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汽车电子可靠性测试项目-(全)ISO 16750-2012(附下载地址)

 

汽车电子可靠性测试项目-(全)ISO 16750-2012(附下载地址)

ISO 16750道路车辆电机电子设备环境条件/试验

ISO 16750标准共分为五个部分,除第一部分通则的外,其余四个部分分别为电力负载、机械负载、气候负载及化学负载,另外,针对其电源系统分可适用于12伏特(乘客车)及24伏特(商用车)两类,而碍于篇幅限制,本文将仅针对使用占比较大的乘客车(Passenger Car)12伏特系统来分别依据四项负载要求做说明。

测试条件不一而足

通则主要定义第二至第五部分测试条件,以下将针对操作模式、功能状态分类、环境试验条件及试验编码制度作简单介绍。其中操作模式定义三种模式,包括为电子装置测试在无电源要求情形下,电子装置仿真关闭引擎后,利用电瓶电力供应操作情形,以及电子装置以发电机/引擎电力操作下测试。

至于安装位置区分为以下五种:

引擎室

包含车体、车架、引擎内/外、变速箱内外等。

乘客室

包含暴露于直接太阳辐射及暴露于辐射热(太阳辐射除外)等。

行李厢/装载厢(载货空间)

包含车体、车架、轮弧、车底、行李箱盖等。

安装在外部/凹处内

包含车体、车架、车底、行李箱盖等。

其他安装位置

对于无标准规格的特殊环境条件位置,如排气系统等。

另外,试验后的功能判定等级则分为以下五种:

等级A

试验期间与试验后,电子装置所有功能符合原有设计。

等级B

试验期间电子装置所有功能皆可执行,但其中一或多项可能超出规格。在试验后,所有功能自动回复到正常范围内,惟记忆功能必须保持在等级A。

等级C

试验期间电子装置有一项以上的功能无法执行,但试验后还能自动回复到正常操作。

等级D

试验期间电子装置有一项以上的功能无法执行,并且在试验后无法自动回复到正常操作,直到电子装置以简单的操作/使用动作来重置。

等级E

试验期间与试验后电子装置有一项以上的功能无法执行,须经过修理或更换后才可执行正确的操作。

电力负载测试不可或缺

电力负载的主要环境分为直流电压、过电压等十一项,此部分并无安装位置区分,适用于汽车任何部位的电子装置。

其中,直流供应电压的试验目的在确认配备最小与最大供应电压功能,所有电子装置依照表1的电压范围进行试验时,其功能须符合所定义的等级A。而过电压试验仿真电压调整器故障,使发电机输出电压超出正常值时,此试验分为高温和室温下两种试验。

高温试验

将电子装置放入温度(Tmax-20℃),对于电子装置的所有相关的输入端施加18伏特电压,试验后电子装置的功能状态至少必须为等级C,更严格要求则是采用等级A。

室温试验

此试验模拟跳接启动,于室温下对电子装置的所有相关输入端施加24伏特电压,试验后的功能状态至少必须等级D,若为更严格要求则采用等级C。另外,迭加交流电压则为试验仿真直流电供应上残留的交流电压,并对其所有输入端(接头)同时进行下列试验,依照应用选择严苛度1或2,试验后的功能状态必须为等级A,试验波形如图1。

供应电压缓降缓升的试验模拟蓄电池逐渐充放电的状态,于电子装置的所有输入端(接头)同时进行电压稳定斜率变化,详细内容请参考ISO 16750-2说明,试验后对于超出范围部分,至少必须为等级D,若为更严格要求则采用等级C。而供应电压的不连续分为以下三种试验方法。

