汽车电子电气零部件杯境适应性和可靠性验证.pdf
徐敏
[摘 要]由于汽车结构复杂，对电子电气零部件的环境适应及可靠性有较高要求，电子电气零部件的使用性能受环境因素影响。对汽车电子电气零部件环境适应性和可靠性的研究可以使零部件制造者能更好地根据各种因素提高电子电气零部件的质量，在保证其使用性能的基础上增加其耐久程度，对汽车制造有积极意义。本文分析了汽车零部件环境适应性目标设定，论述了汽车零部件的环境适应性和可靠性的目标。
[关键词]汽车零部件；环境适应性；可靠性
中图分类号：U463.6；U467 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）27-0094-01
如今，汽车市场竞争的日益激烈，整车厂需要在比竞争对手更短的时间内推出新的车型以适应不断变化的市场需求。在零部件开发过程中进行的各种型式的验证就是为了能够在要求的开发周期内达到一定的可靠性目标而采取的方法。通过对零部件的原理设计、样品进行验证，能够快速地找到设计的弱点和缺陷并加以改进，使零部件的设计在尽可能短的时间内趋向成熟，满足量产的需要。
一、汽车零部件环境适应性目标设定
电子电器零部件的环境适应性要求包括工作温度范围、工作电压范围、机械振动和冲击的强度、气候环境要求、耐腐蚀性能要求、外壳防护要求和EMC 性能要求等。在设定零部件的这些性能目标值时，一个重要的考虑因素是零部件在汽车系统中的功能及其安装位置。安装在汽车上不同位置的电子电气零部件所处的环境是不同的：安装在发动机舱的零部件所需要经受的环境温度上限可能会达到105℃，而安装在乘客舱里的零部件所需要经受的环境温度上限可能只有85℃；安装在汽车悬架上的零部件所需要经受的机械振动和冲击比安装在车身钣金上的零部件所要经受的要强烈；安装在车辆外部的零部件其外壳防护等级比安装在车辆内部的零部件要高很多。所以在整车厂的零部件测试标准中，会根据不同的安装区域来设定零部件环境适应性的目标值。这些目标值可能是经验值，也可能是在实际测量数据的基础上增加一定的冗余后得到的。
但针对不同的零部件，并不能简单地依靠安装位置来设定目标值，这样也有可能会导致对零部件设计要求过高的情况。除了安装位置，还需要考虑零部件的结构形式和功能特点。比如音响主机，由于其内部结构较复杂且较松散以及包含一些特殊的零件比如液晶屏，另外考虑到其只是一个舒适性相关的零件，因此其机械振动和冲击强度要求和工作温度范围要求均比临近安装位置的其他电子控制器要宽松；另外像车身控制器、安全气囊控制器等与行驶安全相关的零件，部分试验的参数也会比其他控制器的要高。对于EMC 性能目标，则主要根据零部件的类型和功能特点来设定。比如对于电子控制器需要全面验证其抗干扰能力以及其对外的电磁发射水平，而对于电机则主要验证其对外的电磁发射水平。相同某项试验要求达到的等级则视乎该零部件功能的重要程度，与安全相关的零部件其抗干扰能力等级要求比与舒适性相关的零部件要求等级要高。
二、汽车零部件可靠性目标设定
电子电器零部件的可靠性是指在其整个耐久寿命期间，零部件在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力，且功能不会出现失效或性能衰减不会超出规定范围。对于不同的零部件而言，其耐久寿命的概念是不同的：对于电子控制器，其耐久寿命是指一定的工作时间；对于开关或电机等机械零部件，其耐久寿命是指一定的动作次数或循环次数。零部件的耐久寿命是以整车的寿命为参考的，也就是说在车辆达到报废期限之前零部件不允许出现功能失效或性能过度衰减。
