ISO16750-1 道路车辆 - 电气和电子装备的环境条件和试验 第1 部分：总则

道路车辆-电气和电子装备的环境条件和试验第1部分：总则ISO16750.1全文连载于《环境技术》2007年1期引言ISO16750旨在按设备样品生存周期内预期将要承受的真实环境，系统地向用户提供一组国际公认的环境条件、试验和运行要求。ISO16750在使用中应首先考虑下列因素：-世界地理和气候道路车辆几乎世界所有的陆地区域使用和运行。值得注意气候环境条件，包括可预期的每天的变化和季节的变化。应考虑给出全世界的温度，湿度，降水和大气条件的范围，还应包括灰尘，污染和海拔高度等。-车辆的类型车辆的属性决定了道路车辆的环境条件，如发动机的类型、发动机的排量、悬挂的特性、车辆的自重、车辆的尺寸、供电电压等。考虑到已经给出车辆的典型类型，包括商用车辆（含重型载货车），乘用车和货运车，以及柴油发动机和汽油发动机。-车辆的使用条件和运行方式道路的质量、路面的类型、道路的地形、车辆的使用（连续、牵引、货运，等等）和驾驶习惯都是非常值得重视的道路交通工具的环境条件。运行方式如储存、起动、驾驶、停车等都应予以考虑。-设备（样品）生存周期有经验的生产、装运、操作、储存、车辆装配、车辆维护和修理，电子设备（样品）应能抵御同样的环境条件。ISO16750的范围包括了这些条件和试验（如操作跌落试验）。-车辆的供电电压运行方式、分配系统设计和相应的气候环境将导致车辆使用中的电压变化。车辆电气系统的故障，如可能发生的交流发电机过电压和连接系统的断路。ISO16750的范围包括了这些条件。-在车辆中的安装位置流行的或在未来的概念中，系统/组件是安装在车辆的任何位置。使用的环境要求通常取决于安装的位置。车辆的每一个位置都具有独自的环境负荷组合。例如，发动机舱的温度范围就不同于乘员舱。振动负荷也是如此。在此情况下，不仅振动的量值不同，振动的类型也会发生改变。安装在底盘上的组件承受的是典型的随机振动，而安装在发动机上的系统/组件，应考虑附加来自于发动机的正弦振动。此外，在门上安装的装置，因受车门的抨击而经受大量的机械冲击。车辆生产商将不同类型和量值的环境负荷形成数量合理的标准的要求组合是可取的。这样可以使某一车辆上的系统/组件引伸到其他车辆成为可能。此外，精确的量值要求常常在设计未来概念车的组件时是未知的。预期的环境负荷往往来自于其他概念车的类似条件。分组通常根据安装位置。但困难的是确定不同安装位置和各自负荷在仅有几个要求的等级和要求的每个应用量级间的所受牵制。原因是环境负荷并不是由安装位置一个因素确定的。还有一个影响系统/组件应力量值的重要因素，例如，底盘的样式，驾驶训练风格或包裹的密度对安装在几乎同一位置的样品都会引起不同的量值要求。ISO16750的观念是为离散的负荷类型定义要求的等级。本标准分供电环境、机械环境、热，气候环境和化学环境负荷。对每一种负荷类型定义若干等级。每一等级用一个字母代码定义。完整的环境要求由一组定义代码表达。代码由ISO16750其他的有关部分定义。ISO16750其他有关部分的附录A根据安装位置分别给出了代码的示例。对一般应用，可用这些代码。如果某应用非常特殊，这些代码组合无法表达时，可创建新的代码。当新的要求量值没有适用的代码时，可以用“Z”代码创建。在此情况下，规定的要求应单独定义，而且不应改变试验方法。ISO16750的用户至少应该非常了解受试样品(DUT)安装位置所处的热、机械环境、气候环境和化学环境负荷的情况。a)制造商的责任在设计阶段由于技术的限制或变化，车辆制造商会要求将组件放置在超出ISO16750环境条件的位置。制造商有责任提供必要的环境防护。b)线扎，电缆和电气连接器尽管ISO16750的一些环境条件和试验与车辆的线扎，电缆和电气连接器有关，但其范围相对专业标准并不充分。因此，ISO16750并不是直接为这些装置和设备制订的。适用的标准必须在报告中。c)应用于部件或装配于设备ISO16750规定了直接安装在车辆上的电气和电子装备的环境条件和试验。一方面，不是直接用于作为的部件或装配装备的一部分。