 图1 迭加交流电压波形

供应电压瞬间压降

此试验模拟另一回路传统式保险丝熔融时的影响,于电子装置所有相关输入端(接头)同时施加试验压降脉冲。

压降重置行为

此试验在确认电子装置于不同压降下的重置行为。其适用有重置功能的配备(如含有微控制器),此试验对电子装置供应如图2的波形。试验后功能状态应为等级C。

 图2 压降重置试验波形

启动波形

此试验在确认电子装置于引擎启动时与启动后的行为,如图3将电子装置所有相关输入端(接头)同时施加启动波形,与车辆启动期间操作有关的电子装置功能应为等级A。

 图3 启动波形

反向电压的试验检查使用辅助启动装置时,电子装置对反向连接蓄电池的抵抗力,此试验不适用于发电机或无外部反极保护装置的嵌位二极管继电器,详细内容请参考ISO 16750-2说明,功能状态应为等级C。

接地参考及电源供应偏移的试验在确认有两种或以上供电途径时,组件是否能够可靠操作,如组件的电源接地与信号接地可能输出于不同回路,所有输入端与输出端应连接至代表负载或网络以仿真车内状态。试验后所有功能群组的功能状态为等级A。开路试验分为单线与多线断路两种试验。

单线断路

此试验为模拟打开接点的情况。连接并操作电子装置,将电子装置接口其中的一回路开路然后恢复连接,观察装置断路期间与断路后的行为,试验后的功能状态应为等级C。

多线断路

此试验用来确认快速多线断路对电子装置的功能状态影响,移除电子装置联机然后恢复连接。观察装置断路期间与断路后的行为,对于多接头的装置,每一种可能连接方式均应试验,试验后的功能状态应为等级C。

短路保护的试验为仿真装置信号输入与输出端的短路,若为信号回路,则将电子装置所有相关的信号输入与输出端连接USmax (表1)与接地60秒,其他输入与输出端保持开回路或依规定连接,试验后的功能状态应为等级C,详细内容请参考ISO 16750-2说明。

绝缘电阻试验确保最小电阻值的需求,以避免电流绝缘回路与电子装置导电部分之间流过电流,依照ISO 16750-4规定进行湿热循环试验后,将电子装置施加500伏特直流试验电压60秒,试验的绝缘电阻应大于10M欧姆。

机械负载须配合温度循环合并测试

主要环境条件分为引擎产生的正弦振动、行驶路面引起的随机振动、搬运或凹凸路面引起的机械冲击、磨耗强度、碎石冲击及表面强度等六项。

正弦/随机振动依据安装部位可分下列几种,为试验过程中须搭配温度循环(图4)合并进行验证。

图4 振动期间温度曲线(详如ISO 16750-4)

引擎

此试验为检查电子装置是否因振动而引起故障与损坏,分为正弦和随机振动要求。

正弦振动方面,五汽缸的引擎或以下的试验频谱如图5的曲线1,五汽缸以上引擎的试验频谱如图5的曲线2,电子装置的每一轴向进行22小时试验,操作模式3.2期间功能状态应符合等级A,而进行其他操作模式功能状态应符合等级C。

 图5 引擎上的正弦振动频谱(详如ISO 16750-3)

随机振动试验频谱如图6,电子装置的每一轴向进行22小时试验,操作模式3.2期间功能状态应符合等级A,而进行其他操作模式功能状态应符合等级C。

 图6 引擎上的随机振动频谱(详如ISO 16750-3)

变速箱

此试验为检查电子装置是否因振动而引起故障与损坏,分为正弦与随机两种振动要求。

正弦振动的试验频谱如图7,电子装置的每一轴向进行22小时试验,操作模式3.2期间功能状态应符合等级A,而进行其他操作模式功能状态应符合等级C。

 图7 变速箱上的正弦振动频谱(详如ISO 16750-3)

随机振动试验频谱如图8,电子装置的每一轴向进行22小时试验,操作模式3.2期间功能状态应符合等级A,而进行其他操作模式功能状态应符合等级C。

 图8 变速箱上的随机振动频谱(详如ISO 16750-3)

弹性充填室

弹性充填室(Flexible Plenum Chamber)试验适用于安装在弹性充填室上,且非稳固锁附的电子装置(图9),电子装置的每一方向应进行22小时试验,操作模式3.2期间功能状态应符合等级A,而进行其他操作模式功能状态应符合等级C。

