【摘" 要】汽車腐蝕試驗(yàn)是整車道路驗(yàn)證試驗(yàn)的重要組成部分，關(guān)鍵零部件的防腐能力是整車可靠性和安全性的指標(biāo)之一。文章首先對(duì)腐蝕環(huán)境下整車路試中關(guān)鍵零部件的失效模式進(jìn)行梳理，并對(duì)失效的根本原因進(jìn)行分析，為整車試驗(yàn)故障排查、試驗(yàn)備件的準(zhǔn)備提供參考，可提高整車道路驗(yàn)證試驗(yàn)效率。其次為零部件的設(shè)計(jì)更改和子系統(tǒng)試驗(yàn)提供參考，有利于提高汽車的可靠性和安全性。

【關(guān)鍵詞】腐蝕試驗(yàn)；整車道路驗(yàn)證試驗(yàn)；關(guān)鍵零部件；失效模式；根本原因

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）08-0074-03

Failure Analysis of Key Components in Vehicle Road Test Under Corrosive Environment

LIU Zhendong，SONG Heng，LI Xiaochen，LI Shujin

（Guangde Branch，SAIC-GM Co.，Ltd.，Guangde 242227，China）

【Abstract】Vehicle corrosion test is an important part of the vehicle road validation test. The anti-corrosion ability of key parts is one of the indicators of vehicle reliability and safety. This article first sorts out the failure modes of key parts in the vehicle road test under the corrosive environment and analyzes the root cause of the failure，providing a reference for troubleshooting vehicle test failures and the preparation of test spare parts，which can improve the efficiency of vehicle road validation tests. It also provides a reference for component design changes and subsystem tests，which is conducive to improving the reliability and safety of automobiles.

【Key words】corrosion test；vehicle road validation test；key parts；failure mode；root cause

作者簡介

劉振東（1988—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)檎囋囼?yàn)。

在汽車研發(fā)過程中，整車道路驗(yàn)證試驗(yàn)是整車開發(fā)認(rèn)證的最后一道關(guān)口，是利用實(shí)際車輛在實(shí)際道路（試驗(yàn)場(chǎng)道路或公共道路）上模擬客戶使用的整車級(jí)加速試驗(yàn)，是代表客戶評(píng)價(jià)整車設(shè)計(jì)功能、性能、品質(zhì)和可靠性的重要方法和技術(shù)手段，是連接設(shè)計(jì)與客戶的紐帶[1]。相比于試驗(yàn)室測(cè)試，道路驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)軌蚋玫啬M真實(shí)的駕駛條件，包括各種路面狀況和環(huán)境條件。其中，環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)是整車道路驗(yàn)證試驗(yàn)的重要組成部分，是為了測(cè)試汽車在不同氣候和環(huán)境下的適應(yīng)性和耐久性，如高溫、低溫、高濕度、高海拔以及腐蝕試驗(yàn)等。

耐腐蝕是汽車耐久性能的一項(xiàng)重要考核指標(biāo)，廣受各汽車制造商的關(guān)注。汽車腐蝕問題不僅影響整車外觀，對(duì)整車的性能、可靠性和安全性也有重要的影響。為了提高整車及零部件的防腐能力，汽車制造商不斷開發(fā)、改進(jìn)車輛的設(shè)計(jì)，應(yīng)用各種技術(shù)工藝，減少腐蝕所導(dǎo)致的外觀抱怨和使用過程中發(fā)生故障所產(chǎn)生的安全隱患[2]，從而提高汽車的可靠性和安全性，以滿足消費(fèi)者的需求。

某試車場(chǎng)在整車路試中采用整車搭載腐蝕試驗(yàn)和環(huán)境模擬試驗(yàn)的腐蝕試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，由于整車路試周期長達(dá)5個(gè)月之久，零部件會(huì)在整車路試過程中發(fā)生失效，本文梳理了近5年來整車路試中關(guān)鍵零部件因腐蝕引起的失效問題，對(duì)失效模式和根本原因進(jìn)行了分析，為整車的試驗(yàn)故障排查、試驗(yàn)備件的準(zhǔn)備提供參考，提高整車道路驗(yàn)證試驗(yàn)效率。為零部件的設(shè)計(jì)更改、子系統(tǒng)試驗(yàn)等提供參考，提高了汽車的可靠性和安全性。

