗證和可靠性的測試尤為重要。

1 汽車車燈相關檢測標準

機動車車燈檢測涉及的范圍，包括：前照燈、前霧燈、前轉(zhuǎn)向燈、前示廓燈、前駐車燈、前反射器；后轉(zhuǎn)向燈、后霧燈、后示廓燈、后駐車燈、后反射器、后位制動燈、高位制動燈、倒車燈、牌照燈；側(cè)轉(zhuǎn)向燈、側(cè)標志燈、側(cè)駐車燈、側(cè)反射器、日間行車燈、彎道照明燈、回復反光材料、反光標識；前照燈清洗器、低速車輛及重長車后標志牌、三角警告牌、重長車回復反射器標志等相關標志。

關于機動車輛外部照明和光信號裝置的環(huán)境耐久性試驗，國家標準GB/T 10485[1]給出了通用要求，規(guī)定了基本環(huán)境試驗要求及其試驗方法，主要項目包括：熱循環(huán)試驗、熱沖擊試驗、熱變形試驗、鹽霧試驗、防水防塵試驗、隨機振動試驗、耐化學試劑試驗（潤滑油、燃油、清洗液等）等。GB 4785[2]相應給出汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規(guī)定。GB/T 15766[3]等系列標準則對道路車輛燈泡的性能等方面的檢測要求和試驗方法進行了規(guī)定。汽車及掛車燈具的光電性能方面，相關國家標準涉及：GB 4599[4]《汽車用燈絲燈泡前照燈》、GB 4660[5]《汽車用燈絲燈泡前霧燈》、GB 21259[6]《汽車用氣體放電光源前照燈》、GB 5920[7]《汽車及掛車前位燈、后位燈、示廓燈和制動燈配光性能》、GB 11554[8]《汽車及掛車后霧燈配光性能》、GB 15235[9]《汽車及掛車倒車燈配光性能》、GB 17509[10]《汽車及掛車轉(zhuǎn)向信號燈配光性能》、GB 18099[11]《汽車及掛車側(cè)標志燈配光性能》、GB 18408[12]《汽車及掛車后牌照板照明裝置配光性能》、GB 18409[13]《汽車駐車燈配光性能》等。

2 汽車尾燈組件試驗要求

2.1 通用要求

與零件相關的供貨技術條件，所涉及的是經(jīng)過溫度與濕度調(diào)節(jié)的組件／系統(tǒng)。

試樣的數(shù)量可根據(jù)序列試驗的規(guī)定選取，若無具體規(guī)定，應使用至少6 組試樣進行試驗。

對于各種不同類型（如：ECE、SAE 等）混合規(guī)格、或?qū)τ诔叽缱兓幕旌弦?guī)格，應根據(jù)適用情況進行試驗。

1）測試設備／試樣的要求：

為了進行溫度測量，應提供配有溫度測量傳感器（溫度計）的組件。

2）試驗的驗證：

試驗主要依據(jù)德系汽車標準VW 80000[14]。

在方案設計階段，應通過模擬試驗與型式試驗已證明了材料在涉及指標方面的可適用性及設計方案的可適用性，項目包括但不限于：密封性、溫度、強度、通風與排氣。

試驗應在B-樣品狀態(tài)[15]下開始進行。另提供一件樣品零件作為基準件。

對于組件樣品給予認可批準，應滿足C-樣品狀態(tài)／量產(chǎn)所規(guī)定的要求[15]，即：試樣在暴露于試驗參數(shù)期間不滿足一個或多個功能。在暴露于試驗參數(shù)之后，試樣應即刻自動返回到功能狀態(tài)A[15]，或者通過性能規(guī)范中指定的外部觸發(fā)機制返回到功能狀態(tài)A（滿足所有制訂功能）。任何時間都不允許未定義的功能。

2.2 車輛使用要求（使用和安裝概況）

各項要求適用于車輛尾部區(qū)域的安裝部位、外部的安裝零件、車輛尾部罩蓋。

對于發(fā)動機安裝在尾部的車輛，要求范圍適用于發(fā)動機廂。

1）運行時間（按車輛的使用壽命）：

①車輛運行持續(xù)時間：10 000 h；車輛使用年限：15 年；

②車輛行駛里程：300 000 km。

2）溫度：

①儲存溫度：上限ToL=105 ℃；下限TuL=-40 ℃；

②工作溫度：最高限值Tmax=85 ℃；最低限值Tmin=-40 ℃；

③電子模塊的溫度最高限值：Temax=70 ℃。

3）供電：

①電源類型，前置的電子控制器：UB=14 V；

②工作電壓：下限UBmin=6 V；上限UBmax=17 V。

4）環(huán)境影響：

①振動負荷：嚴酷等級2；

②安裝區(qū)域：外部；IP 防護等級：IP5K4K+IPX9K；

③化學品：發(fā)動機油、防凍液、保護漆、保護漆去除劑、擋風玻璃清洗液、車輛清洗化學品、內(nèi)部清潔劑、玻璃清潔劑、冷清洗劑、工業(yè)酒精、化妝品（如乳霜）、含咖啡因和糖的飲料。若安裝在油箱注入管筒附近位置，應滿足附加的耐化學品試驗。

