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环境技术/Environmental Technology
Ａｂｓｔｒａｃｔ：In this paper, according to ISO 16750 series standards and the supply specification of a number of mainstream automobile enterprises for electrical and electronic components in vehicles of less than 3.5 tons, the mechanical environment tests, such as the stone impact test, vibration test, mechanical shock and continuous mechanical shock, are emphasized, and the test methods and requirements of different electronic and electrical components in the vehicles are analyzed in detail.
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：vibration; shock; mechanical shock; sinusoidal vibration; broadband random vibration; power density spectrum
摘要：本文针对3.5 t 以下汽车电气和电子部件，采用ISO 16750系列标准和多个主流整车企业的供货规范中关于机械环境试验试验项目，重点阐述了石体冲击试验、振动试验、机械冲击和持续机械冲击试验，对车辆中不同电子电气部件相关的测试方法和要求进行了详细解析。
关键词：振动；冲击；机械冲击；正弦振动；宽带随机振动；功率谱密度
中图分类号：TM93， U467.3      文献标识码：A      文章编号：1004-7204(2019)S2-0127-05
汽车电气和电子部件机械环境试验要求与关键测试研究
Research on Mechanical Environmental Test Requirements and Key Projects for
Automotive Electrical and Electronic Components
马会凯1，许毅1，王家星2，陆斌1
（1.上海市质量监督检验技术研究院电子电器家用电器质量检验所， 上海  201114；
2.上海恒测检测技术有限公司，上海  201114）
MA Hui-kai 1, XU Yi 1, WANG Jia-xing 2, LU Bin 1
(1.Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research, Institute of Quality Inspection of
Electronic and Electrical Appliances & Household Electrical Appliances, Shanghai 201114;
2. Shanghai Eternal Test Technology Co., Ltd., Shanghai 201114)
引言
现代汽车上遍布的电子零部件已然成为汽车的大脑和神经。汽车电子产品按照主要用途可单纯的分为汽车电子控制装置和车载汽车电子装置两大领域。汽车电子控制装置包括汽车底盘、发动机、车身电子控制、车用MEMES 传感器等；车载汽车电子装置则包括汽车导航系统、车载通信和信息系统、汽车娱乐系统以及现今先进的自动泊车辅助系统（APA）等。随着现今通信和网络时代的高速发展，这两大领域以功能划分的界限已然不明确，正不断发生着融合和交叠。
汽车构成的各种电子零部件产品，其可靠性都起着至关重要的作用，造成恶性交通事故的罪魁祸首也往往
是汽车电子零部件，一些电子零部件特别是汽车电子控制装置，一旦出现故障将直接导致汽车失控，造成威胁人民生命和财产安全的严重后果。因此，对于这些性命攸关的汽车电子零部件产品，需要进行各种试验以考核和验证其在各种严酷条件下能正常、安全工作的能力，国家对汽车行业产品质量的安全保障一向都十分重视。
国际标准化组织ISO 16750系列标准[1-3]中，规定了道路车辆电气和电子设备的环境条件、试验方法和样品对试验耐受力的要求，归属于专业基础标准的范畴。机械环境试验相关还有IEC 60068-2系列标准[8-10]、ISO 20653《道路车辆防护等级（IP 代码）电器设备对外来物、水和接触的防护》[4]以及ISO 20567-1《涂料和清
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漆.涂层的耐石片划痕的测定第1部分：多冲击试验》[5]
等。