电子电器零部件在整车汽车的使用寿命过程中，由于车辆被使用的环境和用户使用习惯的不同，零部件总的工作时间、被操作的次数等是不同的。从分布来看，对于一定样本数的零部件，其环境应力出现的几率大致是呈正态分布的，有一小部分的零部件所受到的环境应力会比其他零部件要高，比如在某些地区，较大的沙尘以及较差的路况使得在这些地区使用的车辆所受的环境应力要比其他地区大。在同样的地区，一辆用于执行公务的车比大部分只是用于日常代步功能的车所受的环境应力也会大很多。而对于零部件的耐久寿命而言，制造公差的存在和生产工艺的不稳定也会导致耐久寿命在不同批次或者不同产地的零部件之间产生差异。但对于一定样本数的零部件，其耐久寿命和失效出现的几率也是大致呈正态分布的，如图所示。（见图1）
但这意味着零部件的耐久寿命设计目标需要设定的比较大，而这无疑会增加零部件设计的难度和成本。因此，整车厂在设定零部件耐久寿命设计目标时会在设计成本和满足客户要求之间取得一定的平衡，这体现为两条曲线有一定程度上的交叉，最极端处2% 位置点为极端用户或使用环境，对于这一点处的用户或者使用环境来说，97% 的零件是可靠的。这样的设定可以保证对于绝大部分用户和使用环境来说零部件是完全可靠的，同时零部件的耐久寿命目标也可以降低到一个较合理的水平。由此，我们可以将2% 位置点处代表的环境应力作为耐久寿命试验的目标值，而97% 则作为耐久寿命试验需要满足的可靠度。通过逆向工程计算可以由这两个值得到零部件对于所有用户和使用环境的整体可靠度。
三、汽车零部件的环境适应性和可靠性的目标
1、环境适应性的目标。汽车电子电气零部件的环境适应性决定因素包括多个方面，工作温度情况、工作电压情况、机器机械振动频率和振动强度、环境气候、耐腐蚀性、EMC性能及外壳防护要求等。对这些因素都要制定目标，确定每个因素的适应范围，并且要将零部件的使用功能和安装位置与影响因素相结合，考虑环境因素对电子电气的影响。零部件安装在汽车的不同位置，其所处的环境也不同，若安装在发动机上，对零部件的温度承受要求高达105摄氏度，安装在车乘坐舱内的零部件温度上限较低，为85摄氏度。
2、可靠性的目标。汽车电子电气零部件的可靠性也是零部件质量重要考虑因素，可靠性指的是电子电气零部件的使用寿命和耐久程度。及是否能在相应环境下完成相应性能，且随着使用时间的增加，耐久的减弱，不会影响零部件的使用功能。对于不同部位的汽车电子电气零部件，其使用寿命要求是不同的，耐久程度越高，零部件质量越好，可靠性越高。对于具有控制功能的电子零部件，其使用寿命以工作时间长短判断，对于机械性的电子电气零部件，其寿命以其使用次数来判定。
3、验证试验的项目确定。在汽车制造企业的相关电子电气零部件的测试标准和国际测试标准中，规定了相关验证试验项目，共有几十项。但并非所有的零部件都需要通过这些验证试验进行验证。在对零部件试验方法进行选择时，要考虑到相关因素。首先，要考虑电子电气零部件对环境适应性的范围，如气温适应范围、濕度适应范围、是否防水等。其次，DFMEA中有相关失效模式及相关改进措施，对DFMEA中的失效模式和改进措施也要进行验证试验。如超低温的情况下零件出现功能失效，对零部件的验证试验可选择为低温保存试验或低温运行试验。此外，对可靠性试验时间的确定及对可靠性验证试验方法的确定也需要根据零部件的不同选择不同的试验方法。以保证验证的效果。
随着国内汽车市场的快速发展，整车厂需要在比以往更短的时间内完成零部件的设计开发，同时由于零部件功能的日益复杂以及用户对车辆质量和可靠性越来越高的要求，如何在很短的开发周期内保证零部件功能和可靠性使得零部件的验证变成一项艰巨的任务。仿真软件的应用、可靠性验证方法和流程的完善也会提高零部件验证的效率。
参考文献
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