例如，ISO16750并不直接用于装用在装备上的集成电路(ICs)或分立元件、电气连接器、印制电路板(PCBs)、计量器、显示器、控制器等等。这些部件或装配件的电气，机械环境，气候环境和化学环境负荷的描述有相当的不同。另一方面，考虑将ISO16750环境条件和试验要求用于道路车辆装备装用的部件或装配件。例如，温度范围-40oC至+70oC的装备，其内部装用件的温度范围在-40oC至+90oC，有20oC温升。d)应用于相关的系统集成和确认使用SO16750应慎重地理解条件和试验设备量值范围的限制。因此，没有表达完整的验证和车辆系统必需经过所有条件和试验予以确认。对于设备零部件和车辆系统的环境和可靠性试验的量值应予以要求。例如，ISO16750没有必要对焊接、无焊连接、完整的电路等确定环境和可靠性要求。这些项目应在零部件、或组合时确定量值。同样，车辆和系统试验量值需要在车辆的应用中确认。1范围ISO16750的本部分给出了安装在道路车辆上电气和电子系统/组件可能存在的环境应力的定义、一般规定和通用的试验和要求。用于模拟电气和电子设备直接在安装车辆上的环境条件和试验。不包括电磁兼容性(EMC)。2规范性引用文件ISO16750-2道路车辆–电气和电子装备的环境条件和试验第2部分：供电环境；ISO16750-3道路车辆–电气和电子装备的环境条件和试验第3部分：机械环境；ISO16750-4道路车辆–电气和电子装备的环境条件和试验第4部分：气候环境；ISO16750-5道路车辆–电气和电子装备的环境条件和试验第5部分：化学环境；DIN40050-9道路车辆–外来物体防护程度(IP代码)；水和接触；用电设备。3术语和定义下列术语和定义适用于本部分和ISO16750的其他部分。3.1标称电压UN车辆电气系统电压的标称值。3.2供电电压车辆电气系统电压，随系统负荷和交流发电机/发电机的运行条件而变化。3.3试验电压试验中对受试样品(DUT)提供的电压。3.4最低工作温度Tmin系统/组件可以工作的周围环境温度的最小值。3.5最高工作温度Tmax系统/组件可以连续工作的周围环境温度的最大值。3.6热浸透温度Tmax,HS周围环境温度的最大值，在车辆停止和发动机停转时可以短暂地发生在发动机上。3.7油漆修复温度Tmax,RP车辆油漆修复过程中的最高温度。4安装位置分类4.1发动机舱受试样品(DUT)安装在：-车身；-框架；-填充物舱上，非刚性部件；-填充物舱内，非刚性部件；-发动机上；-发动机内；-在变速器/减速器上；-在变速器/减速器内；4.2乘员舱DUT位置在：-无特殊要求；-暴露在太阳光辐射下；-暴露在热辐射下（不同于太阳光辐射）；4.3行李舱/货舱DUT安装在：-内部。4.4安装在外部/空洞DUT安装在：-车身；-框架；-车身下/车轮毂内：1)弹性质量，或2)无弹性质量（车轮，车轮托架，车轴）；-乘员舱门里/外；-发动机舱罩；-行李舱盖/门；-箱体盖/门；-空洞内：1)敞开向外；2)敞开向里-专用舱（如蓄电池盒）。4.5其他安装位置一些有特殊环境条件的位置（如排气系统），没有给出标准的规定，在此情况下，在DUT的说明书中应明确负荷。5工作方式应用下列运行模式。a)运行模式1不向DUT供电。-运行模式1.1：DUT未连接到线扎；-运行模式1.2：模拟安装在车辆上，DUT连接到线扎。b)运行模式2DUT用车内发动机关机时电气连接状态的电压UB(蓄电池电压)。-运行模式2.1：系统/组件功能不激活（如休眠模式）；-运行模式2.2：系统/组件用电运行并控制在典型运行模式。c)运行模式3DUT在电气连接状态UA电压运行（发动机/交流发电机处工作状态）。-运行模式3.1：系统/组件功能不激活；-运行模式3.2：系统/组件用电运行并控制在典型运行模式。表1-运行模式2和运行模式3的试验电压值（见5章）电压值12V系统24V系统UA14±0.228±0.2UB12±0.224±0.2UA=发动机/交流发电机（运行模式3）UB=蓄电池电压（运行模式2）6按功能状态分类6.1总则本章考虑试验和试验后DUT处于功能状态。每个试验都处于最小功能状态。附加试验要求同时适合于零部件供应商和整车生产商。尚未确定的运行模式，由整车生产商和零部件供应商应商定。