汽车前照灯组件可靠性要求与关键试验研究.pdf

Environmental Adaptability&Reliability环境适应性和可靠性汽车前照灯组件可靠性要求与关键试验研究李嘉（上海市质量监督检验技术研究院电子电器家用电器质量检验所，上海2 0 1114）摘要：对于作为行驶“眼睛”的汽车前照灯及其组件进行耐久性和可靠性试验研究，包括：机械试验、气候试验以及试验后对应的电气要求等性能验证，有助于指导和推进我国汽车组件质量提升、产业与国际接轨和检测技术发展。本文基于国标GB/T10485等以及德系主流整车企业实际使用的供货技术规范和要求（VW80000），给出汽车前照灯组件试验中灯具的循环工作方式设定要求，进一步对机械环境试验和气候环境试验中可靠性相关的三项关键性能试验项目：振动试验、明暗截止线的稳定性和明暗截止线偏移，对于试验条件和要求进行了详尽的研究说明和解析。最后，总结阐述了汽车前照灯及组件可靠性试验研究的重要作用，并对未来汽车配件产业与国际技术接轨的路径进行了展望。关键词：耐久性；振动试验；明暗截止线；自适应前照明系统（AFS）；功率谱密度中图分类号：TM93，U 46 7.3文献标识码：A文章编号：10 0 4-7 2 0 4(2 0 2 3)0 6-0 0 37-0 5Research of Reliability Requirements and Key Test for Automotive HeadlightComponentsLI Jia(Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research,Institute of Quality Inspection ofElectronic and Electrical Appliances&Household Electrical Appliances,Shanghai 201l14)Abstract:The durability and reliability test of automobile headlights and the components as drivingeyes,including mechanical test,climate test and corresponding electrical requirements afterthe tests,which is helpful to guide and promote the quality of domestic automobile components,industrial integration with international standards and the development of testing technology.In thispaper,based on the national standard GB/T 10485 and the German mainstream vehicle enterprise actualsupply specification and requirements(w80000),the cycle working modes for the tests of lamps andlanterns in automobile headlight with the components are provided,furthermore,the study of three keyperformance test items of mechanical environment and climate environment reliability tests:vibrationtest,stability of light and shift in the cut-off line,and the test conditions and requirements areanalyzed in detail.Finally,the important role of the reliability tests of automobile headlights withthe components is summarized,and then the path of the future auto parts industry and internationaltechnologyare forecast.Key words:durability;vibration test;cut-off line;adaptive front Lighting system(AFs);powerspectrum density引言汽车前照灯及组件在车辆灯具中占有主要地位，在基金项目：基于双目机器视觉系统实现的电风扇能效自动测试系统研制，项目编号：2 0 2 2-59；基于CFD/NHT仿真的冷藏/冷冻室温度场均匀性评价方法研究，项目编号：KY-2021-6-DJ。车辆行驶中对于改善路面可视度、提供良好的照明、不产生炫目感等，具有重要功能和作用，是保障行车安全2023年6 月/June 202337环境适应性和可靠性Environmental Adaptability&Reliability和维护城市交通管理很重要的必要装置和安全部件之一。汽车前照灯及其对应的组件的耐久性和可靠性相关的性能优劣将直接对车辆使用的人身和财产安全产生影响。