针对ISO 16750系列标准[1-3]和主流汽车企业的供货规范[6]中关于机械环境试验试验项目，重点介绍了3.5 t 以下汽车电气、电子部件和模块等产品的测试要求和试验方法。3.5 t 以下汽车电气和电子部件产品的机械试验要求和测试项目，主要涉及：自由落体、石体冲击试验、防尘试验、振动试验、机械冲击和持续机械冲击试验，以及冷却电路压力脉冲试验等。本文重点解析其中石体冲击试验、振动试验、机械冲击和持续机械冲击试验四个关键项目。
１石体冲击试验
石体冲击试验是模拟碎石冲击对部件的机械载荷。试验目的是验证部件对缺陷模式（如变形或裂纹）的耐受性。
试验方法通常是基于ISO 20567-1方法B [5]，采用的试验装置是该标准中规定的多功能碎石冲击试验机，冲击材料则是符合ISO 11124-2标准[7]的冷却铁砾，粒度一般为4~5 mm。常用试验参数见表1。
在测试前和后试样应功能完备。此外，试样应用肉眼目测检查，并通过摇晃测试松动或抖动的部件。试验期间变更或损坏情况应记录并进行评估。
２振动试验
振动试验是模拟车辆行驶过程中作用在部件上的振动载荷。试验目的是验证部件对缺陷模式（如子构件的解构和材料疲劳）的耐受性。
试验方法通常是基于IEC 60068-2-6[8]
的正弦振动激励和IEC 60068-2-64[9]的宽带振动激励，试验期间所叠加的温度曲线见图1，在最大与最小驱动区间运行。试验选择的采集速率应确定能识别终端和短路的情况。
执行试验时，应重现部件在车辆中的安装位置。为模拟车辆中不同安装位置的部件实际工作中所经受的振动情况，试验采用不同振动模式，特性的描述可分为5个振动集合（profile），（集合指所有试验相关的样品属
试样运行模式
配置方式和参数
冲击介质剂量500 g 试验压力  2 bar
试样上的测试面车辆上所有可自由达到的表面
冲击角度相对于冲击方向54 °
试验循环数2试样数量
6
性、激励方式、测试曲线和阈值要求等配置内容），其中正弦激励的频率扫描时间为1倍频/分钟（对数），通用试验配置情况详见表2。
试验中应注意以下几方面问题：
1）安装在电机上的部件至少要按照振动集合D 的描述等级进行测试。然而，这个试验属性中未考虑由电机发出的特定振动载荷。但实际情况中，这些特定的振动载荷是可能发生并作用于部件上的。因此，试验期间，需将所涉及电机产生的特定振动载荷进行测量，并施加到试验中。
2）在测试装置中加固连接线（如电线、冷却剂软管、
液压管路）的方式，应考虑与委托方共同定义。对于用阻尼元件安装在托架或车辆上的部件，应由委托方指定试样测试方式：是采用阻尼元件测试所有试样、无阻尼元件测试所有试样、或是采用阻尼元件测试3个试样而另3个试样在无阻尼情况下测试。
３机械冲击试验
机械冲击试验模拟了当超速行驶时或发生车祸时，作用在部件上的机械载荷。试验目的是验证部件对缺陷
表
1  石体冲击试验参数
图1  振动温度曲线
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环境技术/Environmental Technology
试样运行模式
配置方式和参数
振动集合A
（对安装在发动机上
的部件)
振动激励为正弦曲线（参见图2(a)）：-每个轴的测试周期22 h；
-曲线1适用于安装在不超过5个气缸发动机上的部件；
-
曲线2适用于安装在6个或更多汽缸
发动机上的部件；
-对于在两种场景中均可使用的部件，
将曲线组合。
振动激励为宽带随机振动（参见图2(b)）：
-每个轴的测试周期22 h；
-加速度均方根值RMS 为181 m/s 2。振动集合B
（对安装在变速箱上
的部件)
汽车底盘配件
振动激励为正弦曲线（参见图3(a)）：-每个轴的测试周期22 h。
振动激励为宽带随机振动（参见图
3(b)）：
-每个轴的测试周期22 h；
-加速度均方根值RMS 为96.6 m/s 2。振动集合C
（对安装在去耦合进
气传流管上的部件）
振动激励为正弦曲线（参见图4）：
-每个轴的测试周期22 h。
振动集合D 悬挂件，用于安装在弹性质量上的部件振动激励为宽带随机振动（参见图5）：-每个轴的测试周期8 h；-加速度均方根值RMS 为30.8 m/s 2。振动集合E 用于安装在非弹性质量上的部件（底盘）振动激励为宽带随机振动（参见图6）：-每个轴的测试周期8 h；
-加速度均方根值RMS 为107.3 m/s 2。试样数量
6
表
2  振动试验的通用配置参数
(a)正弦
(b)宽带随机振动
图2  振动集合A（对安装在发动机上的部件
)
(a)正弦
(b)宽带随机振动
图3  振动集合B（对安装在变速箱上的部件）
模式（如裂缝和子部件分离）的耐受性。
试验方法通常是基于IEC 60068-2-27[10]进行的，常用试验参数见表3。
试验中应注意事项：
1）冲击脉冲间隔时间应足够长，以确保前一次振动已完全衰减。
试样运行模式配置方式和参数
峰值加速度500 m/s 2
冲击持续时长  6 ms 脉冲形状
半正弦每个方向的冲击次数（±x，±y，±z ）
10试样数量
6
表3  机械冲击的试验参数
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图5  振动集合D（悬挂件，用于安装在弹性质量上的部件）