6.2A级在试验中和试验后，装置/系统所有功能按设计要求。6.3B级试验中装置/系统所有功能按设计要求。然而，一个或多个可能超出规定允差。试验后所有功能自动回复到规定限值内。6.4C级试验中装置/系统所有一个或多个功能未按设计要求。但试验后所有功能自动回复常规运行。6.5D级试验中装置/系统所有一个或多个功能未按设计要求。试验后所有功能未能回复常规运行，需要对装置/系统单触“运行/使用”重新激活。6.6E级试验中装置/系统所有一个或多个功能未按设计要求。试验后所有功能未能回到准备运行状态，需要对装置/系统修理或更换。7试验和要求7.1总则ISO16750-2至ISO16750-5规定的值涵盖了基本要求。一些样品设备（DUT）的安装位置将经受最严厉的试验要求。7.2通用试验条件除另有规定，所有试验在+23oC±5oC和相对湿度26%至75%室温(RT)条件下进行。除在ISO16750其他部分另有规定值，试验电压应按照表1给出的规定值。用户同意采用高于ISO16750的值时，所采用的试验电压值应记录在试验报告中。7.3试验顺序试验前应制定合适的试验顺序，确定型号、数量、组合和个性化试验顺序。应规定产品的寿命试验并在试验顺序方案中说明。示例见附录A。8命名8.1总则提交试验的样品应按图1的描述或其他文件确定代码。8.2使用“自定义”代码ZISO16750可使用规定的代码和“自定义”代码Z。设备供应商或车辆生产商二者可在ISO16750的条件或试验中有限的确定使用代码Z：-不适合产品的质量/可信度要求，和/或；-不现实。当使用“自定义”代码Z，应记录以下内容：-不使用规定条件或试验的原理（理由）；-完整的“自定义”条件或试验描述；-支撑“自定义”条件或试验的数据和理由；-ISO16750-1至ISO16750-5给出了“自定义”代码Z的所有说明信息。此外，“自定义”代码Z应得到设备供应商或车辆生产商的确认。ISO16750IP...--------------------DIN40050-9ISO16750-5化学环境ISO16750-4气候环境ISO16750-4气候环境，运行温度ISO16750-3机械环境ISO16750-2供电环境图1代码构成8.3命名示例按ISO16750-2供电环境A，ISO16750-3机械环境，振动AA，运行温度代码H和ISO16750-4要求A，化学环境A以及按DIN40050-9防护IP6K9K级对系统/组件环境要求的命名为ISO16750-A-AA-H-A-A-IP6K9K8.4代码配置图2给出了将道路车辆的组件如何按ISO16750各部分不同的相关要求组成完整的代码的示例。供电环境机械环境供电电压ISO16750-2表1和2的要求机械负荷ISO16750-3表22的要求ISO16750-1-2-3-4-5-IP6K9K气候环境气候环境化学环境图2代码配置附录A（资料性附录）试验顺序示例37∫∫55∫∫按标准试验衔接允许附加试验序列a见附录B运行温度代码ISO16750-4表1的要求气候代码ISO16750-4表2的要求化学代码ISO16750-5表A.2的要求DIN40050-910个试验样品参数试验温度盐雾防尘和防水温度循环机械冲击稳态湿热寿命试验a湿热循环振动温度自由跌落参数试验试验名试验名附录B（资料性附录）寿命试验/可信度描述的示例B.1总则附加的环境负荷使装用在车辆上的产品承受的负荷包括其自身的功能，及功能所产生的负荷。寿命试验模拟产生这些组合构成的负荷和同时存在的相关环境负荷。在这些试验中，样品按实际运行操作程序进行。B.2寿命试验的目标有两种基本原理不同的情况，由问题的类型确定。a)潜在的设计缺陷用实际时间寿命试验或加速寿命试验（增加负荷），用功能负荷组合更多的环境负荷以揭示设计缺陷。通常，仅有少量的DUT能够满足要求。远多于仅有一，二个的情况。然而，这样的情况并不符合可靠性描述，DUT的个数太低也不符合统计描述的要求。b)可靠性由完全不同的任务决定可靠性。建议按以下方法按步骤进行。1)确定与产品使用寿命特定相关的负荷类型，确定试验大纲；2)确定实际负荷，例如运行时间、平均温度等等；3)规定生存概率、信心值和预计DUT必需的数量，或按实际情况统计上的基本负荷试验持续时间。