2.3 對工作狀態(tài)的定義

見表1，對于操作控制，應考慮到產(chǎn)品使用國家的特定要求（如：ECE、SAE 等）。

表1 工作狀態(tài)

2.4 試驗的一般要求

1）試驗準備：

在加載試驗負荷前，應對所有試樣都進行無缺陷檢查。

應保留一個基準件，通過與該基準件對比獲得試樣由于加載了試驗負荷而發(fā)生的變化。

2）參數(shù)測試（在每一項試驗之后）：

參數(shù)測試用以確定已實施的試驗對試樣造成的影響。參數(shù)測試應當在每項試驗后進行。對于氣候試驗負荷，應當在試驗結束之后的1 h 之內(nèi)完成測試。

功能試驗：功能狀態(tài)A（試件達到所有功能設定）[15]。

應當檢查器件是否有外觀上的異常（凹痕、外殼彎曲、扭曲、刮擦痕、裂紋、顏色變化、磨損、灰塵等）。不允許有水進入器件內(nèi)。

抖動檢查：用手抖動并敲擊該器件，檢查器件的零件是否有松動現(xiàn)象。

將異常情況（與基準零件對比的任何偏差情況）記錄存檔。

3）用偏差分析法進行連續(xù)參數(shù)監(jiān)控：

除按照VW 80000 的規(guī)定要求之外[14]，補充以下適用項：

在采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號進行操作時，操作控制應與在車輛中的情況一致。

所有的測量參數(shù)應采用相同的時間基準來記錄和表述。

對于在數(shù)據(jù)分析時所采用的數(shù)據(jù)簡化／數(shù)據(jù)抽象（如：界限值監(jiān)控、總線信息測值）方法，應根據(jù)適用情況確定。若出現(xiàn)故障，應對試驗設備進行連續(xù)監(jiān)控；并且，試驗設備應在進行試驗時就已對所出現(xiàn)的故障發(fā)出警示信號。

試驗自動化裝置應不僅可探測到持續(xù)出現(xiàn)的故障，也可探測短暫出現(xiàn)的故障，應能連續(xù)地發(fā)出視覺警示信號。在出現(xiàn)故障的情況下，應當中斷試驗，并進行故障原因分析。

需進行測量與監(jiān)控的參數(shù)，包括功能參數(shù)、環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度等）、供電電壓、電流（工作電流、靜態(tài)電流、負荷電流）、電壓下降（接觸點）。

4）物理分析：

若對一個試樣已進行過所規(guī)定的所有試驗，則應進行一項物理分析。

光度測量值應滿足要求。在進行分析時，應當盡可能在非破壞性檢查的狀況下，把試樣與新制狀態(tài)進行對比，測定并評估其變化情況。如果要把零件拆開，應根據(jù)適用情況確定。

最終分析應包括但不限于：螺絲松開扭矩（如：外殼螺絲緊固件、在振動臺上的固定螺絲等）；焊接部位缺陷；組件變色／電路板變色（尤其是在特定溫度條件下出現(xiàn)變色）；磨損痕；材料凹凸不平、裂紋、變形（尤其是鑄造材料／灌封材料以及密封材料）：應當選擇合適的驗證方法（倫琴射線、計算機斷層成像、研磨等）；渾濁（尤其是光學傳感器系統(tǒng)的零部件）；卡緊狀態(tài)與夾緊狀態(tài)；腐蝕痕跡與材料遷移痕跡；對塑料的防水特性的評定（尤其是對含有內(nèi)嵌沖壓柵格的組件）；電路板的貫通接觸層的損壞（尤其是熱通道）；在經(jīng)受機械負荷（振動、機械沖擊、跌落試驗）后、大的電解電容器內(nèi)部結合件（焊片）損壞；插頭針腳損壞（如：由于電流、溫度、摩擦、氧化等原因造成）；ICT-結果（如可能）。記錄異常情況（與基準零件對比的任何偏差情況）。

3 汽車尾燈組件試驗項目

參照VW 80000 的試驗項目要求[14,16]，關于主要的電氣要求、機械試驗和氣候試驗的序列試驗項目，如表2 所示。

表2 汽車尾燈組件試驗一覽表

4 汽車尾燈組件試驗流程

燈具組件的試驗流程圖，主要的包括：電氣要求、機械試驗、氣候試驗和化學試驗[14,16]，見圖1 所示。

圖1 汽車尾燈組件試驗流程圖

5 電氣要求和機械要求的關鍵試驗

5.1 電氣要求-電壓下降和瞬時電壓驟降

對于所有電氣試驗，驗證指標是：“在電壓范圍0至UBmax（工作電壓上限），某一項功能的所有照明燈具都應保持相同亮度。”進行瞬時欠壓試驗時，應記錄存在反饋電壓與電流。

