汽车电子装置可靠性设计精要.ppt

汽车电子研究室 哈尔滨工业大学 罗念宁 1座机电话号码18 imlog@163.com 2007.8 汽车电子装置可靠性设计 汽车电子装置的应用环境可归为三大类： 大气物理环境 机械物理环境 电磁物理环境 本章旨在分析汽车电于装置的应用环境及其可靠性设计和试验。 1 汽车电子装置的应用环境 影响汽车电子装置工作性能的大气物理环境主要有： 温度、湿度、浸水、结冰、盐雾、尘沙及大气压等 其中最普遍、危害最大且无法回避的是温度、湿度环境。 1.1 温度、湿度环境 汽车电子装置的温度、湿度既受车外大自然的气候影响，也因其在汽车内所处的工作部位不同而存在极大的差异。其最低温度就是外部的自然温度，而最高温度则因其工作部位及工作状态的不同而不同。 自然界的温度，因季节和地城的不同有很大的差别。我国的自然温度最高为50℃，最低为-40℃；世界上有记录的自然温度最高为57℃，最低达-83℃。 在汽车内部，由于发动机工作时的热排放、触点电火花、机械接触件的热磨擦、电子的热运动等诸多因素，使得车内电子装置的工作温度总是高于车外的自然温度，且外部温度越高，散热越困难，车内的温度也就越高。 汽车内各部位的温度还与车型及车况有关。例如，汽车爬坡或加速时，温度升高；汽车怠速时，温度降低。若汽车停车时发动机仍以怠速运转，如果冷却系工作不良，发动机室的温度将迅速上升到比行车时还要高。车内温度变化最快的是汽车刚起动的一段时间 约十几分钟 ，温度急剧上升。 1.1 温度、湿度环境 显然汽车内各部位的温度和湿度是个随机变量，各类车的车内最高温度也没有统一的标准。但是，为了规范汽车电子装置的温度和湿度环境，作为耐环境设计和试验标准，各行业都颁布有相应的标准。 1.1 温度、湿度环境 1.1 温度、湿度环境 温度和湿度对电子产品的影响通常都不是独立的。其结果都是使得绝缘破坏、机件腐蚀和材料性能劣化，产品的工作可靠性降低，老化速度加快。 在一定的温度下，湿度越大，即水分子越多，对电于产品的浸蚀越严重； 在一定的湿度下，温度越高，水分子活化能量越大.对电子产品的渗透力越强。 对于不同活化能量的电子产品，温度引起名化速度可由阿尼斯 Arrhenius 动力学平衡方程式估算： 1.1 温度、湿度环境 电子产品的老化时间随温度T的升高而减小，即是说：温度越高，老化的速度越快。 1.1 温度、湿度环境 表给出的是温度变化时，水分子几个主要特性参数变化情况，其中与产品老化有关的是内扩散系数。显然，温度越高，内扩散系数超大，产品老化速度越快。 1.1 温度、湿度环境 汽车电子装置的温度、湿度试验分室内和室外两种方式。 室内试验是一种模拟环境试验，即根据产品工作的温度、湿度变化范围，在规定时间内连续工作于最高温度、湿度下和最低温度、湿度下，以测试产品的耐温度、湿度的性能。 汽车电子产品在装车前都必须按相关的标准和测试方法进行这项试验， 室外试验是电子装置装车后进行的工况环境适应性试验。这种环境适应性试验可根据汽车温湿度环境要求，选择相应的寒带、热带的野外进行。 为了规范测试，各国都建有专用的低温、高温试验场。例如美国通用汽车公司 GM 在加拿大的安大略省巴斯加市设置有低温试验场，而在美国亚利桑那州的麦塞市设置有高温沙漠试验场，能提供比较规范的野外工况试验。 1.1 温度、湿度环境 图为美国SAE制定的一种室内试验方案，试验最低温度为-40℃，最高温依受试产品在汽车内工作部位按表9-2选取；湿度按相对湿度RH的百分比选取。 1.1 温度、湿度环境 除温度、湿度环境外，下列环境对汽车电子装置也有明显的影响。 ①浸水及结冰：汽车在雨天行驶或经过水洼地段时，各部位会不同程度地被水浸湿。若是寒冷的冬季，浸湿部位很容易产生结冰。为检验产品对浸水及结冰的承受能力，应进行浸水及冰冻室内模拟试验。 ②盐雾：在沿海地带，海风中含有大量的盐雾。在积雪地方有时为了防止结冰，在道路上撒盐。汽车在这些地段行驶时，电子装置将会受到盐雾的侵蚀，为了检验电于装置受盐雾侵蚀而拒腐蚀能力，应在室内对汽车电子产品进行5％盐水喷雾试验。 ③尘沙：灰尘及风沙会引起一些电器触点接触不良，沉积在元器件表面上的灰沙，吸湿后还会引起漏电现象。为检验电子装置对尘沙的承受能力，应按产品工作部位的尘沙环境作相应的风沙模拟试验。 ④海拔高度：在高海拔地区，由于大气压降低，可能引起某些传感器工作性能变坏。因而对包含有与大气压相关的传感器的电子装置，应作高海拔试验或在产品设计时予以考虑。 ③油污：汽车内的机油、汽油、黄油及大气中的有害化学分子对电子装置的侵蚀，会引起电子器件、导线、接插件腐蚀变质，加速老化，应在产品设计及安装时予以重视，采取一定的防范措施。 1.2 机械物理环境 机械物理环境对汽车电子装置的影响主要表现在汽车行驶过程中，由于