1" 腐蝕分類

1）金屬腐蝕指金屬與周圍環(huán)境或介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而被破壞或變質(zhì)的現(xiàn)象。由于金屬腐蝕的現(xiàn)象和機(jī)制比較復(fù)雜，按照腐蝕機(jī)制可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕，其中電化學(xué)腐蝕最為普遍，對(duì)金屬的危害最為嚴(yán)重，也是整車關(guān)鍵零部件的腐蝕類型。

2）化學(xué)腐蝕指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。該類腐蝕的特點(diǎn)是在一定條件下，非電解質(zhì)中的氧化劑直接與金屬表面原子相互作用而形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬和氧化劑之間直接進(jìn)行的，不產(chǎn)生電流。例如鐵的氧化反應(yīng)：

4Fe+3O2+xH2O→2Fe2O3·xH2O（1）

3）電化學(xué)腐蝕指金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞，其特點(diǎn)是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。在水分子作用下，電解質(zhì)溶液中金屬本身呈離子化，當(dāng)金屬離子與水分子的結(jié)合能力大于金屬離子與其電子的結(jié)合力時(shí)，上部分金屬離子就從金屬表面跑到電解液中，形成了電化學(xué)腐蝕。例如：鐵在氯化鈉溶液中的電化學(xué)反應(yīng)，形成了原電池，加快了鐵的腐蝕。

2Fe+2H2O+O2→2Fe（OH）2（2）

4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3（3）

2Fe（OH）3→Fe2O3+3H2O（4）

4）物理腐蝕指金屬和周圍的介質(zhì)發(fā)生單純的物理溶解而產(chǎn)生的破壞，這種腐蝕一般同時(shí)伴隨著其他腐蝕形式出現(xiàn)。

2" 整車道路驗(yàn)證試驗(yàn)的腐蝕試驗(yàn)工況

某試車場(chǎng)整車道路驗(yàn)證試驗(yàn)中主要的腐蝕試驗(yàn)工況有高溫高濕環(huán)境艙、鹽濺路、鹽霧室、砂石漿路、洗車、砂石路和石塊路等。本文簡單介紹一下某試車場(chǎng)的環(huán)境艙、鹽濺路和鹽霧室工況，腐蝕試驗(yàn)設(shè)施如圖1所示。

2.1" 高溫高濕環(huán)境艙工況

高溫高濕環(huán)境艙是用于將整車暴露在一個(gè)高溫、高濕的環(huán)境中，增補(bǔ)或加速周邊環(huán)境對(duì)整車的腐蝕程度。對(duì)于金屬樣件，當(dāng)相對(duì)濕度超過70%以上時(shí)，會(huì)在樣件表面生成一層吸附的電解液膜，腐蝕速率會(huì)急劇增加。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每提高10℃，腐蝕反應(yīng)速率將提升2～4倍。某試車場(chǎng)的環(huán)境艙溫度要求為47～51℃，保持相對(duì)濕度在96%～100%之間，單次執(zhí)行時(shí)長為4h。經(jīng)研究，在外界環(huán)境溫度25～30℃的范圍時(shí)，每5天為一個(gè)周期，車底搭載的腐蝕掛片的質(zhì)量損失Δm和該周期內(nèi)每日環(huán)境艙補(bǔ)償時(shí)長t的關(guān)系如圖2所示。在常規(guī)試驗(yàn)過程中，為了使腐蝕量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，需要根據(jù)整車試驗(yàn)周期和外界環(huán)境溫濕度的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整環(huán)境艙數(shù)量。

