基于自然暴露试验的乘用车耐候性研究

王受和，王 俊，张晓东，赵 钺

（中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 510663）

自2011年以来，我国汽车市场总体上呈现减速增长态势，伴随着汽车消费的日益升级，乘用车市场呈现两极分化：一方面主流合资乘用车企业凭借产品优势，继续保持较大幅度增长，特别是利润总额；另外一方面自主品牌乘用车企业固守低端市场，市场占有率不断下滑，企业经营面临较大挑战[1]。我国商务部、发改委、公安部、环境保护部于2013年联合发布的《机动车强制报废标准规定》取消了对小型私家车使用年限限制，行驶60万公里后将引导报废。这意味着我国乘用车的使用年限一般都会超过10年甚至更长。在如此长的使用周期内，乘用车耐候性必须引起我国生产企业的高度重视。然而，市场调研及海南湿热自然暴露试验场10多年来的不同车型试验的统计结果表明：我国自主品牌乘用车与合资品牌相比，耐候性问题十分突出。

1 我国乘用车服役环境

1.1 乘用车服役环境特点

乘用车作为一种被广泛使用的交通工具，其服役的大气候环境几乎就是地球上陆地所存在的所有气候环境。大气环境作用于乘用车上，由于乘用车所处状态动态或静态、车身零部件材质、车身结构、零部件位置不同等等原因，又形成了千差万别的乘用车微环境。其中，乘用车所处状态对车身微环境的影响最为显著。统计表明：乘用车服役寿命过程中，大部分时间是处于静态的，动、静时间比为1：20～1：15。当乘用车行驶时，由于与空气的相对流动及车内空调系统调节等，车身各零部件（除乘用车外部发动机盖及轮胎等少数零部件）所处环境相对比较温和，而当乘用车处于静态环境时，车身微环境则有可能严酷得多。静置于美国亚利桑那干热暴露试验站的试验车上仪表板测到的最高温度达到122℃，静置于海南琼海湿热自然环境暴露试验站的试验车上仪表板测到的最高温度也达到了113℃，远远高于乘用车行驶时相应部位的温度。

因此，乘用车服役环境包括大气环境和微环境两方面，微环境是影响乘用车耐候性的主要因素。开发耐候性控制技术时必须对乘用车的服役环境，特别是微环境进行仔细分析。

1.2 我国乘用车服役环境分析

我国幅员辽阔，南北跨度较大，气候复杂多变，包含7种气候类型、5大水系、40多种土壤、沙漠占国土面积18%，小于150目的沙粒占90%以上、33%的陆地面积位于海拔2000米以上，而IEC标准仅有2000米以下、部分地区存在严重的工业污染和酸雨等。研究表明：我国气候环境具有独特性，即使引进国外先进技术也不能完全解决汽车产品的耐候性问题，必须掌握我国乘用车服役环境数据，并进行针对性研究和设计。

对乘用车在我国海南琼海典型湿热大气环境下的辐照、温度、湿度等环境条件数据进行统计分析，其结果如下：

1.2.1 车内外辐照

图1是海南琼海暴露试验场户外和车内典型的太阳辐射光谱图。数据显示，由于乘用车玻璃的阻隔吸收作用，车内几乎没有400nm以下的紫外光，并且辐照照度也大大减弱。

图2显示了车外及仪表板处不同太阳辐射强度的累积时间。数据表明，一年之中海南琼海太阳辐射强度超过800w/m2的累积时间有150小时，少数时候会超过1000 w/m2。而车内仪表板处超过500 w/m2的累积时间约有185小时，超过600 w/m2的累积时间约有5.5小时。

1.2.2 车内外温度

图3反映海南大气温度-累积时间情况和在海南开展自然暴露试验的乘用车厢内内空气温度-累积时间情况。由图可知，海南空气温度一年之中在光照时有238小时超过35℃，而超过40℃时间较短。车厢内空气温度一年之中在光照时有608小时超过60℃。实测全年最高气温为83.6℃, 最低气温为11.6℃，平均气温33.7℃。

图1 车内外太阳辐射光谱图

图2 车外和仪表板不同太阳辐射强度的累积时间

图3 海南大气和车内空气不同温度范围的积累时间

1.2.3 车内外相对湿度

图4反映的是海南大气相对湿度-累积时间情况和和在海南开展自然暴露试验的乘用车厢内空气相对湿度-累积时间情况。由图可知海南空气相对湿度一年之中大部分时间超过50%，过半时间超过80%，也就是说半年以上的试验样品有可能处于润湿状态，而车内空气相对湿度一年之中大部分时间超过30%，几乎没有超过80%的时间。实测车内最高相对湿度为81.5%，最低相对湿度为27.9%，平均相对湿度为53.14%。

1.2.4 车内外饰件表面温度

图5反映了海南暴露试验场车外、车内主要零部件表面最高温度情况。由图可知车顶中部温度在所有车外部位中是最高的，其最高值超过了90℃，而其它部件所测得的温度一般不大于70℃，车内仪表板上表面温度在所有部位中是最高的，其最高值超过了106.3℃，而其它部件所测得的温度一般不大于90℃。

上述分析表明：汽车内外的微环境状态是明显不同的，因此在开发我国乘用车耐候性技术时应予以区分。

2 我国乘用车耐候性研究

2.1 我国乘用车耐候性现状

乘用车耐候性是指乘用车耐受气候环境破坏作用的能力。

作为全球户外广泛使用的交通工具，乘用车在太阳辐射、温度和水等气候环境因素的长期综合作用下，必然会出现程度不一的耐候性失效，比如外观变化、性能失效，甚至产生安全隐患等，因此乘用车耐候性是其中长期质量评价中的重要组成部分。