——宽带随机振动
图4  振动集合C（对安装在去耦合进气传流管上的部件）——
正弦
图6  振动集合E（用于安装在非弹性质量上的部件（车轮、悬
架））——宽带随机振动
2）试样应在测试之前、测试期间和测试后均性能完好，并且所有参数应在性能要求的范围内。此外，试样应进行目测检查，并通过晃动来检查松动或抖动的部件。
４持续机械冲击试验
持续机械冲击试验模拟安装在门、罩或尾门/后备箱盖子中的部件的加速度力，并在开启和关闭过程中施
运行模式配置方式和参数峰值加速度300 m/s²冲击持续时长  6 ms 脉冲形状
半正弦
冲击次数
安装区域驾驶座车门副驾驶车门和后门行李箱盖/尾门
车罩
冲击数100 00050 00030 0003 000
如果部件安装在几个区域，应选择最高冲击数。
安装位置
试样应根据其在车辆中的安装状况安装在测试装置上。
试样数量
6
表4  持续机械冲击的试验参数加高加速度。试验目的是验证部件对缺陷模式（如子构件的解构和材料疲劳）的耐受性。
试验方法通常是基于IEC 60068-2-27[10]进行的，常用试验参数如见表4。
５结语
现代电子集成技术和通信信息技术的迅猛发展与应用推广，汽车电子技术作为独立领域分离出来，使得汽车已经由传统的单纯机械产品组合，日趋向电子化总线集中控制和智能机电一体化方向发展。随着现代汽车产业的发展，各大汽车零部件厂商根据实际供货市场的需求，都逐渐发展了自己企业的汽车电气和电子部件的环境试验方法和检测规范，但多数企业并未具备大型环境与可靠性试验系统及认证资质。无论是在汽车零部件产品的早期开发还是市场量产的阶
段，验证检测都是有效控制和监管产品质量的重要手段。本文基于ISO 16750系列标准和国内多个主要品牌车企的供货规范，针对3.5 t 以下汽车电气和电子部件产品的机械环境要求，对其中石体冲击试验、振动试验、机械冲击和持续机械冲击试验四个非常规且关键项目进行了详细解析。紧跟国际标准步伐，结合汽车厂商的需求进行测试和验证，对汽车电子电气部件的环境耐受力进行统一试验方法的评估，是在国际范围内实现标准化
的工作，服务于汽车产业不断发展的检测需求，是行业
(b)500×
(a)100×
图9  正常区域表面（a）和芯部（b）金相组织
（上接126页）
３　结论
60Si2Mn板簧样品化学成分符合60Si2Mn标准要求；
芯部金相组织无异常；芯部硬度满足技术要求。裂纹起
始于A裂纹源及B裂纹源处，A裂纹源处表面存在粗大
铁素体全脱碳层，降低了表面硬度及疲劳强度，起始裂
纹易在粗大铁素体处萌生，且在受到长时间磨损后表面
形成凹坑缺陷，外力作用下凹坑缺陷处存在应力集中现
象易萌生裂纹导致A裂纹源最先发生开裂。
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and testing for electrical and electronic equipment -- Part 1:
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and testing for electrical and electronic equipment -- Part 3:
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[4] ISO 20653:2013, Road vehicles -- Degrees of protection (IP
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[7] ISO 11124-2:2018, Preparation of steel substrates before
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[10] IEC 60068-2-27:2008, Environmental testing - Part 2-27: Tests
- Test Ea and guidance: Shock [S].
参考文献：
参考文献：
作者简介：
作者简介：
佘祖新（1988-），女，贵州人，硕士，工程师，主要从事环境试
验研究工作。
马会凯（1979-），女，上海市质检院电子电器与家用电器检验所，
工程师，从事电子电器与家用电器质量检测等相关检测与业务工作。
许毅（1979-），女，上海市质检院电子电器与家用电器检验所附
件检验室副主任，高级工程师，上海交通大学博士，主要从事电子电
器与家用电器质量检测等相关科研和标准改进工作。
王家星（1982-），男，上海恒测检测技术有限公司负责人，从事
汽车相关检测工作。
陆斌（1970-），男，上海市质检院电子电器与家用电器检验所附
件检验室主任。
支撑和市场延续产出的需要，更是第三方检测机构职能
的必要工作，相关测试设备和配件的研发和规范化工作
仍需不断推进。
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