胡凱，王釗桐，于國林，張旺威，張仕彬

（威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

引言

發(fā)展電驅(qū)動型新能源汽車已成為全球汽車工業(yè)的趨勢。自新能源汽車誕生以來，車輛高度模塊化、集成化的底層設計，給消費者帶來了更智能化、更舒適化、更節(jié)能化的駕駛和乘坐體驗。與傳統(tǒng)燃油車相比，車輛中的電子電氣部件越來越多，并且在高度模塊化、集成化的背后，無疑對車輛零部件的可靠性要求也越高。因此，基于傳統(tǒng)燃油車平臺開發(fā)的機械負荷試驗規(guī)范已經(jīng)無法更全面地覆蓋新能源汽車平臺下的可靠性試驗驗證需求。

國際標準化組織發(fā)布了新版的道路車輛電氣及電子設備的環(huán)境條件和試驗，即ISO 16750 系列，其包括4部分。標準由ISO/TC22 道路車輛技術委員會SC32 電氣和電子元件及一般系統(tǒng)分委員會編寫。其中ISO 16750-3:2023 作為第四版，取消并取代了第三版（即：ISO 16750-3:2012[2]），主要是規(guī)定了車輛的電氣和電子系統(tǒng)和組件，其中包括最大工作電壓為B 級電壓（最大工作電壓大于30 Vac 且小于或等于1 000 Vac，或大于60 Vdc 且小于或等于1 500 Vdc 的電力組件或電路）的電驅(qū)動系統(tǒng)和部件的機械負荷環(huán)境試驗要求，并明確了不適用于摩托車和輕便摩托車系統(tǒng)和組件的環(huán)境要求或測試。

相比于舊版標準，新版標準更加細分了燃油動力乘用/商用車、混合驅(qū)動/純電驅(qū)動乘用/商用車各安裝部位的零部件應進行的機械負荷試驗。本文針對ISO 16750-3:2023 的標準條款進行分析，同時與舊版標準ISO 16750-3:2012 進行對比，以便標準相關使用者更好理解標準或開展試驗。

1 ISO 16750-3:2023 標準主要變化

1.1 整合了ISO 19453-3:2018 道路車輛 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)用電氣及電子設備的環(huán)境條件和試驗第三部分：機械負荷的內(nèi)容

ISO 19453 是基于最大工作電壓為B 級電壓部件的基礎研究和在車輛中測量的數(shù)據(jù)形成，而且與ISO 16750系列遵循相同的基本原則。因此，與新版的ISO 16750-3形成互補。

1.2 對小型和輕量化的部件、大型/重型的部件進行區(qū)分

新版的ISO 16750-3 根據(jù)部件的重量進行區(qū)分。通常，重量＜2 kg 的部件，定義為小型和輕量化的部件（除非在單獨的試驗中另有說明，例如傳感器、ECU 或燃油噴射設備）；重量≥2 kg 的部件，主要屬于但不限于電動汽車中的電動動力總成，定義為大型/重型的部件（除非在單獨的試驗中另有說明，例如電動機、逆變器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器或交流發(fā)電機）。

1.3 試驗順序發(fā)生變化及增加了部分試驗

標準根據(jù)試驗類型進行了邏輯分組，所以試驗順序同時出現(xiàn)變化。增加了燃油發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)機械的振動試驗、混合動力/純電動商用車的振動試驗、引導墜落試驗描述。新版標準有19 項振動試驗條款，3 項沖擊試驗條款，2 項自由跌落試驗條款。

1.4 增加試驗附錄[1]

增加了附錄C 用于指導起動電機、交流發(fā)電機和類似部件的振動篩試驗；增加了附錄D 用于指導自由落體試驗；增加了附錄E 用于指導汽車零部件的三維振動試驗。

2 ISO 16750-3 的新舊版差異分析

2.1 振動試驗期間的試驗條件一般規(guī)定

新版標準除了對車輛零部件按照質(zhì)量進行區(qū)分以外，強調(diào)了振動試驗應通過車輛測量來驗證預期振動曲線的適用性。在特俗情況下，如果零部件非剛性固定在振動臺上而是使用安裝支架的情況，應該注意從激勵到被測零部件的振動傳遞函數(shù)與實車測量進行比較，并考慮選擇適當?shù)恼駝涌刂撇呗?，并且應將安裝方法注明在報告中。如果試驗中零部件有功能動作或信號監(jiān)控，應當考慮到線束的布置和固定，避免試驗中因為線束本身的運動引起信號干擾和對連接器的負面機械影響。

2.2 振動試驗期間疊加的溫度循環(huán)一般規(guī)定

在車輛的實際使用環(huán)境下，振動的應力可能在低溫或高溫下同時出現(xiàn)。為進一步模擬了機械應力和溫度應力之間的相互作用，并根據(jù)零部件的質(zhì)量以及安裝面積是決定溫度循環(huán)設計的主要影響因素，標準規(guī)定了安裝在發(fā)動機以外的小型和輕量化的部件的溫度循環(huán)曲線（如圖1（a））、安裝在發(fā)動機以外的大型/重型部件的溫度循環(huán)曲線（如圖1（b））和安裝在發(fā)動機上的部件的溫度循環(huán)曲線（如圖1（c））。

