ECU的车规级试验：DV试验（四：机械负荷标准及测试）

#05测试项目

GB/T 28046.3规定了振动、机械冲击、自由跌落、砂石轰击共4类机械相关的试验，机械负荷测试项目基本都是根据DUT的安装位置进行划分的，直接看标准会感觉非常枯燥，也会看的云里雾里，但是如果对标准的每一个测试项目进行详细分析并汇总后，就会发现其实标准还是比较好理解的。

机械负荷试验中的振动及冲击来源基本可以分为以下四部分：

1) 发动机及变速箱运行引起的振动及冲击，包括乘用车与商用车发动机/变速箱，振动包括随机振动及正弦振动；冲击主要是变速器换挡操作带来的机械冲击，高加速度冲击可能使电子控制模块壳内的电容器分离。   

2) 因车辆行驶引起的振动及冲击，包括两部分：①在粗糙路面行驶引起的随机振动，失效模式是由疲劳造成的损坏。②在高速驾驶越过路边石头的情况下引起的冲击。失效模式为机械损坏(例如由于高加速度冲击使电子控制模块壳内的电容器分离)。

3) 因正常使用产生的振动或冲击，如DUT装于门上，当门被关闭撞击时出现机械冲击。失效模式为机械损坏(例如门撞击产生的高加速度使电子控制模块壳内的电容器分离)。

4) 自由跌落是指系统/组件在加工处理过程中可能跌落到地面(如在汽车生产线上)。失效模式为机械损坏(例如，DUT跌落到地面产生的高加速度使电子控制模块壳内的电容器分离)。

根据安装位置，试验项目及时间要求可汇总如下：   

机械负荷试验项目统计（来源：左成钢）

表中的试验项目根据安装位置、标准章节、测试时间及要求进行了统计，由表中可见， 测试时间基本和安装位置相关，比如乘用车发动机、乘用车变速箱、乘用车柔性气室均为22h，商用车发动机、变速箱，每个轴向94h。

#06试验目的  

机械负荷的试验目的基本都是为了检验DUT因受振动或冲击（自由跌落实际上也是一种冲击）导致的故障和损坏。

试验引起的主要失效大体可以分为两种：   

1)一是由疲劳造成的损坏；

2)二是高加速度使电子控制模块壳内的电容器分离。

各项试验目的根据安装位置可汇总如下：

机械负荷试验目的统计（来源：左成钢）

#07建立试验曲线  

除了标准中规定的试验参数、曲线外，标准在附录A中还给出了“振动试验曲线建立指南”，根据指南的方法，有助于标准的使用者根据振动测量结果按照可再现的方法建立试验曲线，从而消除误差。

附录给出了根据车身安装或发动机安装，如何进行车辆数据采集，如何进行数据分析，如何建立试验曲线等，具体可以去参考标准附录。

也就是说，如果标准使用者认为标准无法覆盖他需要的应用场景，那么他就可以根据标准附录，自己去实际测量车辆数据，建立试验曲线，然后根据曲线进行测试。  

#08疲劳计算

标准附录还给出了疲劳计算的分析的例子。以乘用车、车身安装（弹性体）为例，来验证8h的随机振动试验是否足以覆盖车辆全生命周期的应力。测量和计算都在一个ECU上进行，在进行道路行驶试验（道路颠簸）的车辆上做振动测量。对ECU进行随机振动试验时，至少设置2个测量点，1个点在ECU的安装位置（输入或者激励），1个点测量印刷电路板（PCB）的响应。

测试时考虑的因素包括：

1)汽车的全生命周期

2)劣质道路百分数

3)试验时持续时间

4)测量次数

结果显示，8h试验持续时间试验结果的应力（疲劳极限）比车辆5400h道路行驶试验应力高大约1.7（1.37~2.06）倍，也就是说8h振动试验等效于实车行驶14580h。这样的测量和计算已经在许多方面应用了20年以上，结果始终是相近的，8h的试验持续时间确认是足够的。

在这里顺便提一下车辆生命周期任务剖面，如下表所示：

车辆生命周期任务剖面（来源：左成钢《广义车规级》）

对于乘用车来讲，全生命周期的运行时间约为10000h，平均每天2h，15年寿命计算下来就是10950h，而以乘用车、车身安装（弹性体）为例，8h的随机振动试验等效于14580h，完全可以覆盖整车全生命周期的应力。同理，商用车弹性体要求为32h，是乘用车的4倍，那算下来就是58320h，也超过了5万小时（卡车全生命周期运行时间为50000h），可以覆盖全生命周期的应力。   

另外，标准最后还给了一个附加证明：根据野外场地经验，在20多年时间内还没有经历因为振动而引起的失效。选择试验场和劣质的公共道路测量之间进行比较，证明试验场比劣质的公共道路严酷得多。选择的参数（6000h的车辆寿命，90%的劣质道路部分）绝对是最坏的情况。试验结果及疲劳计算结果表明，振动试验计算的疲劳水平是高于车辆5400h劣质道路行驶所必须的疲劳水平的。

#09机械类DV试验项目

除GB/T 28046.3规定了振动、机械冲击、自由跌落、砂石轰击等4类机械相关的试验外，对ECU来讲，机械类试验还可以包括连接器相关试验。机械类试验主要根据产品类型及客户要求进行，如下表为机械类试验项目举例。   

机械类试验项目举例（来源：左成钢《广义车规级》）

#10 DV振动试验

以某商用车ECU为例，安装位置位于发动机舱，应按照4.1.2.7进行相关试验，每个轴向32h，工作模式3.2为A，其他模式为C。DV报告部分截图如下：   

ECU DV振动试验报告部分截图（来源：孚乔图，CVC威凯）