GB-T 42284.3-2022 中文版 道路车辆 电动汽车驱动系统用电气及电子设备的环境条件和试验 第 3 部分：机械负荷（等同 ISO 19453-3-2018）

GB/T42284.3-2022中文版道路车辆电动汽车驱动系统用电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷（等同ISO19453-3:2018）前言本文件是GB/T42284《道路车辆电动汽车驱动系统用电气及电子设备的环境条件和试验》的第3部分，与GB/T42284.1-2022、GB/T42284.4-2022等部分共同构成完整的标准体系，规定了电动汽车驱动系统用电气及电子设备在机械负荷方面的环境条件和试验要求。本文件等同采用ISO19453-3:2018《道路车辆电动汽车驱动系统用电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷》（英文版），在技术内容上与该国际标准完全一致，仅根据我国国家标准的编写要求，对格式、标点符号及部分表述进行了适应性调整，不改变原标准的技术实质。本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出，由全国汽车标准化技术委员会（SAC/TC114）归口。本文件于2022年12月30日发布，自2023年7月1日起实施，为推荐性国家标准，适用于我国境内生产、检验、使用的电动汽车驱动系统用电气及电子设备的机械负荷相关设计、试验与验收工作。本文件的制定旨在规范电动汽车驱动系统用电气及电子设备的机械负荷试验方法，明确设备在实际使用过程中需承受的机械应力要求，保障设备在振动、冲击、跌落等机械负荷作用下的可靠性和安全性，为电动汽车驱动系统的研发、生产和质量控制提供统一的技术依据，同时推动我国电动汽车行业与国际标准接轨，提升产品的国际竞争力。引言随着电动汽车产业的快速发展，驱动系统作为电动汽车的核心组成部分，其可靠性直接关系到整车的安全运行和使用寿命。电动汽车驱动系统用电气及电子设备（以下简称“设备”）在整车行驶过程中，会持续受到各种机械负荷的作用，包括车辆行驶时的振动、急加速或急制动产生的冲击、车辆碰撞时的撞击力，以及运输、安装过程中可能出现的跌落、摩擦、碎石冲击等，这些机械负荷均可能导致设备损坏、性能下降，甚至引发安全事故。为确保设备在全生命周期内能够承受上述机械负荷，维持正常工作性能，特制定本部分标准。本部分规定了设备需承受的机械负荷类型、环境条件及相应的试验方法，明确了试验的技术要求和判定准则，为设备的设计验证、生产检验和质量评估提供科学、统一的依据。本部分等同采用ISO19453-3:2018，能够有效借鉴国际先进技术经验，保障我国电动汽车产品的质量与安全，促进电动汽车行业的健康有序发展。1范围本文件规定了最大工作电压为B级电压的电动汽车驱动系统及部件（即电动汽车驱动系统用电气及电子设备）的机械负荷环境条件、试验方法及技术要求。本文件描述了设备在车辆上或车辆内不同应力等级下可能遇到的潜在环境应力、相应的试验方法，以及机械负荷的推荐要求。本文件适用于最大工作电压为B级电压的电动汽车驱动系统用电气及电子设备，包括但不限于电机控制器、DC/DC变换器、电池管理系统、驱动电机相关电气部件等；本文件不适用于高压电池包（如动力电池包）及其系统或内部部件。本文件所规定的试验方法，适用于设备的设计验证试验、生产一致性检验以及型式试验，可作为设备质量评估的重要依据。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本文件的规范性引用而成为本文件的条款。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文件。