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DIN 75220标准下的整车阳光模拟:600小时环境舱等效验证

整车耐候验证长期靠户外大气暴露。吐鲁番的干热、琼海的湿热都真实,一轮做满一年,条件随天气走,结果复现性差,开发节奏跟不上。紫创测控LuminBox环境舱把光照、温湿度收进可控空间,不看天气,600小时跑完一轮;同一条曲线能反复跑,不同车型、不同批次有了同一把尺子。国内加速试验起步晚,方法多照搬国外。德国标准那套循环条件能否覆盖中国干湿热气候,广汽研究院曾文波等在《汽车工程师》做过对比试验。



验证DIN 75220的适用性

大气暴露试验能够综合反映太阳辐射、温度和湿度对整车的长期影响,但试验周期较长,环境条件难以完全控制,结果复现也会受到气象波动影响。

DIN 75220标准本身基于欧洲气候设计,夜间温度、湿度设定与中国干热冬季低温、湿热高湿凝露并不完全一致。直接套用,可能高估或低估部分老化效果。验证适用性,不是否定标准,而是弄清它在中国气候下的边界,让加速结果更有参考价值。



试验设计与关键参数对比

试验分两条线并行。大气暴露按QC/T 728—2005执行,吐鲁番、琼海各放一年,每5分钟记录太阳总辐射、空气温湿度和车体表面温度。加速试验按DIN 75220在舱内完成,15个干热循环接10个湿热循环,共600小时,频率同样是5分钟。两条线口径一致,对比才成立。

白昼辐照设定为(1000±100) W/m²。600小时累计辐射约1327 MJ/m²,按光能量折算只相当于干热自然暴晒2~3个月。把等效时间拉长的是温度。TNR模型把零件表面温度折进辐射量:R_tnr = Σ e^(13.643−5000/T)·R,T为表面温度,R为辐射能量。温度越高,同一份辐射权重越大,600小时的应力才抵得上更长的暴露。

国内干湿热气候环境太阳总辐射强度月分布。干热区月均最高约 1011 Wm²,湿热区约 1154 Wm²;两地全年超过 1000 Wm² 的累计时间分别只有 20 h 和 55 h.png 

国内干湿热气候环境太阳总辐射强度月分布。干热区月均最高约 1011 Wm²,湿热区约 1154 Wm²;两地全年超过 1000 Wm² 的累计时间分别只有 20 h 和 55 h



白昼与夜间条件的匹配度分析

吐鲁番2020年月平均最高辐射约1011 W/m²,琼海约1154 W/m²,全年超过1000 W/m²的累计时间分别只有20小时和55小时。(1000±100) W/m²既盖住高强度时段,又避开过高辐照的非正常老化。环境温度(42±3)℃上限45℃,与吐鲁番45.2℃的年最高气温基本持平。干热白昼湿度要求不大于30%,实测28%;湿热要求不小于60%,实测77%。

国内干湿热气候环境月最高温度。干热区年最高气温 45.2℃,湿热区 38.3℃;标准环境温度 (42±3)℃ 的上限为 45℃,与干热区年极值基本持平.png 

国内干湿热气候环境月最高温度。干热区年最高气温 45.2℃,湿热区 38.3℃;标准环境温度 (42±3)℃ 的上限为 45℃,与干热区年极值基本持平

夜间条件差得多。DIN 75220干热夜间设(10±3)℃,取的是亚利桑那冬季最低平均值。吐鲁番冬季最低−17.9℃,10月到次年3月平均最低约−8.1℃,标准高出近20℃,只在4月到9月管用。湿热夜间设(−10±3)℃,模拟阿尔卑斯寒夜,琼海实测最低9.9℃,设定反而低出近20℃。温度一低,空气含水量上不去,相对湿度虽大于60%,却不到琼海无光照时年均89%,车体难形成凝露,腐蚀也弱。