目前汽车前照灯型式按照采用照明技术主要分为：传统前照灯、自适应前照灯系统（AFS）前照灯和LED前照灯三大类。对应国外标准的体系涉及：欧盟ECE法规、美国SAE标准和FMVSS联邦法规、澳大利亚ADR规范等，对比国标GB其中包括的照准要求、配光性能要求和试验方法、环境耐受性试验和要求与国外标准要求均有相通也有不同之处。本文基于国家标准GB/T10485等1-8 以及德系主流整车企业实际使用的供货技术规范和要求（汽车标准VW80000%），给出汽车前照灯组件试验的工作方式，以及机械环境试验和气候环境试验中耐久性和可靠性试验的关键性能试验项目和要求。1汽车前照灯组件试验的工作方式1.1前照灯灯光循环：加载循环灯光循环需与特定项目的灯光功能相符。定义灯光循环时需考虑特定要求。当日间行车灯处于关闭状态时，应开启PO灯。配有侧标志灯的前照灯类型应保持PO灯处于开启状态。前照灯灯光循环曲线见图1所示。1.2前照灯灯光循环：摆动/调整循环在工作方式1I.cl9.10下需控制三项功能：前照灯照明距离调节（LWR）、自适应前照明系统（AFS）和滑动照明距离（CLW）。对应的控制图分别见图2 4所示。2机械要求和气候要求中关键试验2.1振动试验1）试验流程、控制和负荷：该试验基于VW80000标准9及以下补充条件进行：灯具试件固定于整机量产时的安装位置，具体涉及：固定于初始固定点、按量产的制造方式用原装螺栓固定、初始扭矩固定、根据安装条件布置电线和软管、在安装位置测试各轴。VW80000测试标准中所定义的振动加速度负荷9,应在初始固定点进行（在该点进行测量控制）。采用以下加速负荷代替VW80000测试标准的振动集合图例D（振动激励为宽带随机振动）19.1：L10s305右转向灯弯道灯180s左转向灯日间行车灯20s近光灯0100右转向灯一左转向灯一远光灯一日间行车灯。图1前照灯灯光循环曲线高速公路灯305远光灯205选光灯会车20030055.5890s90s前车10%400近光灯弯道灯30s远光灯30305灯光闪烁100%500Zeit(s)高速公路灯60038环境技术/Environmental TechnologyEnvironmental Adaptability&Reliability环境适应性和可靠性Z方向的严酷度等级为2；X和Y方向的严酷度等级为3；加速度有效值：严酷度等级2：19.7 m/s；严酷度等级3：13.9m/s。使用振动集合对VW80000进行扩展，详见表1。对于体积大且质量重的试件（例如：发动机、起动机或电池等），可在固定点采用IEC 60068-2-6421 进行均衡控制。2）测量、观察和记录：在测试结束后，除VW80000测试标准的要求外9，还需测量并记录紧固螺栓松脱扭矩。在试验记录报告中需记录试件位置和试验顺序。3）试验要求：除VW80000测试标准规定的基本要求外9，还应满足以下要求：在乙方向激励后，明暗截止线的位置偏移不应大于2 5mm（距离10 m/Z方向测量，X方向的偏差50 mm）。在Y和X方向激励后，明-暗截止线的位置偏移不应大于2 5mm（距离10 m/z方向测量，X方向的偏差50 mm）。对于能形成一个垂向明一暗截止线的灯光功能，截止线的偏移最大值为0.1（即10m距离处为17.5mm）。试验结束后的松脱扭矩满足规定要求。2.2明暗截止线的稳定性该试验旨在考核光模块自振频率与前照灯光带（明暗截止线）的相关性。1）试验流程、控制和负荷：加速曲线应通过频谱与车辆的三个轴向相适应。正弦扫频：（10 6 0）Hz;加速度值：Z方向1g（峰值/恒定），100%908070605040302010002%100-100012010080%604020020表1振动集合对应功率谱密度频率严酷度等级2(Hz)下降-3dB(m/s)2/Hz下降-6 dB(m/s)2/Hz下降-9dB(m/s2)2/Hz1010553.251800.1253000.1253600.0710000.07LWR循环（额定值）68101214161820222426283032343638,.40图2前照灯调节（LWR）控制图510图3自适应前照灯控制系统（AFS）控制图20561时间（s）图4滑行照明距离（GLW）控制图功率谱密度严酷度等级351.6250.06250.06250.0350.035摆动角(%）1520253035严酷度等级42.50.81250.031 250.031250.01750.0175sl40进度图2023年6 月/June 202339环境适应性和可靠性/Environmental Adaptability/&ReliabilityX、Y方向0.35g（峰值恒定），（在已知车辆特性值时使用该数据）；扫频速度：最低15min/倍频程；频率步长：1 Hz。组件的测试结果应通过对整车的测量进行检查和判定。若明暗截止线由多个光模块组成，则应分开测量和评估。对于驾驶员，特定情况是在会车时，应同时检查敏感的灯光功能。2）测量、观察和记录：在Z方向和X、Y方向均要进行测量。在前照灯结构不发生改变时进行测量。所需的测量方法应在保证测量结果的准确性和可重复性的前提下与委托方进行协商。过程应表明谐振频率的升高，并在振幅-频率图中表示出来。3）试验要求：在全频率范围内，明一暗截止线的扩散不能超过0.2 7（即3m距离处为 14 mm);按照组件设计的定义，自振频率应在（2 2 50）H z 范围以外。在出现偏差时，明暗截止线的最大垂向振幅不得超过的数值详见图5。