GB/T2423.5-2019环境试验第2部分：试验方法试验EA：冲击（IEC60068-2-27:2008，IDT）GB/T2423.7-2018环境试验第2部分：试验方法试验EC：粗率操作冲击主要用于设备型样品（IEC60068-2-31:2008，IDT）GB/T2423.22-2012环境试验第2部分：试验方法试验N：温度变化（IEC60068-2-14:2009，IDT）GB/T2423.56-2018环境试验第2部分：试验方法试验FH：宽带随机振动导则（IEC60068-2-64:2008，IDT）GB/T2423.58-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验FI：振动（IEC60068-2-80:2005，IDT）GB/T28046.1-2011道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第1部分：一般规定（ISO16750-1:2006，MOD）GB/T42284.1-2022道路车辆电动汽车驱动系统用电气及电子设备的环境条件和试验第1部分：一般规定（ISO19453-1:2018，MOD）GB/T42284.4-2022道路车辆电动汽车驱动系统用电气及电子设备的环境条件和试验第4部分：气候负荷（ISO19453-4:2018，MOD）ISO20567-1:2017色漆和清漆涂层耐碎石性的测定第1部分：多冲击试验3术语和定义GB/T28046.1-2011和GB/T42284.1-2022中界定的术语和定义适用于本文件。为便于使用，本文件对部分核心术语进行补充说明。3.1电动汽车驱动系统：指电动汽车中用于驱动车辆行驶的系统，包括电动机、控制器、传动机构及相关电气连接部件等，是电动汽车动力输出的核心单元。3.2电气及电子设备：指安装在电动汽车驱动系统中，用于实现电能转换、信号控制、状态监测等功能的电气部件和电子装置，包括但不限于控制器、传感器、执行器、连接器、线束等。3.3机械负荷：指设备在正常工作、运输、安装或意外情况下，受到的各类机械应力的总称，主要包括振动、冲击、跌落、摩擦、碎石冲击等。3.4B级电压：按照相关国家标准界定，指直流电压大于60V且不超过1500V，交流电压大于30V且不超过1000V的电压等级，是电动汽车驱动系统用电气及电子设备的典型工作电压范围。3.5试验样品：指用于进行本文件规定试验的电动汽车驱动系统用电气及电子设备，其规格、型号、结构应与实际量产产品一致，且处于正常工作状态。4试验和要求本章节规定了电动汽车驱动系统用电气及电子设备需承受的各类机械负荷试验的试验目的、试验设备、试验条件、试验方法及判定要求。所有试验均应在符合GB/T42284.1-2022规定的环境条件下进行，除非本文件另有明确规定。试验前，应将试验样品置于该环境条件下进行预处理，确保样品温度、湿度达到稳定状态。4.1振动4.1.1试验目的：验证试验样品在电动汽车行驶过程中，能够承受持续或反复的振动负荷，确保其结构完整性和电气性能稳定性，不会因振动导致部件松动、损坏或性能下降。4.1.2试验设备：采用符合GB/T2423.56-2018和GB/T2423.58-2008要求的振动试验台，能够实现正弦振动和随机振动两种模式，振动频率、加速度、振幅可精确调节，且具备振动控制和数据记录功能。试验台应配备合适的夹具，用于固定试验样品，夹具的刚度应满足试验要求，避免夹具自身振动对试验结果产生影响。4.1.3试验条件：振动试验分为正弦振动试验和随机振动试验，两种试验均需在三个相互垂直的轴向（X轴、Y轴、Z轴）分别进行，每个轴向的试验持续时间应根据设备的安装位置和实际使用工况确定，具体可参考本文件附录A的相关规定。