国内干湿热气候环境月最低温度分布。干热区冬季最低 −17.9℃,10 月至次年 3 月平均最低约 −8.1℃;湿热区最低 9.9℃.png 

国内干湿热气候环境月最低温度分布。干热区冬季最低 −17.9℃,10 月至次年 3 月平均最低约 −8.1℃;湿热区最低 9.9℃

国内湿热气候环境无光照状态下的月平均相对湿度,年均约 89%,是判断车体表面能否形成凝露的关键量.png 

国内湿热气候环境无光照状态下的月平均相对湿度,年均约 89%,是判断车体表面能否形成凝露的关键量



等效时间与问题覆盖率数据

把TNR算出来,干热区应力比值约0.60,按零件平均折合7.2个月,取7~8个月;湿热区约0.69,折合8.2个月,取8~9个月。综合冬夏差异,600小时被定位为等效户外6~9个月。问题点统计更说明覆盖面:舱内14个、一年暴露13个,其中9个相同,按12个月计约覆盖70%,多集中在前6个月。

所以600小时抓得住早期失效,抓不住完整一年。要对齐12个月暴露,时间还得往上加。这组关系也有边界:换车型、换监测点,比值会跟着变。



零部件受光差异与试验局限

零件受光状态差别很大的区别。仪表板中部在阳光直射区,温度最高;左前门开关面板在舱内受垂直光照却被车门挡住,户外午后又出现直射;前保险杠面罩在舱内几乎照不到直射光,户外冬季反而长时间被阳光扫到。同一个舱里,落在零件上的应力并不均匀。

环境舱试验与湿热大气暴露试验的零件表面最高温度对比。仪表板中部最高,干热循环超过 110℃;前车牌固定面板最低,约 58℃.png 

环境舱试验与湿热大气暴露试验的零件表面最高温度对比。仪表板中部最高,干热循环超过 110℃;前车牌固定面板最低,约 58℃

这种不均匀直接反映在TNR比值上。仪表板中部干热0.81、湿热0.89,等效9.8和10.7个月;左前门开关面板湿热只有0.20,前车牌固定面板干热0.07、湿热0.17,都被剔出了平均值。整车套一个等效时间,局部差异就被平均掉。评价结果要按样件位置、受光方向、温度历程分开看。垂直光照对侧向和易遮挡区域覆盖天然不足,由舱体结构决定。



汽车阳光模拟技术要点

选型第一步是定对象。整车、零部件、材料样件的照射面积与安装姿态都不同,先明确参考标准和目标循环,再核对设备能稳定控制的辐照范围、温湿度精度与测量方式。样本上限不等于可复现的能力,要看带载时的面均匀性和稳定性。

数据采集也要一起定。辐照、空气温湿度、零件表面温度能否同步记录,采样间隔够不够支撑TNR计算,导出格式是否便于处理,都该在选型阶段问清。

DIN 75220的白昼条件对中国干湿热气候基本适用,夜间温湿度设定需按地域调整。600小时试验约等效干热7~8个月、湿热8~9个月,按问题点算覆盖约70%,集中在前期。不同部件受光差异明显,整车不宜套用单一等效时间。



Luminbox大面积环境舱/环境箱用太阳光模拟

紫创测控Luminbox大面积环境舱/环境箱用太阳光模拟,以全维度适配性与精准控制能力为核心,采用金卤灯精准复现自然太阳光特性,可为汽车提供高效专业光照模拟解决方案。  

技术支持: 400-808-6127.png 

技术支持: 400-808-6127

l 采用金卤灯,性价比高,测试成本低,周期短

l 每个灯源有一套电源控制系统,辐照度可单独控制

l 测试过程中,辐照度数据可跟踪记录,辐照量达到要求后,可自动停止测试

l 可设定温度、运行时长、累计辐射强度参数等

Luminbox紫创测控大面积环境舱/环境箱用太阳光模拟已广泛应用于汽车、航天航空、太阳能电池等领域。未来,紫创测控将持续优化光源技术与控制算法,进一步为用户提供更高效的环境试验光照支持。

原文参考:图片与数据来源:曾文波,骆立良,孙建忠. DIN 75220 对国内典型干湿热气候环境的适用性研究[J]. 汽车工程师, 2023(3): 23–29.(本文图 1–图 5 均取自该文)

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