2.2" 鹽濺路工況

鹽濺路主要模擬了車輛在噴灑有“氯鹽類”融雪劑、防塵劑的路面上行駛時(shí)的工況[3]。車輛以一定的車速駛過鹽濺路時(shí)，使含鹽積水飛濺到整車車身底部、底盤和前機(jī)艙內(nèi)等區(qū)域，達(dá)到加速腐蝕車身、底盤及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)零部件的效果。某試車場(chǎng)的鹽濺路長度為75m；5%（按質(zhì)量計(jì)）氯化鈉溶液（工藝控制在4.5%～5.5%之間），溶液深度在3～7mm之間，流經(jīng)整個(gè)特征路面。車輛行駛時(shí)，左側(cè)和右側(cè)車輪依次通過長度約為3m、深度為100mm的濺水坑。經(jīng)研究，不同車速v下通過濺水坑時(shí)的水濺高度H的關(guān)系如圖3所示。某試車場(chǎng)設(shè)定通過濺水坑的最高車速為48km/h，使鹽水充分飛濺到整車的相關(guān)部位。

2.3" 鹽霧室工況

鹽霧室模擬了車輛在沿海地區(qū)使用時(shí)受海洋大氣腐蝕環(huán)境的影響，在車身上形成均勻分布的薄鹽水膜，考核車身和前艙內(nèi)部的耐腐蝕能力。車輛在封閉的鹽霧室中靜置約3min，1%（按質(zhì)量計(jì)）的鹽溶液以0.5～1.3mg/cm2的速率噴射到車身上，在車輛外表面實(shí)現(xiàn)鹽沉積和鹽結(jié)晶，同時(shí)也會(huì)侵入前艙內(nèi)部考核動(dòng)力總成等相關(guān)零部件的防腐能力。通常在整個(gè)10年耐久腐蝕試驗(yàn)中會(huì)進(jìn)行上百次鹽霧室規(guī)范，經(jīng)研究，前艙內(nèi)固定位置搭載腐蝕掛片，每日進(jìn)行3次鹽霧室規(guī)范，質(zhì)量損失Δm隨試驗(yàn)天數(shù)d的變化如圖4所示。

以上試驗(yàn)工況在道路試驗(yàn)中均布排列，各工況之間盡量排布里程較大或時(shí)間較長的其他試驗(yàn)規(guī)范（洗車及ABS/TCS測(cè)試路規(guī)范除外），以使車身表面的腐蝕成分吹干。鹽濺路和鹽霧室工況之間至少間隔1h，且雨天禁止執(zhí)行這兩種試驗(yàn)工況。

3" 整車關(guān)鍵零部件失效的腐蝕相關(guān)性分析

通過對(duì)某試車場(chǎng)近5年來整車路試中零部件失效問題的梳理，發(fā)現(xiàn)失效原因與腐蝕相關(guān)的關(guān)鍵零部件主要有發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、蓄電池正極電纜、線束接插件和底盤零部件等。

3.1" 發(fā)電機(jī)

在腐蝕環(huán)境下的整車道路驗(yàn)證試驗(yàn)中，發(fā)電機(jī)是失效頻次最高的一個(gè)零部件，失效后將導(dǎo)致車輛電池充電系統(tǒng)不工作，試驗(yàn)被暫停，影響試驗(yàn)效率。該零部件在失效時(shí)有3種表現(xiàn)形式，一是在鹽濺路或砂石漿路工況后前艙出現(xiàn)焦糊味，部分車輛伴有冒煙現(xiàn)象，隨后在駕駛員信息中心點(diǎn)亮紅色蓄電池故障燈；二是在行駛過程中駕駛員信息中心的蓄電池故障燈點(diǎn)亮，提示“請(qǐng)檢修電池充電系統(tǒng)”，車輛報(bào)出與發(fā)電機(jī)相關(guān)的故障碼；三是在長時(shí)間停放（如環(huán)境艙、隔夜、節(jié)假日或其他故障原因?qū)е碌拈L時(shí)間停放等工況）后，車輛無法啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)卡滯或卡死。