通常，试验有多方面的要素需要考虑；4)基于相关性，在实际情况和试验之间用适当地增加负荷的方法对第3步试验结果进行多方面的修正可以得到适当的量值。负荷的增量不应导致改变预期的损伤过程。通常，对照检查潜在的设计缺陷，需要相当多的相关试验。用循序渐进的方法也可以用a)检查设计，但排除第3步（统计算法）。B.3基本试验数据的可靠性计算B.3.1一般统计相关如果对特性可靠性量值有要求，当生存概率R(t)的周期时间t、和必须规定的信心值PA、使用寿命试验数据可以评估等式（B.1）的统计算法。算法基于下列关系式：二项式分配产生的关于Weibull分布()βvLnAPR×−≥11(B.1)其中：R生存概率PA信心值（假定）βWeibull形式因子nDUT数量Lv使用生存比=持续时间/规定使用寿命=t/T当应用与此相关时，将遇到以下两种条件。-试验中未产生失效。如果产生失效，仅将试验持续时间推到初次失效计算；-实际失效预期应按Weibull分布。取决于任务，等式B.1可解决给出的量；但另一量必须已知；如不是这种情况，应考虑实验或用基于经验的图解方法。B.3.2给出了方法的使用说明的示例。B.3.2确定给定可靠性试验的示例B.3.2.1DUT本示例选择下列规格，没有可移动部件的塑套线圈，组件用于乘用车发动机：-使用年限，10年；-生存概率，R=0.99（损坏率1%）-信心值，PA=0.9（常规值）B.3.2.2产品特殊负荷和相关使用寿命的确定根据该产品和类似产品的经验，譬如来自不同的部件在温度应力循环中热膨胀形成的机械应力主要负荷是可以确定的。通过温度循环试验就可以获得结果。B.3.2.3实用负荷的确定在实际应用中的最高温升发生在发动机冷态条件下起动预热的情况。因为车辆的高热负荷，温度升高最多每天仅发生两次。10年(10a)的结果在：7300个温度循环温升（测量确定）ΔT=70K相对这个温升值的许多较小的温升将忽略。B.3.2.5陈述了理由。B.3.2.4试验持续时间的计算试验持续的时间由试验中所需要温度循环的数量来确定。用practestNNvL,1=及等式（B.1）结果：()[]β111,1InRPInpractestnANN×−=（B.2）其中：Nl,test实际温升在试验中所需要温度循环数；Nprac实际发生温升温度循环数：7300（10年）;R生存概率：0.99（规定）;PA信心值（假定）：0.9;βWeibull形式因子：3（试验确定，线状破裂）；nDUT数：45（小，简单）。将上述值插入，结果是N1,test=12558，也就是ΔT=70K的实际负荷，规定可信度R=0.99需要12558次试验循环（附加条件：无失效）。如此的持续时间是不可接受的，在允许的范围内增加负荷可以使减少持续时间（见B.3.2.5.）。B.3.2.5增加负荷增加负荷适当的考虑方法是CoffinMansen公式。如下：()KTTtesttesttestpracNNΔΔ×=,1,2(B.3)其中:N2,test试验温升温度循环数；Nl,test实际发生温升温度循环数；ΔTprac实际温升，70K;ΔTtest试验温升，160K(-40oC/+120oC，最大允许温度)K确定失效的指数，5（实验确定，Wohler斜率）。将上述值插入，结果是N2,test=200循环。因为k=5是高指数，小温升可以忽视。B.3.3结论用寿命试验确定可靠性是受以下因素支配的（相当于通常给出最小可靠性要求的使用寿命）-“失效效应”（Weibull形式因子）是主要影响较高失效斜率，缩短试验持续时间的因数；-尤其对低失效斜率，“DUT数量”有大的影响；-“信心值”，过度的信心值将导致要求较长的试验持续时间和较多数量DUT。如果有明显的损耗或疲劳失效，如果试验允许增加较大的负荷，描述的方法可以使操作变得顺利。一般用于机械和机-电产品。这种方法并不适用于单纯电子组件，因为大量偶发失效（Weibull形式因子接近1）导致许多方面使试验无法接受（DUT数量和试验持续时间），而增加负荷（例如温升）是仅有的缓解方法。--------------------------------