技术概述
汽车在行驶过程中,电子电气部件会持续承受来自发动机、路面不平以及传动系统的机械振动。ISO 16750-3:2023《道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第3部分:机械负荷》规定了这类部件在车载安装位置应承受的振动环境及其验证方法,是当前国际通行的版本,取代了较早的 2012 版。该标准将振动负荷按安装部位区分为发动机舱高量级宽带随机、车身低量级宽带随机以及二者混合模式,并针对电动化动力系统新增了驱动电机相关谱型。
振动试验的核心目的,是暴露电子部件在长周期随机激励下可能出现的焊点疲劳、紧固松动、引线断裂与接触电阻漂移等潜在缺陷。对于汽车电子而言,振动并非单一方向的简单激励,而是多轴、宽频、长时间叠加的复杂载荷,因此试验设计需要兼顾频率范围、加速度谱密度与持续时间三个要素。
与气候类试验不同,振动试验更直接地关联产品的结构完整性与连接可靠性。在汽车电子研发与来料管控环节,该项验证常被纳入环境适应性评价,用以判断部件能否在整车生命周期内保持功能稳定。本文围绕 ISO 16750-3:2023 的振动条款,系统说明样品、项目、方法与仪器配置。
检测样品
受试样品应为完整的汽车电子部件或其代表单元,包括控制模块、传感器、执行器、连接器及带线缆的组件。样品需处于可工作状态,并装配与实际装车一致的安装支架、减振垫与紧固件,以真实反映边界条件。对于大型或重型被测对象,标准区分了小轻型与大重型被测件的谱型参数,试验前应明确分类并据此设置激励量级。
检测项目
项目一:正弦扫频振动
在规定频率范围内以恒定加速度或位移进行扫频,定位共振点并评估结构响应特征。
项目二:宽带随机振动高量级
针对发动机舱等强振部位,施加高谱密度随机振动,模拟严苛工况下的疲劳累积。
项目三:宽带随机振动低量级
针对车身安装件,施加低谱密度随机振动,考核长周期工况的可靠性。
项目四:混合模式振动(发动机部位)
将正弦分量与随机背景叠加,复现发动机点火与路面激励的耦合特征。
项目五:混合模式振动(车身部位)
采用较低量级混合谱,考核车身传导振动下的功能保持能力。
项目六:多轴振动
依据标准附录 E 的三维振动台方法,同步施加多向激励以提升仿真度。
项目七:电动汽车驱动电机谱
标准新增的驱动电机相关谱针对乘用与商用电动部件,匹配电动化验证需求。
项目八:功能监测
试验全程对被测件供电并监测输出信号,记录异常或中断事件及对应时标。
项目九:共振驻留
在识别到的共振频带驻留,加速暴露结构薄弱环节。
项目十:安装点检查
试验后检查支架、紧固件是否松动、变形或产生可见裂纹。
项目十一:电气参数复核
振动后复测接触电阻与绝缘电阻,量化漂移量并比对限值。
项目十二:外观与结构评定
对壳体、接插件进行目视与量规检查,形成合格判定结论。
检测方法
方法一:扫频定位
采用对数扫频,记录传递函数与共振峰,作为后续驻留与判据依据。
方法二:随机振动施加
按标准给出的谱密度曲线设置控制器,使实测谱与规定谱偏差处于受控范围。
方法三:混合谱合成
在振动控制器中叠加正弦分量与随机背景,实现混合模式激励。
方法四:多轴同步
配置三轴向独立功放与台面,依据附录 E 同步驱动并校准相位。
方法五:功能监控布置
接入负载与采集设备,设定中断阈值并记录事件与时间戳。
方法六:恢复与复测
试验结束后按规定时间恢复,再开展电气与结构复核,避免残余应力影响。
方法七:数据处理
对加速度、响应与监测信号进行统计,形成可比对的过程记录。
方法八:失效判据应用
依据功能中断次数、参数漂移限与外观缺陷等级综合判定是否合格。
检测仪器
仪器一:电磁振动台
提供宽频随机与正弦激励,覆盖 10 Hz 至 2000 Hz 的典型范围。
仪器二:功率放大器
匹配台体阻抗,输出驱动信号并维持稳定推力。
仪器三:振动控制器
实现随机、正弦与混合谱生成及闭环控制,支持多轴扩展。
仪器四:加速度传感器
布置于台面与样品关键部位,用于反馈控制与响应监测。
仪器五:信号采集系统
记录监测通道的电压、电流与中断事件,便于溯源。
仪器六:环境试验箱(可选)
与振动复合时提供温度背景,模拟整车真实工况。
仪器七:安装夹具
刚度与实际装车一致的转接板与支架,避免引入额外共振。
仪器八:扭力与量规
复验紧固力矩与安装尺寸变化,量化结构形变。
仪器九:低电平电阻测试仪
复测接触电阻,捕捉微小漂移与膜层影响。
仪器十:绝缘电阻测试仪
复测绝缘强度,确认电气隔离未下降。
仪器十一:目视与显微设备
检查裂纹、松动等外观缺陷,必要时放大观察。
仪器十二:数据管理软件
汇总谱线、监测记录与判定结果,生成可追溯报告。
结果评定
结果评定应综合振动过程中的功能监测、试验后电气复核与结构检查,以功能中断次数、参数漂移限与外观缺陷等级为判定依据,结合安装部位与谱型要求形成结论。
应用领域
- 发动机控制单元与动力总成模块。
- 车身电子与舒适系统控制器。
- 车载传感器与执行器组件。
- 新能源汽车电池与驱动电机部件。
- 汽车连接器与线束总成。
- 车载信息娱乐与通信模块。
- 智能驾驶感知与计算单元。
常见问题解答(FAQ)
问题一:振动试验一般持续多长时间?
持续时间按安装部位与标准规定的循环小时数执行,常规为每轴向若干小时,具体以产品规范或客户要求为准。
问题二:车身与发动机部位谱型有何区别?
发动机部位采用高量级宽带随机并叠加正弦,车身部位采用低量级宽带随机,二者加速度谱密度与持续时间不同。
问题三:随机振动与正弦振动如何取舍?
随机振动更贴近路面真实激励,正弦扫频更利于定位共振,通常先扫频再开展随机或混合激励。
问题四:电动汽车部件需要额外谱型吗?
ISO 16750-3:2023 新增了驱动电机相关谱,电动化部件应纳入对应验证以覆盖新工况。
问题五:试验中为什么要监测功能?
功能监测可在激励过程中捕捉瞬时中断或参数跳变,比试验后复测更能反映动态失效。
问题六:多轴振动是否必须?
单轴是基础要求,对可靠性要求高的部件可依据附录 E 采用三轴同步以提升仿真度。
问题七:振动后需要复测哪些参数?
通常复测接触电阻、绝缘电阻与安装紧固状态,并做外观检查,综合判定是否合格。