對(duì)失效的發(fā)電機(jī)進(jìn)行拆解分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的失效模式主要有兩種：一種是發(fā)電機(jī)內(nèi)部受到大量鹽水侵蝕，導(dǎo)致定子短路；另一種是定子與轉(zhuǎn)子卡死。導(dǎo)致失效的主要誘因是：在鹽濺路工況中，鹽水飛濺到發(fā)電機(jī)上，大量鹽水進(jìn)入定轉(zhuǎn)子氣隙，并在高溫下形成鹽結(jié)晶。轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的過程中，鹽結(jié)晶會(huì)造成轉(zhuǎn)子外表面和定子內(nèi)表面磨損且發(fā)熱，造成定子線圈漆膜被破壞，導(dǎo)致定子短路，這就是第1種失效模式的根本原因，如圖5所示。對(duì)于第2種失效模式，其根本原因?yàn)檐囕v長時(shí)間停放且發(fā)電機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子因腐蝕膨脹，導(dǎo)致定子與轉(zhuǎn)子之間運(yùn)轉(zhuǎn)卡滯或卡死[4]。

對(duì)發(fā)電機(jī)的安裝位置進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這些車型的發(fā)電機(jī)布置位置很低且靠近右前輪，部分車型在底部沒有擋板保護(hù)，如圖6所示。因此，當(dāng)車輛執(zhí)行鹽濺路或砂石漿路工況試驗(yàn)時(shí)，右前輪濺起的鹽水或泥水容易侵蝕發(fā)電機(jī)。通過調(diào)查研究，部分車型通過設(shè)計(jì)改進(jìn)，增加防水擋板來保護(hù)發(fā)電機(jī)，減少鹽水或泥水飛濺對(duì)發(fā)電機(jī)造成的腐蝕失效。部分車型在試驗(yàn)時(shí)增加發(fā)電機(jī)備件，在車輛長時(shí)間停放時(shí)，每日啟動(dòng)車輛并運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，減少車輛因發(fā)電機(jī)失效而引起的試驗(yàn)暫停時(shí)間，從而提高試驗(yàn)效率。

3.2" 空調(diào)壓縮機(jī)

空調(diào)壓縮機(jī)也是腐蝕環(huán)境下整車路試中失效頻次較高的一個(gè)零部件，失效后將導(dǎo)致車輛空調(diào)系統(tǒng)不制冷、除霜除霧功能失效，試驗(yàn)暫停，影響試驗(yàn)效率。該零部件在失效時(shí)有兩種表現(xiàn)形式，一是空調(diào)不制冷，空調(diào)壓縮機(jī)通電后離合器不吸合；二是離合器皮帶輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)出噪聲amp;異響。

對(duì)失效的壓縮機(jī)進(jìn)行拆解分析，發(fā)現(xiàn)其失效模式為腐蝕試驗(yàn)引起的離合器表面（皮帶輪和吸盤面）銹蝕。若銹蝕嚴(yán)重，離合器吸合過程中，皮帶輪與吸盤間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，摩擦產(chǎn)生的持續(xù)高溫使離合器燒灼，導(dǎo)致熱熔斷器斷開，如圖7所示。

空調(diào)壓縮機(jī)的安裝位置優(yōu)于發(fā)電機(jī)，一般布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的前端，但是仍有少量鹽水飛濺到該零件上。在整車路試過程中，通常采用增加壓縮機(jī)備件的方式來減少車輛試驗(yàn)暫停的時(shí)間。

3.3" 蓄電池正極電纜

蓄電池正極電纜是整車路試中較常見的腐蝕失效零件，主要失效形式有兩種：一是常規(guī)燃油車的起動(dòng)機(jī)正極線束端子腐蝕斷裂，表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)，起動(dòng)機(jī)在點(diǎn)火時(shí)沒有響應(yīng)；另一種是新能源車的輔助電源模塊正極線束端子斷裂問題，表現(xiàn)為蓄電池故障燈點(diǎn)亮和12V蓄電池充電系統(tǒng)存在故障。某新能源車輔助電源模塊正極線束端子斷裂如圖8所示。