图9 弹性充填室的正弦振动频谱(详如ISO 16750-3)

簧上承载件/车体

簧上承载件(Sprung Masses)/车体振动为恶路行驶所引起的随机振动,此试验确认的主要失效为疲劳造成的损坏,电子装置每一轴向应进行8小时试验,试验频谱如图10,操作模式3.2期间功能状态应符合等级A,而进行其他操作模式功能状态应符合等级C。

图10 簧上承载件的随机振动频谱(详如ISO 16750-3)

非簧上承载件——车轮/车轮悬吊

车体的振动为恶路行驶所引起的随机振动,此试验所确认的主要失效为疲劳造成的损坏,电子装置的每一轴向应进行8小时试验,试验频谱如图11,操作模式3.2期间功能状态应符合等级A,而进行其他操作模式功能状态应符合等级C。

图11 非簧上承载件的随机振动频谱(详如ISO 16750-3)

机械冲击分为二种安装位置:

车门或盖门内/上装置

此试验检查电子装置因车门猛烈关闭的冲击而引起的故障与损坏。此负载的发生为车门猛烈关闭时,失效模式为机械损伤,如由于车门猛烈关闭所引起的高加速度,使得电子控制模块外壳内部的电容器脱落,依表2选择一种严苛度,试验后功能状态应符合等级C。

车体与车架上固定处装置

此试验检查电子装置因车体与车架的冲击而引起故障与损坏,此负载为高速行驶过路缘石而发生的冲击,失效模式为机械损伤如由于高加速度,使得电子控制模块外壳内部的电容器脱落,冲击型式为半弦波,加速度500m/s2,每个方向冲击十次,试验后的功能状态应符合等级A。

自由落下试验检查电子装置因自由落下而引起故障与损坏,电子装置在搬运期间可能掉落至地板上,如在车辆制造商的生产线。若系统/组件在掉落后明显损坏,即进行更换;但若无明显损坏,安装于车内应正常作动,失效模式为机械损伤如由于电子装置撞击地面的高加速度,使得电子控制模块外壳内部的电容器脱落,掉落高度为1公尺自由落下,不应有隐藏的损坏。只要不影响电子装置的性能,允许外壳有小部分的损坏,功能状态应符合等级C。

表面强度/耐刮痕与磨耗试验与要求应取得买卖双方同意,如符号和卷标应保持可见。碎石冲击试验则检查抗碎石冲击性(于暴露的安装位置,如前端)。

气候负载须通过恒温试验

此负载的环境试验包含十六项,惟归纳其主要环境条件可分类为高/低温、温度变化、冰水冲击、温度冲击、防尘/防水、盐雾、气体腐蚀、湿热、太阳辐射等十类,各项试验的温度等级可参考表3定义,各安装部位所需的验证项目可参考表4说明。

恒温试验分为低温试验与高温试验两种,而此两种又细分为储存与操作温度两种方式。

低温储存试验

仿真电子装置暴露于低温时未供电的情况,如电子装置搬运期间。失效模式为无法耐霜,如液晶显示器结冻,试验后的功能状态应符合等级C。

低温操作试验

仿真电子装置暴露低温时供电的情况,如在周围温度非常低的情况下操作电子装置。失效模式为低温造成电气故障,如液晶与电容结冻,试验后的功能状态应符合等级A。

高温储存试验

仿真电子装置暴露于高温时未供电的情况,例如电子装置搬运期间。失效模式为无法耐热,如塑料外壳变形,试验后功能符合等级C。

高温操作试验

仿真电子装置暴露高温时供电的情况,如在周围温度非常高的情况下,操作电子装置。失效模式为高温所造成电气故障,如组件热劣化,试验后的功能状态应符合等级A。

温度阶梯试验在操作温度范围内检查机械与电子装置在一小部分内可能发生的故障,试验曲线如图12,试验后功能状态应符合等级A。

 图12 温度阶梯试验曲线

温度循环分为以下二种试验方式:

指定变化率温度循环

仿真电子装置随温度变化的电气操作情况,如在周围温度快速变化下操作电子装置,失效模式为温度变化时造成电气故障,试验曲线如图13,试验后的功能状态应符合等级A。

 图13 温度循环试验曲线

指定转换时间快速温度变化

仿真车辆多次数缓慢温度循环的加速试验,失效模式为由老化和不同的温度膨胀系数而造成材质破裂或密封不良,试验后的功能状态应符合等级C。

冰水冲击试验分为溅水与浸没两种试验,模拟车辆因容易受冰水喷溅区域的产品所产生的热冲击。此试验的目的在于模拟冰水溅泼到发热的电子装置上,通常发生在冬天行驶于潮湿路面。失效模式为材料的机械性破裂,或因不同温度膨胀系数所造成的密合性失效。试验后的功能状态应符合等级A。

盐水喷雾分为盐雾及漏电与功能两种试验。

腐蚀

此试验检查电子装置材质与表面涂层在冬天街道上对盐雾与盐水的抗腐蚀能力,此试验造成的腐蚀与实际情况类似,失效模式为腐蚀,试验后依相关规格进行目视检查,项目包含识别、外观、工艺与表面状态,功能状态应符合等级C。

漏电与功能

此试验检查电子系统在冬天街道上对盐雾与盐水的抵抗能力,失效模式为盐水侵入造成漏电流所产生的电气故障,盐水不得侵入外壳。过程中电气操作时,功能状态应符合等级A。

湿热循环试验为仿真电子装置在周围湿度过高情形下使用情况,失效模式为湿气造成电气故障,例如湿气侵入造成印刷电路板产生漏电流,其他失效模式还有因电子装置内部空气冷却,以及外部高湿空气导入电子装置所产生内部湿气迁移的呼吸效应。

此共分为湿热循环与复合温湿度循环两种试验,试验期间于到达最高循环温度时依照操作模式3.2进行功能试验,其功能状态应符合等级A。

稳态湿热试验仿真电子装置在周围湿度过高情形下的使用情况,失效模式为湿气造成电气故障,如湿气侵入造成印刷电路板产生漏电流。对于引擎关闭时还有电力的电子装置,功能状态在整个试验期间应为等级A,其他电子装置在试验期间应符合等级C,以及最后1小时期间符合等级A。

混合气体腐蚀试验仿真电子装置出现有腐蚀性气体的使用情况,例如高污染大气环境出现时的使用情况,失效模式为因电气接触表面上产生隔离性腐蚀物所造成的电气故障。此试验与插头接触与切换开关接头接触有关,另一个失效模式为结构内部腐蚀造成的保护涂装(涂漆)穿透,试验后的功能状态应符合等级C。

太阳辐射方面,如有要求时,应选择适当材质以确保对太阳辐射抵抗力,可参考ISO 105系列或ISO 4892系列等国际标准作为双方协议。

防尘与防水保护依ISO 20653检查电子装置,建议的IP等级参见表4。

化学负载仿真对汽车电子产生的影响

本负载包含二十七种液体,包括机油、汽油、清洁剂、液压油等,主要用以模拟车用主要油品、化学品及一般饮用品等对电子装置表面的效应。

其中,车辆电子安装于引擎室区域必须通过二十二项化学验证测试为最严苛,而乘客室区域则是必须通过五项化学验证测试,后行李箱区域必须通过九项化学验证测试,以及车外区域必须通过十一项化学验证的测试,各种安装区域的化学液种类如表5所示。

与特定化学溶剂接触的电子装置和相关零件应不受其影响,除非有文件证明材质不受影响而毋须试验的外,否则应该以所有可能接触的溶剂进行试验。

对于化学溶剂的制造商与型式应由买卖双方同意,一般在材质选择时,应尽早考虑对特定化学溶剂的耐用性。试验后功能状态应符合等级C,且正常性能应不变(例如密合功能),标志与卷标应保持可见清晰。

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