汽车电子元部件的冷热测试

如果你居住在像硅谷这样阳光普照的地方,雨很少见,雪是一个外来概念,这个帖子可能很难与之相关。 但是在多伦多,我们的车辆在7月份的温度接近+ 35°C(95°F),湿度很高,1月份气温在风寒效应下降至-25°C(-13°F)。 汽车子系统,组件,润滑剂和冷却剂都必须在这些极端的极端情况下承受并执行。

尽管环境温度可能极高,但车辆需要达到最佳工作温度以提高效率和排放。 无论外部温度如何,发动机都会严重影响其内部和周围组件的温度。 因为随着温度速率增加以尽快达到目标温度,这会导致显着的热应力。

Our mechanical oil pump test system,  Ensure OP™ | M .

Our mechanical oil pump test system, Ensure OP™ | M.

测试

由于各种汽车动力总成系统的运行和环境温度升高,环境冷热测试对于保证产品质量和可靠性至关重要。 汽车部件通常需要在冷端低温和极端高温下进行验证,以及在极端温度之间进行过渡,这通常可以转换为-40°C至+ 150°C的测试温度。

另外的测试要求还涉及冷热疲劳分析。 这种类型的测试旨在确定元件设计中的任何薄弱点,例如不同材料之间的热膨胀系数的不匹配,以及由此产生的疲劳应力,或者在更极端温度的情况下,例如结构翘曲等现象。

Oil at -40c    Rapid-cold temperature testing on one of our  Ensure OP™ | M  test systems using our  FlashFreeze™  module.

Oil at -40c

Rapid-cold temperature testing on one of our Ensure OP™ | M test systems using our FlashFreeze™ module.

以下部分描述了一组五种不同的测试,用于测试元件承受某些冷热刺激的能力。

Intention of this test is to simulate extremely cold temperatures, as if leaving a vehicle outside overnight during an extremely cold night.

Intention of this test is to simulate extremely cold temperatures, as if leaving a vehicle outside overnight during an extremely cold night.

低温唤醒(根据IEC 60068-2-1,TEST AB,冷)

该测试用于验证组件在长时间暴露于低温极限(Tmin)后的功能。

在室温和标称电源电压下,评估测试样品的正确功能。 然后将样品在低温度(Tmin)下浸泡指定的时间段(通常为24小时),电线束仍然连接并且电源电压设置为零。 在浸泡期之后,在仍然暴露于Tmin的同时,打开组件并评估其功能是否正常。

高温退化(根据ISO 16750-4,高温测试,操作)

该测试用于验证组件在长时间暴露于高温(Tmax)期间的功能。

在室温和标称电源电压下评估测试样品的正确功能。 然后将样品降温至高温度Tmax并在该温度下浸泡指定的时间段(通常至少500小时)。 电线束仍然连接,电源电压保持在标称值。

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测试样品循环通过代表正常使用的功能操作,监测性能或故障的任何降级。 对于指定的测试部分,电源电压可以从标称值变为最小值和/或最大值。

带冷热循环的振动(根据IEC 60068-2-64,测试FH,振动,宽带随机(数字控制)和指导)

该测试用于验证部件承受通常在现场条件下发生的振动的能力。

在所有三个主轴(X,Y,Z)中依次评估测试样品的振动。 随机振动测试用于捕获从低端频谱(即道路感应)开始直到高端频谱(即引发的引擎分量)的行为。 该范围通常包括10-2,000Hz的频率范围,在特定的标称频率值下具有特定的功率谱密度(G2 / Hz)。

结合振动的部件,将测试样品暴露于热循环。 该循环通常在Tmin和Tmax的范围内,具有特定的升温速率(°C / min)和停留时间。 每个热循环通常持续480分钟。

电源温度循环(PTC)(根据ISO 16750-4,温度循环和IEC 60068-2-14,测试NB,温度变化)

该测试与热冲击空对空(TS)一起执行,以验证部件承受由于热循环引起的热疲劳和退化的能力。

在室温和标称电源电压下评估测试样品的正确功能。 然后将样品加热至高温度Tmax,并使其在该温度下停留一段特定的时间(通常为1小时)。 随后,将样品冷却至低温度Tmin,并使其在该温度下停留指定的时间(通常与加热的停留时间相同)。 低温Tmin和高温Tmax之间的加热/冷却变化率可以是2-15℃/ min之间的任何值。

对于指定的测试部分,电源电压可以从标称值变为最小值和/或最大值。 在高温Tmax和低温Tmin之间的温度转变期间,测试样品电压也可以设定为零。

冷热冲击空气 - 空气(TS)(根据ISO 16750-4,温度循环和IEC 60068-2-14,测试NA,温度变化)

该测试与电源温度循环(PTC)一起执行,以验证组件承受由于冷热循环引起的热疲劳和退化的能力。

通常,将特定数量的PTC和TS周期组合在一起以创建完整的测试组合。 它们通常按顺序执行,并在两者之间的特定点进行功能测试,以验证组件性能。

解决方案

有效执行上述要求的热测试需要一些工具。在高级别情况下,您需要:

  • 种能够进行性能和/或耐久性测试的测试台,其测量电路的额定温度极限;

  • 个环境温度控制方案(即冷热控制室);

  • 个用于流体/液压部件(即冷却器)的流体温度调节控制系统;

  • PID调整和软件解决方案,可自动执行测试配置文件。

通常,电子元件可以仅用热室测试这些标准。然而,随着液压部件(即泵,热交换器,阀门)变为带电动,电子设备将受到通过部件主体传导的流体的热应力。

流体温度调节可能是复杂且昂贵的,这取决于测试要求(即冷启动或低温唤醒,相对于热循环)。使用液氮(例如我们的FlashFreeze™产品)可以轻松实现在低温下进行单组分测试。在-40°C至+ 150°C之间进行大规模耐久性测试可能需要一个多级冷却系统,该系统配有专门的传热流体,适合特定应用(例如ATA Horai™流体调节系统)。

 
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对于短期测试,将其外包给全方位服务实验室可能是最具成本效益的。 根据组件或子系统,存在具有用于表征,热室和冷却器的测试台的测试设施。 我们的ATA Lab™服务就是一个例子,它专注于润滑或冷却液组件的冷热测试。

结论

电子化部件的冷热测试是一项复杂但必要的任务。 随着电子化动力系统和电池系统的出现需要非常窄的工作温度范围以实现最高效率,执行上述测试的能力将成为日益重要的优先事项。

 
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