正弦振动试验的频率范围为10Hz～2000Hz，加速度幅值根据设备安装位置的振动severity等级确定，分为轻度、中度和重度三个等级，轻度等级加速度幅值为2g～5g，中度等级为5g～10g，重度等级为10g～20g（g为重力加速度，g=9.81m/s²）；扫频速率为1oct/min～2oct/min，每个轴向扫频循环次数不少于3次。随机振动试验的频率范围为10Hz～2000Hz，功率谱密度（PSD）根据设备安装位置确定，安装在动力系统附近的设备，PSD最大值不低于0.1g²/Hz，安装在车身其他位置的设备，PSD最大值不低于0.05g²/Hz；试验持续时间每个轴向不少于2小时，累计试验时间不少于6小时。4.1.4试验方法：试验前，检查试验样品的外观和电气性能，确保样品无损坏、无松动，电气性能符合产品技术要求，并记录初始状态。将试验样品通过专用夹具固定在振动试验台上，确保样品的安装姿态与实际装车状态一致，固定点的数量和位置应与实际装车要求相同。按照试验条件设定振动试验台的参数，先进行正弦振动试验，依次在X轴、Y轴、Z轴三个轴向进行扫频振动，完成正弦振动试验后，再进行随机振动试验，同样在三个轴向依次进行。试验过程中，实时监测试验样品的状态，记录振动参数和样品的异常情况，如异响、部件松动、电气性能波动等。试验结束后，停止振动试验台，将试验样品从夹具上取下，检查样品的外观、结构及电气性能，与试验前的初始状态进行对比。4.1.5判定要求：试验后，试验样品应无明显外观损坏，无部件松动、脱落、开裂等现象；电气性能应保持正常，各项指标符合产品技术要求和本文件规定，无短路、断路、绝缘性能下降等问题，则判定该样品通过振动试验；若出现上述任何一种异常情况，则判定试验不合格。4.2机械冲击4.2.1试验目的：验证试验样品在电动汽车急加速、急制动、碰撞或道路颠簸等情况下，能够承受瞬时的机械冲击负荷，确保其结构和电气性能不受损坏，维持正常工作状态。4.2.2试验设备：采用符合GB/T2423.5-2019要求的冲击试验台，能够产生半正弦波、矩形波或锯齿波等冲击脉冲，冲击加速度、脉冲持续时间可精确调节，具备冲击参数控制和数据记录功能。试验台应配备专用的样品固定装置，确保样品在冲击过程中不会发生位移，且固定装置不会对样品产生额外的冲击应力。4.2.3试验条件：冲击试验采用半正弦波冲击脉冲，脉冲持续时间为11ms～1ms（根据设备类型和安装位置确定），冲击加速度根据设备的使用场景分为三个等级，轻度冲击加速度为10g～20g，中度冲击加速度为20g～50g，重度冲击加速度为50g～100g。试验应在三个相互垂直的轴向（X轴、Y轴、Z轴）分别进行，每个轴向的冲击次数不少于3次，相邻两次冲击的间隔时间不少于30s，确保样品有足够的时间恢复到稳定状态。4.2.4试验方法：试验前，对试验样品进行外观检查和电气性能测试，记录初始状态，确保样品无损坏、电气性能正常。将试验样品固定在冲击试验台的样品固定装置上，调整样品的姿态，使其与实际装车状态一致，确保冲击方向与样品实际承受冲击的方向一致。按照试验条件设定冲击试验台的参数，包括冲击加速度、脉冲持续时间、冲击次数等，依次在X轴、Y轴、Z轴三个轴向进行冲击试验。试验过程中，实时监测样品的状态，记录冲击参数和样品的异常情况。试验结束后，取下试验样品，再次检查样品的外观、结构及电气性能，与试验前的初始状态进行对比，重点检查样品的外壳、连接器、内部元器件是否有损坏、松动，电气性能是否正常。4.2.5判定要求：试验后，试验样品应无外观损坏、外壳开裂、部件松动或脱落等现象；内部元器件无损坏、位移，电气连接可靠；电气性能符合产品技术要求和本文件规定，无短路、断路、绝缘击穿等问题，则判定该样品通过机械冲击试验；否则判定试验不合格。