图4 海南大气和车内空气不同湿度范围的积累时间

图5 车外和车内主要零部件表面最高温度

耐候性不足对乘用车生产企业的影响主要体现在以下几个方面：①引起消费者的质量投诉；②影响消费者人身财产安全；③降低消费者对汽车质量的评价；④降低消费者对汽车品牌的认可；⑤影响再次流通的价值。

我国乘用车耐候性不足主要表现为：

1）失效程度严重。

出现严重失效的车辆比例超过60%，其中部分存在安全性失效。

2）明显失效出现周期短。

海南自然暴露2～3个月后就出现明显的耐候性失效。

3）失效数量多。

海南自然暴露1年后失效总数一般超过80个。

表1 我国自主品牌与国外合资品牌乘用车耐候性能对比

我国乘用车耐侯性与国外乘用车耐候性的对比见表1。

2.2 我国乘用车耐候性失效

据统计，我国乘用车的耐候性失效形式大致可分为以下四类：

1）可产生安全隐患的失效

该类失效是指在整车自然暴晒过程中，关键或重要零部件出现失效，即存在对使用者生命、财产安全形成隐患的缺陷。该缺陷可能是外观方面的，如车灯罩出现裂纹（如图6）；也可能是功能方面的如喇叭、外车灯不能正常工作等，或者是多方面的组合如仪表板变形致使安全气囊不能弹出等。

图6 可产生安全隐患的失效示例—汽车前灯罩微裂纹失效

图7 可导致外观改变的失效示例—变色、变形、涂层脱落等

图8 不同失效形式的统计比例

2）可导致功能丧失的失效

该类失效一般是指乘用车非关键或重要的电子电器部件，如空调、玻璃升降器、音响、导航仪、充电电池等由于受到环境因素的长期作用而无法正常使用的功能缺陷。

3）可导致外观改变的失效

外观缺陷是乘用车耐候性失效的主要形式，主要表现为零部件表面开裂、变色、发黏、污痕、粉化、长霉、起泡等（如图7），该类缺陷会影响使用者的观感。

4）VOC及雾翳排放

该类缺陷是指乘用车在自然暴露过程中有挥发性有机物持续散出，并且部分会冷凝沉积在车内零部件表面的耐候性失效。VOC及雾翳排放与车内长期空气质量密切相关，影响消费者的身体健康。

据统计，不同失效形式的出现频次如图8所示。

2.3 我国乘用车耐候性技术差距

我国乘用车发展历史相对较短，耐候性技术以引进为主，在技术体系建立、基础条件建设、试验技术开发、车企技术应用等方面同国外相比整体差距明显（见表2），有必要根据我国实际情况进行消化吸收再创新。

表2 我国乘用车耐候性技术差距

3 发展建议

相比于乘用车制造强国，我国的乘用车耐候性控制技术总体水平较低。要充分利用后发优势，实现我国由乘用车制造大国向乘用车制造强国的转变， 必须加强政府、企业和科研机构的合力优势，共同促进我国乘用车耐候性技术提高。

3.1 政策支持开发我国乘用车耐候性技术

我国的气候环境具有其独特性，决定了我国乘用车不能完全照搬国外的乘用车耐候性控制标准。自主品牌乘用车品牌溢价力尚很薄弱，要想获得良好的产品耐候性，不能像一些高端品牌那样直接采用更多更贵的优质材料即可，而只能通过付出更多的努力，寻找最合适的解决方案。

耐候性研究周期长、投入大，对于一些具有行业共性的数据积累、试验方法制定和环境试验设备开发等基础工作，可集中力量重点支持第三方研究机构开展，而企业主导满足自己产品定位的技术要求制定工作。

3.2 建设我国乘用车耐候性试验基准点

一直以来，美国佛罗里达州迈阿密地区和亚利桑那州凤凰城地区是国际公认的乘用车自然暴露试验基准点。我国当前的乘用车产销量已跃居世界第一，是名符其实的乘用车制造和消费大国，因此有必要建立我们自己的乘用车自然暴露试验基准点，不但可以为国内乘用车企业节省研发的费用和时间，还可以为制订适合我国环境状况的乘用车耐候性试验标准提供基础服务。

我国海南琼海地区和新疆吐鲁番地区是较为理想的乘用车湿热自然暴露试验基准点和干热自然暴露试验基准点建设区域，一是因为气候条件比较典型，二是有一定的自然暴露试验场建设基础。

围绕我国乘用车耐候性基准点建设，除了开发模拟其环境的人工加速试验方法[2]，还应进一步加强与国外基准点的试验比对研究工作。

3.3 加强我国乘用车企业耐候性控制意识

随着中国乘用车产业的快速发展和乘用车市场的日趋成熟，消费者对乘用车品质的要求也越来越高，全面提升产品品质日益成为乘用车企业提升核心竞争力、赢得消费者的关键。许多原本不太受关注的长期性能也和乘用车初始的基本性能一样，变得不容忽视。耐候性就是其中之一。

我国品牌乘用车由低端向高端迈进的过程中，乘用车企业自身应首先加强耐候性控制意识，在提高产品配置的同时，保证产品具有预期的使用寿命，才能使品牌具有较强的溢价能力，确保企业持续健康发展。

[1]王军雷,康凯.我国自主品牌乘用车竞争力现状分析和展望[J].汽车工业研究, 2012 (8): 1-2.

[2]王春川.人工加速光老化试验方法综述[J].电子产品可靠性与环境试验, 2009 (2): 1-5.