圖1 ISO 16750-3:2023 振動試驗期間疊加的溫度循環(huán)曲線

將圖1 和圖2 進行對比，新版標準通過質(zhì)量、安裝位置的不同對部件應承受模擬的溫度循環(huán)曲線進行細分，并且試驗過程部件需要執(zhí)行的工作模式[3]要求更多、更嚴酷。而舊版標準對所有部件都只要求按照一種溫度循環(huán)曲線模擬溫度應力疊加。此外，對于安裝在發(fā)動機以外的大型/重型的部件的溫度循環(huán)，考慮到非散熱型部件的特性，新版標準還要求在試驗前還應當在工作模式2.1 的狀態(tài)下對部件進行溫度測量，以確定部件在Tmax和Tmin下的實際暴露時間。

圖2 ISO 16750-3:2012 振動試驗期間疊加的溫度循環(huán)曲線

2.3 舊版標準保留的振動試驗與新版標準的差異

新版保準相比于舊版標準，仍保留了12 項乘用車和商用車部件的振動試驗條件，如表一所示。但試驗Ia—乘用車上的內(nèi)燃機、試驗II—乘用車內(nèi)燃機上的變速箱、試驗IV—乘用車彈性車身、試驗V—乘用車，非彈性車體（車輪、車輪懸架）、試驗VI—商用車內(nèi)燃機、變速箱、試驗VII—商用車彈性車身、試驗IX—商用車，非彈性車體（車輪、車輪懸架）這7 項試驗，新版標準對試驗部件以重量為基準進一步劃分，主要以小型和輕量化的部件為主。

2.4 新版標準增加的振動試驗概述

ISO 16750-3:2023 相比于舊版標準，增加了6 項乘用車和商用車部件的振動試驗條件，如表二所示。新增的振動試驗，以大型和重型部件為主，而且增加了混合動力、純電動平臺的車身部件試驗條件。

2.5 機械沖擊

新版、舊版標準對機械沖擊進行了分類而且試驗條件相同，分別是沖擊I—安裝在乘用車車門和蓋板內(nèi)/上的試驗、沖擊II—安裝在車身和車架剛性點上的試驗和沖擊III—安裝在變速箱內(nèi)/上的試驗，如表1 所示。但是，對于安裝在乘用車車門和蓋板內(nèi)/上的試驗，新版標準的沖擊試驗次數(shù)約為舊版的兩倍。此外，新版標準還增加了針對電動汽車前后備箱的充電設備的機械沖擊。

表1 保留的振動試驗類別和參數(shù)

表2 新增振動試驗類別及參數(shù)

2.6 自由跌落

新版標準以質(zhì)量為準對試驗部件進行了區(qū)分，要求跌落面的的質(zhì)量應至少為被測部件的20 倍。同時也對跌落高度、跌落方向提供了更加客觀的規(guī)定，如表4 所示。

表4 自由跌落試驗參數(shù)對比

2.7 外殼強度/耐刮擦和耐磨性

新版標準明確規(guī)定外殼強度/耐刮擦和耐磨性試驗應按照UL 969:2017 表4.1 中描述的易讀性測試（針對標簽的印刷表面）或污損測試（針對標簽或未打印材料）進行。并要求應考慮車輛環(huán)境，溫度、濕度和預處理等測試條件。

舊版標準只規(guī)定測試和要求應由制造商和客戶商定（例如，控制元件和鑰匙上的標記和標簽應保持可見）。

2.8 碎石沖擊

新版標準明確規(guī)定碎石沖擊試驗應按照ISO 20567-1進行，可根據(jù)客戶和供應商之間的協(xié)議選擇A、B、C 三種嚴酷等級。并要求試驗應注意部件在車輛上的安裝方向，試驗部件可以是部件的一部分而不一定是整體。

舊版標準只描述了碎石沖擊試驗的目的，沒有規(guī)定具體的試驗方法。

3 結(jié)語及建議

通過對新版本標準的剖析，以及與舊版本之間的參數(shù)對比可見，新版ISO 16750-3 的機械負荷試驗使用范圍更廣，不僅適用于傳統(tǒng)燃油動力車輛零部件試驗，還適用于當今熱門的純電動、混合動力平臺車輛零部件。但是，新版標準的試驗參數(shù)更加嚴謹細致、更加嚴酷，對零部件供應商無疑是一道關卡，零部件供應商的驗證成本也進一步提高。更嚴酷的試驗條款的變更和增加無疑是對高集成化、智能化的車輛部件的更高、更安全的可靠性要求。對此，根據(jù)新舊版標準之間的差異，本人就實際經(jīng)驗針提出以下兩點建議：

1）振動試驗前，對有必要進行溫度暴露時間確定的部件，應與供應商確定熱電偶的布置位置，并且操作時應佩戴防靜電手套，避免人體靜電對電氣部件造成靜電損傷。針對標準中提出的對于固有頻率的分辨，因為標準沒有明確固有頻率搜索的詳細條件，所以需要與供應商確認固有頻率點的判定條件。以Q 值（放大系數(shù)）或者以幅值比為準。

2）對于大型和重型部件的振動試驗，應準確地把握其安裝方式和控制方式?？刂品绞竭x擇是否恰當，將直接影響試驗結(jié)果?？刂品绞酵扑]兩種平均控制方法，第一種是部件激勵和響應的加權平均控制（推薦權重：平均控制信號=3×激勵+1×部件響應），第二種是對部件安裝多個控制點信號的平均控制，每個部件使用相同的因子進行加權。