4.3自由跌落4.3.1试验目的：验证试验样品在运输、安装或维修过程中，不慎掉落时，能够承受自由跌落产生的机械负荷，确保其结构完整性和电气性能，避免因跌落导致设备损坏。4.3.2试验设备：采用自由跌落试验台，试验台应具备高度调节功能，跌落高度可根据样品的重量和尺寸确定，跌落台面为刚性平面，材质为钢材，表面平整、光滑，无明显凸起或凹陷，确保样品跌落时能够与台面全面接触，产生均匀的冲击。4.3.3试验条件：跌落高度根据试验样品的重量确定，样品重量不超过1kg时，跌落高度为1000mm；样品重量1kg～5kg时，跌落高度为800mm；样品重量超过5kg时，跌落高度为500mm。试验样品应处于非工作状态，不连接任何外部电源和线路，按照实际运输或存储时的姿态进行跌落。跌落方向应包括样品的正面、背面、侧面、顶面、底面及四个角，每个方向跌落次数不少于1次，共跌落10次（6个面+4个角）。4.3.4试验方法：试验前，检查试验样品的外观和电气性能，记录初始状态，确保样品无损坏、电气性能正常。将试验样品放置在自由跌落试验台的升降装置上，调整跌落高度至规定值，确保样品的跌落姿态符合要求，然后释放样品，使其自由跌落到刚性台面上。按照规定的跌落方向，依次完成所有方向的跌落试验，每次跌落完成后，检查样品的外观状态，记录是否有损坏、变形等异常情况，然后进行下一次跌落。所有跌落试验完成后，对样品进行全面的外观检查和电气性能测试，与试验前的初始状态进行对比。4.3.5判定要求：试验后，试验样品应无明显变形、开裂、部件脱落等外观损坏；内部元器件无损坏、位移，电气连接可靠；电气性能符合产品技术要求和本文件规定，能够正常工作，则判定该样品通过自由跌落试验；若出现上述任何一种异常情况，则判定试验不合格。4.4外表强度/划痕和耐磨性能4.4.1试验目的：验证试验样品的外壳及外表面部件的强度、抗划痕能力和耐磨性能，确保样品在日常使用、安装或清洁过程中，外表面不会因轻微划痕、摩擦而损坏，影响设备的外观和使用寿命。4.4.2试验设备：采用划痕试验仪和耐磨试验仪，划痕试验仪应配备不同硬度的划痕探针（如钢针、金刚石探针），划痕力度可精确调节；耐磨试验仪应配备标准磨料（如棉布、砂纸），能够实现往复摩擦或旋转摩擦，摩擦次数和摩擦力度可调节。4.4.3试验条件：划痕试验采用钢针探针，探针直径为1mm，划痕力度为5N～10N，划痕长度为50mm，划痕速度为10mm/s，每个样品的外表面选取3个不同的测试点，每个测试点进行1次划痕试验。耐磨试验采用棉布作为磨料，摩擦力度为10N，摩擦次数为1000次，摩擦速度为50次/min，摩擦方向为往复运动，每个样品的外表面选取2个不同的测试点，每个测试点进行1次耐磨试验。4.4.4试验方法：试验前，检查试验样品的外表面状态，确保无划痕、无磨损，记录初始外观。对于划痕试验，将样品固定在划痕试验仪上，调整探针位置和划痕力度、速度，在样品外表面的测试点进行划痕，完成后观察划痕情况。对于耐磨试验，将样品固定在耐磨试验仪上，将棉布磨料固定在摩擦头上，调整摩擦力度、次数和速度，在样品外表面的测试点进行往复摩擦，完成后观察磨损情况。试验结束后，对样品的外表面进行全面检查，观察划痕和磨损的程度，判断是否影响设备的外观和正常使用。4.4.5判定要求：划痕试验后，样品外表面的划痕应不超过0.5mm，无明显掉漆、露底现象，不影响设备的外观和结构完整性；耐磨试验后，样品外表面应无明显磨损、掉漆，表面无凹陷、变形，不影响设备的正常使用，则判定该样品通过外表强度/划痕和耐磨性能试验；否则判定试验不合格。4.5碎石冲击4.5.1试验目的：验证试验样品（尤其是安装在车辆底部或车轮附近的设备）在行驶过程中，能够承受路面碎石冲击产生的机械负荷，确保设备外壳及内部部件不被损坏，维持正常的工作性能。