高温运行耐久试验的运行时间是怎样得到的?

原创 一名汽车电子硬件工程师 2020-11-26 22:51

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     对于新能源汽车,除了开车和停车之外,还多了一个工况,那就是充电,因此这些跟充电相关的零部件,相较于传统车来说,工作的时间更长,环境也会更恶劣,那究竟该如何评估新能源汽车零部件的耐久试验的测试条件呢?

咨询了相关人员许久,依然没有得到答案,那就自己动手丰衣足食,参考几份资料得到如下信息,就当是近期的一个工作小结。

DV实验里面基于环境类测试的各种高温运行,低温运行或者湿度,温度变化的各种耐久测试。通过各种900个循环,1000小时,2000小时的高温或者其他条件来评估产品的设计寿命是否能够达到10年20万公里或者15年30万公里这样。这些其实都是加速试验

加速试验是指在保证不改变产品失效机理的前提下,通过强化实验条件,使被测试产品加速失效,在较短的时间内获得必要信息,来评估产品在正常条件下的可靠性或寿命指标。

但是目前我们所用到的各种DV测试条件,都是基于传统车的ECU运行条件和时间来进行测试,例如通常我们评估一个车10年或20W公里的使用寿命,大概的评估场景就是驾驶10年的时间每天都开,每天开两次,那这个ECU的循环使用次数就是10*365*2=7300次。但这只是评估场景,真实的使用情况可能是卖一台车在家里,一个月就周末开开,或者还有一些情况时跑出租车,司机分两班倒的开,可能每天开车的时间在20个小时以上。这些都怎么来推算呢?

那就从加速老化试验最早的几个概念开始说起。

可靠性要求介绍

可靠性只是产品在规定时间内和规定条件下,完成规定功能的能力。对电子电器产品而言,产品的可靠性越高,其无故障工作的时间就越长。

寿命失效时符合Weibull分布,他的可靠性公式是这样的。

其中

R(t) 功能定义时间(循环数/操作数)正常工作的概率;

PA 是置信度(假设);

β 是Weibull因子;

n 是DUT的数量;

t 是测试持续时间(时间数或操作周期);

T 是指定的使用寿命(时间或周期或操作数)。

对于置信度这玩意,又得回头看看统计学的知识,以我们的正态分布为例,在一个标准差之内,是有68%的样本落在这个区间的,到3个标准差的时候,就有999.7%的样本落在这个区间内。这两种情况下的置信度分别就是0.68和0.997。

高温运行耐久试验

通常情况下对于ECU来说,都是需要做高温运行耐久试验的, 目的是通过高温加速模拟ECU在日常环境下的工作状态,来考察ECU是否能够耐受住高温导致的失效等潜在风险。

一般情况下高温运行耐久会分为500h,1000h,2000h这些测试条件,那究竟这些时间是怎么得到的?

我找到一篇论文,里面有介绍Arrhenius(阿伦纽斯)模型,Arrhenius模型适用于基于不同工作温度分布百分比的寿命加速测试,他的加速计算公式如下所示:

其中:

Jt,i——Arrhenius模型的加速因子;

Ea——激活能,这玩意是经验值来着,根据不同的失效机理,在0.2~1.2eV之间,通常计算的情况下取0.45eV;

k——玻尔兹曼常数

Ttest——测试温度,单位是℃,一般取被测样件的最高工作温度Tmax;

T feld,i——环境温度分布,单位是℃;

-273.15℃为绝对0度。

加速因子是基于各温度分布百分比加速因子的测试要求,它的计算公式是这样的:

其中:

Ttest——高温运行加速测试时间;

Tot——环境温度范围内的工作时间;

Pi——按照Tfeld,i环境工作温度分布百分比。

加速测试时间的具体计算方式

一般来说,我所参考的论文讲到上面那一章就结束了,大家也心满意足的知道大概是个怎么回事,不过对于我来说,就希望较真的来算一下是不是真的这样。然后搞个例子来试一下。

以一个放置在乘员舱且晒不到太阳的零部件为例,它的工作温度范围一般定义为-40℃~85℃。定义车辆的使用寿命为15年24万公里。则根据大数据得到95%以下的车辆运行时间都会低于12000h,而各种工作温度所占的时间比例分别如下:

温度分布

占比

运行时间(总12000h)

加速因子

等效85℃时的运行时间

-40℃

6%

720h

193577

0.004h

23℃

65%

7800h

115.9

67h

60℃

18%

2160h

5.49

393h

80℃

10%

1200h

1.38

870h

85℃

1%

120h

1

120h




总运行时间

1450h


对于以上加速因子的计算,因为公式比较复杂,就举一个最简单的例子,就是最高温度运行的时候,加速因子的公式,e的幂变成了0,因此加速因子是1。其余的加速因子可以自己代入进去计算一下。


总结


通过以上信息看,这个模型还是很简单的。如何计算这个公式,最难的还是如何获取到温度分布的数据,如何获得各种温度的占比,以及车辆的寿命是如何等效成为运行时间的。但是如何通过设计寿命等效得到车辆的运行时间,这个我也暂时没有找到相关的信息,上表的信息也是通过其他资料得到的,至于为什么,里面也没写。


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