電壓下降旨在測量在指標允許的情況下電壓下降的最大值。操作類別按照實驗室安裝結構進行。在額定電流下進行試驗，電壓下降值應小于等于5 mV/A，且絕對值應小于等于100 mV。試驗期間及產(chǎn)品整個使用壽命期內(nèi)，可允許的電壓下降值不得超過規(guī)定值。

瞬時電壓驟降旨在考核短時間的電壓驟降情況下試樣的特性，并對其可能出現(xiàn)的影響進行評估。在進行試驗時，采用單獨或組合的方式，對試樣加載所有供電電壓。用于施加脈沖電壓驟降的試驗程序條件：試驗脈沖頻率：1 Hz；電壓間隔的試驗脈沖持續(xù)時間：5 ms、10 ms、50 ms、100 ms；試驗脈沖起始的電壓：14 V；試驗脈沖間隔的電壓：10 V、9 V、7 V、6 V、5 V、4 V。施加電壓曲線金額試驗程序示意圖如圖2 和圖3 所示。在試驗期間和試驗后，應關注并記錄脈沖形狀、電流消耗以及功能偏差情況。功能試驗應能達到功能狀態(tài)A 和／或在所規(guī)定狀態(tài)C 下的工作電壓[15]。關于對功能狀態(tài)C 進行調(diào)節(jié)的所有范圍，應以基準零件為依據(jù)進行分析。組件的高負荷安全運行或所規(guī)定的復位動作應始終能得到保證。

圖2 瞬時電壓驟降試驗施加的電壓曲線

圖3 試驗程序的示意圖

5.2 機械要求-振動試驗（溫度疊加）

以VW 80000 振動試驗的規(guī)定為基礎[14]，補充增加了以下試驗內(nèi)容：

試樣的固定應按照批產(chǎn)裝配時的安裝狀態(tài)進行：模擬在車輛上或車廂接口上的支撐部位；固定在原始固定部位；如果是用橡膠支座固定，在各條軸線的振動試驗之后都必須把橡膠支座換新；用原裝螺絲固定；施加初始扭矩固定；按照安裝條件固定電纜線與軟管；燈絲燒壞的白熾燈泡，允許更換。確保在初始固定部位上施加（同時在這些部位上進行測量與控制）VW 80000 振動試驗中規(guī)定的振動加速度負荷，采用振動集合圖例D[14,17]。需要特別說明的是，與VW 80000 振動試驗條件不同，對于表1 中給定的每個空間方向上（X/Y/Z）施加的振動嚴酷度為2，振動曲線條件及參數(shù)的設置詳見表3。

表3 振動試驗曲線與參數(shù)設置

試驗后，除VW 80000 振動試驗固定的要求外，還應對緊固螺絲的松脫扭矩進行測量，應符合組件設計的要求。試驗后不允許試樣出現(xiàn)磨損（粉塵磨損）、零件松動、裂紋、以及噪聲的情況。

6 結語

汽車車燈的外部照明和光信號裝置的指示作用，在日常交通特別是夜間行車中對道路交通安全起到舉足輕重的影響，其性能保障在行車安全和交通管理領域有舉足輕重的意義。汽車燈具的設計也已經(jīng)成為整車設計的重要組成內(nèi)容和部分。不同部位、不同功用的汽車燈具組件，環(huán)境可靠性的檢測要求也不盡相同，對于不同車企品牌的汽車測試標準做的試驗和指標要求也有一些區(qū)別。目前車輛燈具檢測的關注重點多集中于前照燈，本文則主要對汽車尾燈及組件/模塊的可靠性試驗，近年國際上德系主流汽車企業(yè)針對3.5 t 以下汽車尾燈實際應用的新版供貨技術規(guī)范進行了重點介紹和指標說明，給出了試驗的通用要求、車輛使用及安裝的概況與參數(shù)條件、不同位置車燈的工作狀態(tài)設置，以及試驗過程的一般要求（包括試驗的準備、環(huán)境條件試驗后的參數(shù)測試、驗證和物理分析等），同時給出全部電氣要求、機械試驗和氣候試驗的序列試驗項目，并提供更全面和詳盡的試驗流程圖。本文作為汽車尾燈及組件/模塊的總體和通用要求，為后續(xù)四大類可靠性試驗：電氣要求、機械試驗、氣候試驗和化學試驗的設置和安排，給出了提綱挈領式前提設置的詳細說明與解析。

汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)正逐步脫離了整車企業(yè)成為專業(yè)化供貨集，目前已經(jīng)成為全球化發(fā)展趨勢。本文適應于國際轉(zhuǎn)國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，密切追蹤汽車電子和配件的國際標準和整車廠商的實際要求與測試行業(yè)現(xiàn)狀，有助于指導我國汽車產(chǎn)業(yè)、檢測技術及其標準化的能力擴展與提升。