4.5.2试验设备：采用符合ISO20567-1:2017要求的碎石冲击试验装置，该装置应能够将标准碎石以规定的速度和角度冲击到试验样品的表面，可调节碎石的冲击速度、冲击角度和冲击量，配备碎石收集装置，避免碎石飞溅。试验所用碎石为天然石英砂或花岗岩碎石，粒径为2mm～5mm，碎石的硬度应符合ISO20567-1:2017的规定，无尖锐棱角，避免因碎石自身形状导致试验结果偏差。4.5.3试验条件：碎石冲击速度为50km/h～80km/h，冲击角度为45°～90°（与样品表面的夹角），碎石冲击量为1kg～2kg，试验时间根据样品的安装位置确定，安装在车辆底部的样品试验时间不少于30s，安装在其他位置的样品试验时间不少于15s。试验样品应处于正常安装姿态，暴露在碎石冲击的区域应与实际装车时的暴露区域一致，不进行额外的防护处理。4.5.4试验方法：试验前，检查试验样品的外观和电气性能，记录初始状态，确保样品无损坏、电气性能正常。将试验样品固定在碎石冲击试验装置的样品架上，调整样品的姿态和位置，确保冲击区域与实际使用时一致。按照试验条件设定碎石冲击装置的参数，包括冲击速度、冲击角度、碎石冲击量和试验时间，启动试验装置，进行碎石冲击试验。试验过程中，观察样品的状态，记录碎石冲击的情况和样品的异常现象。试验结束后，停止试验装置，取下试验样品，检查样品的外观、结构及电气性能，重点检查样品外壳是否有破损、开裂，内部元器件是否有损坏、位移，电气连接是否可靠。4.5.5判定要求：试验后，试验样品外壳应无明显破损、开裂、凹陷等损坏，内部元器件无损坏、位移，电气连接可靠；电气性能符合产品技术要求和本文件规定，能够正常工作，则判定该样品通过碎石冲击试验；否则判定试验不合格。5机械负荷代码字母为便于标识电动汽车驱动系统用电气及电子设备的机械负荷承受能力，本文件规定了机械负荷代码字母，用于描述设备在不同机械负荷类型下的应力等级，为设备的设计、选型和检验提供便捷的标识依据。机械负荷代码字母由一系列大写英文字母组成，每个字母代表一种机械负荷类型及对应的等级，具体含义如下：M代表振动负荷，其中M1为轻度振动，M2为中度振动，M3为重度振动；S代表冲击负荷，其中S1为轻度冲击，S2为中度冲击，S3为重度冲击；D代表自由跌落负荷，其中D1为低高度跌落，D2为中高度跌落，D3为高高度跌落；W代表外表耐磨负荷，其中W1为轻度耐磨，W2为中度耐磨，W3为重度耐磨；G代表碎石冲击负荷，其中G1为轻度碎石冲击，G2为中度碎石冲击，G3为重度碎石冲击。机械负荷代码的组合方式为：先标注振动负荷代码，再依次标注冲击负荷、自由跌落负荷、外表耐磨负荷、碎石冲击负荷代码，例如M2S2D1W2G1，表示该设备能够承受中度振动、中度冲击、低高度跌落、中度耐磨和轻度碎石冲击负荷。设备的机械负荷代码应在产品铭牌或技术说明书中明确标注，便于用户选型和检验人员进行试验判定，代码的标注应符合本文件的规定，不得随意更改或省略。附录A（资料性）振动试验曲线建立指南A.1范围：本附录提供了电动汽车驱动系统用电气及电子设备振动试验曲线的建立方法，适用于本文件4.1条规定的振动试验，为试验人员建立符合实际工况的振动试验曲线提供指导，确保试验的科学性和有效性。A.2一般规定：振动试验曲线的建立应基于设备的实际装车位置和使用工况，结合电动汽车的行驶路面条件、驱动系统的工作状态，通过实车测试或仿真分析获取振动数据，进而建立符合实际情况的试验曲线。建立振动试验曲线时，应考虑设备的安装方式（刚性安装、柔性安装）、安装位置（动力系统附近、车身中部、车身尾部等）、设备自身的重量和结构特性，确保试验曲线能够真实模拟设备在实际使用过程中受到的振动负荷。振动试验曲线分为正弦振动曲线和随机振动曲线，两种曲线的建立方法分别如下，试验人员可根据设备的实际情况选择合适的曲线类型。