通過對(duì)零件失效形式進(jìn)行分析，主要原因?yàn)椋孩倨饎?dòng)機(jī)正線束端子在頻繁起停的工況下，形成雜散電流沖擊端子鍍層，造成鍍層破壞，基底銅在鹽霧試驗(yàn)環(huán)境下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)腐蝕變??；②輔助電源模塊正極線束端子為L型設(shè)計(jì)，端子末端無絕緣保護(hù)，在鹽濺路工況中形成腐蝕液堆積并形成電化學(xué)腐蝕。該零件的改進(jìn)措施為改變端子的厚度、材料、鍍層厚度，以及增加防護(hù)套等，提高零件的防腐能力。

3.4" 線束接插件

線束接插件進(jìn)水腐蝕失效也是整車路試中較常見的一種故障模式，是排故過程最為艱辛的一類故障，如圖9所示。該類故障通常出現(xiàn)在環(huán)境艙試驗(yàn)、鹽濺路試驗(yàn)或砂石漿路試驗(yàn)之后，車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)自動(dòng)熄火或停機(jī)、駕駛員信息中心點(diǎn)亮紅色或黃色的故障燈、總線報(bào)出相關(guān)故障碼等表現(xiàn)形式。

線束接插件少量進(jìn)水后會(huì)導(dǎo)致短路或漏電等問題，整車報(bào)出相關(guān)故障，在鎖定問題排查方向的過程中，侵入接插件的少量水分會(huì)揮發(fā)，此時(shí)肉眼難以察覺到水分或車輛故障已消失，給故障的排查帶來了一定的難度。為了鎖定問題的根本原因，會(huì)在試驗(yàn)過程中采取加裝監(jiān)控儀器、更換相關(guān)的硬件、復(fù)現(xiàn)問題工況等措施，耗費(fèi)較多的人力和物力資源，最終在問題多次復(fù)現(xiàn)后發(fā)現(xiàn)線束接插件進(jìn)水腐蝕。究其原因?yàn)榫€束接插件密封性問題或工藝品質(zhì)問題。

3.5" 底盤零部件

因腐蝕試驗(yàn)失效的底盤零件主要為制動(dòng)盤、彈簧和減振器等。在車輛上的表現(xiàn)為制動(dòng)抖動(dòng)、彈簧腐蝕斷裂和減振器腐蝕漏油等。制動(dòng)抖動(dòng)是由于路試過程中加速腐蝕引起的制動(dòng)盤端面跳動(dòng)（LRO）超差引起的。彈簧腐蝕斷裂和減振器腐蝕漏油是由于路試過程中石擊造成零件涂層破壞和基體表面缺陷，在腐蝕環(huán)境中基體進(jìn)一步腐蝕導(dǎo)致疲勞失效。

4" 總結(jié)

腐蝕環(huán)境作用下整車路試失效的零部件有很多，其中還有一些零件的腐蝕失效出現(xiàn)在維修過程中，本文不再一一列舉。本文僅對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵零部件的腐蝕失效問題進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論，為零部件的設(shè)計(jì)和整車腐蝕試驗(yàn)提供參考。

1）為了提高整車及零部件的抗腐蝕能力，需要從工藝、設(shè)計(jì)、制造及選材等方面綜合考慮。合理的設(shè)計(jì)可以有效降低腐蝕失效，延長車輛的使用壽命，提高可靠性，如增加底護(hù)板、端蓋和保護(hù)罩等。

2）整車在進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)提前考慮并準(zhǔn)備相關(guān)備件。長時(shí)間停放時(shí)應(yīng)每日運(yùn)轉(zhuǎn)車輛，減少腐蝕失效，提高試驗(yàn)效率。

3）故障排查時(shí)應(yīng)結(jié)合問題發(fā)生的環(huán)境和試驗(yàn)工況等因素，縮小排查范圍，提高工作效率，降低試驗(yàn)成本。

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（編輯" 凌" 波）