若在寿命试验后使用该项测试，则定义明-暗-截止线的最大扩散值为3m距离处 20 mm。对于能形成一个垂向明一暗一截止线的灯光功能，截止线的偏移最大值为0.1（即3m距离处为5.2 mm）。2.3明暗截止线偏移该试验旨在发现初始热负荷时发生的明一暗-截止线的偏移。1）试验流程、控制和负荷：该试验在没有空调的装置上进行。在交付位置以机械方式调节明暗一截止线。在工作时进行温度加载的试验条件如下：工作方式：1ILc0.10,试验持续时间：4h；试验温度：上限工作温度Tmx；温度加载阶段之后，将装置冷却至室温Rt。2）测量、观察和记录：为持续的确定和评估垂向和水平方向上明暗截止线位置，需要使用合适的传感器或者光学观测方法。若多个灯光功能的明暗截止线相同，则应分别进行观测。3）试验要求：功能状态Al。明暗截止线的偏移不得超过0.0 57（即10 m距离处为10 mm)。3结语前照灯在室外行驶的使用过程中，需长时间遭受外界和自身运行产生的气候环境和机械环境等因素的影响，造成灯具装置及其组件的老化、反光器变暗、照射位置偏移和不正确等失效情况，导致前照灯强度不足或照射位置偏差，其可靠性和性能发生的变化，严重时会直接影响汽车的行驶安全和行进速度。本文参照近年国际上德系主流汽车企业针对3.5T以下汽车前照灯实际采用的新版供货技术规范和要求，主要对汽车前照灯及组16141220101520图5最大允许垂直振幅（发动机空转时）253035频率（Hz）404550（下转46 页）556040环境技术/Environmental Technology环境适应性和可靠性Environmental Adaptability/&Reliability2）复合材料因其铺层方式导致实际粘接面积厚度较低，引发安全裕度偏低。需加大粘接厚度，进一步研究粘接加强；3）对于光纤接触式振动传感器还需进一步分析，确保连接对传感器高测量精度无影响。试验证明，高轻小高灵敏度光纤振动传感器连接工艺通过了与光学遥感器镜体本身、支撑结构、主承力结构的典型光机材料连接强度考核试验，为我国光学遥感器在轨力学场的建立、颤振影响溯源定量化分析提供了信息支援基础。（上接40 页）件/模块的可靠性试验中灯具的循环工作方式给出规定，进一步对汽车前照灯的机械要求和气候要求中涉及的三项关键性能试验，即振动试验、明暗截止线的稳定性和明暗截止线偏移，分别给出了试验流程、控制和负荷，试验中测量指标和观察记录的参数以及试验后测量情况，对试验条件设置和试验要求进行了详细阐述与解析。汽车大灯要有足够的发光强度和正确的照射方向，相关检测试验的研究和标准化工作对于指导和推进我国汽车行业及其配件产业链的形成、自主产品设计与研发、技术进步并与国际产品的接轨，以及检测技术及其标准化能力的扩展与提升，都有重要意义和技术价值。参考文献：1GB/T10485-2007,道路车辆外部照明和光信号装置环境耐久性S.2GB4785-2019,汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定S.3GB/T15766.1-2008,道路机动车辆灯泡尺寸、光电性能要求S.4 GB4599-2007,汽车用灯丝灯泡前照灯S.5GB4660-2016,机动车用前雾灯配光性能S.6GB21259-2007,汽车用气体放电光源前照灯S.参考文献：7GB25991-2010,汽车用LED前照灯S。1姜德生，何伟，光纤光栅传感器的应用概况1.光电子激光，8GB5920-2019，汽车及挂车前位灯、后位灯、示廓灯和制动灯配2002,13(4):420-430.光性能S.2吴文韬，李醒飞，刘帆，等一种卫星微角振动高精度测量方法J.9 Vw80000-2017,Electric and Electronic Components航天器工程，2 0 2 0 2 9(1):16-2 2.in MotorVehicles upto3.5t General Requirements,Test3高超，罗世魁，陈芳，等.空间相机光学件用XM23胶的杨氏模量Conditions,andTests S.测定和选用J.航天返回与遥感，2 0 17 38(2)：48-54.10许毅，沈海舟，陆斌.道路车辆电气和电子部件的电气要求与性4赵毅肋，刘野，李洪江，等.国内外胶粘剂拉伸剪切强度试验方法能试验研究J.环境技术，2 0 2 0(3):8 2-8 6.（金属对金属）标准的对比J.化学与粘合，2 0 2 2 44(2)：17 2-17 4.11马会凯，许毅，王家星，等.汽车电气和电子部件机械环境试验5GB/7124-2008,胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材要求与关键测试研究J.环境技术，2 0 19(S2):127-131.料)S.12 IEC 60068-2-64:2008/AMD1:2019,Environmental testing-6杨国腾，董宇.胶黏剂拉伸剪切强度试验方法分析J.化学与粘Part 2-64:Tests-Test Fh:Vibration,broadband random and合，2 0 17 39(3):2 2 8-2 31.guidance S.作者简介：作者简介：高征（198 7-），女，本科，工程师，主要从事空间飞行器结李嘉（198 3.6-），男，工程师，主要从事家用电器检测技术构静力试验的研究。以及质量、性能、安全、风险等标准化研究等工作。46环境技术/Environmental Technology