A.3平均控制法：平均控制法是建立振动试验曲线的常用方法，适用于随机振动试验曲线的建立。该方法通过对实车测试获取的振动数据进行统计分析，计算不同频率下的功率谱密度（PSD）平均值，以此作为随机振动试验的PSD曲线。具体步骤为：首先，在设备实际装车位置安装振动传感器，采集电动汽车在不同行驶工况（如匀速行驶、加速行驶、减速行驶、颠簸路面行驶等）下的振动数据；然后，对采集到的振动数据进行滤波、去噪处理，去除干扰信号；最后，计算不同频率下的PSD平均值，绘制随机振动试验曲线，确保曲线能够覆盖设备实际使用过程中可能遇到的振动频率和强度。A.4确定动力系统振动特性和试验持续时间的方法：动力系统附近的设备，其振动特性主要受驱动电机、变速箱等部件的工作振动影响，建立该类设备的振动试验曲线时，应重点考虑动力系统的工作状态。首先，测试动力系统在不同工作转速下的振动频率和加速度，确定振动的主要频率范围和峰值；然后，结合设备的实际工作时间，确定振动试验的持续时间，一般情况下，动力系统附近设备的随机振动试验持续时间每个轴向不少于2.5小时，累计试验时间不少于7.5小时；正弦振动试验的扫频循环次数不少于4次，确保能够充分模拟设备在动力系统振动环境下的工作状态。A.5测定车身振动曲线和试验时间的方法：安装在车身中部、尾部等远离动力系统位置的设备，其振动特性主要受路面颠簸和车身共振影响，建立该类设备的振动试验曲线时，应重点考虑路面条件和车身振动特性。首先，在设备安装位置采集不同路面（如沥青路面、水泥路面、砂石路面等）下的振动数据，分析振动频率和加速度的分布规律；然后，根据设备的实际使用场景，确定不同路面条件下的试验时间占比，绘制振动试验曲线；试验持续时间每个轴向不少于1.5小时，累计试验时间不少于4.5小时，正弦振动试验的扫频循环次数不少于3次，确保试验曲线能够真实反映设备在车身振动环境下的受力情况。A.6对Basquin模型的解释：Basquin模型是金属材料疲劳寿命预测的重要工具，由EmileBasquin在1923年提出，适用于本文件振动试验中设备疲劳寿命的预测，为试验参数的确定提供理论依据。Basquin方程的公式形式通常为N=C×(ΔS)^m，其中N表示循环寿命次数，ΔS表示应力变幅，C和m是通过实验数据拟合得到的常数。该公式揭示了应力变幅与疲劳寿命之间的关系，即应力变幅越小，疲劳寿命越长；反之，应力变幅越大，疲劳寿命越短。在振动试验中，应用Basquin模型可以对不同振动应力水平下的设备寿命进行预测，从而优化试验参数，确保试验既能验证设备的可靠性，又能避免过度试验导致的资源浪费。需要注意的是，Basquin模型是一种经验公式，其准确性依赖于实验数据的拟合程度，仅适用于一定范围内的应力和寿命数据，超出特定范围时，应结合其他疲劳寿命模型进行分析。A.7循环次数的测量数据：在振动试验过程中，应记录振动循环次数，为设备疲劳寿命的计算和分析提供数据支持。循环次数的测量应通过振动试验台的数据分析系统进行，实时记录每个频率下的振动循环次数，试验结束后，汇总所有频率下的循环次数，得到总循环次数。测量数据应包括振动频率、振动加速度、循环次数、试验时间等信息，记录应准确、完整，便于后续的数据分析和试验验证。测量数据的误差应控制在±5%以内，确保数据的可靠性。附录B（资料性）按设备安装位置推荐的机械要求B.1范围：本附录根据电动汽车驱动系统用电气及电子设备的不同安装位置，推荐相应的机械负荷要求，为设备的设计和试验提供参考，确保设备能够适应不同安装位置的机械环境。B.2安装位置分类：根据电动汽车的结构特点，将设备的安装位置分为三类：一类为动力系统附近（如电机控制器、DC/DC变换器等，直接安装在驱动电机或变速箱上）；二类为车身中部（如部分传感器、控制单元等，安