ВЛИЯНИЕ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ НА ОТКАЗЫ ИЗДЕЛИЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Характерные отказы автоэлектроники, связанные с механическими воздействиями. В результате вибрационных и ударных нагрузок изделия и системы АЭ при их эксплуатации могут давать следующие отказы.

Прежде всего это отказы, связанные с поломками в местах крепления корпусов изделий, особенно это касается изделий, устанавливаемых на двигателях. У изделий и систем АЭ этот дефект довольно редок, но иногда встречается у датчиков, имеющих удлиненный корпус с вертикально расположенным разъемом.

Для уменьшения вибрационных и ударных нагрузок при конструировании изделий и систем АЭ, которые должны устанавливаться на ДВС, они проходят обязательную процедуру определения их резонансной частоты.

При работе ДВС возникают колебания звуковой частоты. Это явление обычно называют акустическим, а в случае электромашин магнитным шумом.

Звуковая энергия характеризуется мощностью Я (Вт), переносимой звуковой волной в единицу времени в направлении ее распространения через площадь 5 (м2) фронта волны:

Р = РХ-Я- У=Р к

где Рзв — звуковое давление, Па; V — колебательная скорость движения частиц среды, м/с; У7 — полная сила, Н.

Поток звуковой энергии, проходящий через единицу поверхности в единицу времени перпендикулярно направлению распространения звуковой волны, называется интенсивностью или силой звука, Вт/м2:

1= Р/Б= Рзв ? V.

Десятикратное изменение силы звука характеризуется единицей (ступенью изменения гармоники), называемой бел (Б):

М=(1/10),

где М — число ступеней, на которое изменится громкость при увеличении силы звука; 1= Ю/0 — исходное значение силы звука.

Логарифмическая единица, соответствующая ступени, в 10 раз меньшей бела, называется децибелом (дБ):

N= 10 (///0).

Полученное число децибел характеризуется изменением указанных величин относительно стандартного порога слышимости и определяет абсолютный уровень сигнала.

Для уменьшения влияния акустического и магнитного шумов на изделия и системы АЭ применяют множество конструктивных приемов. Например, демпфирующие и заливочные герметизирующие материалы, новые конструктивные схемы блоков управления (контроллеров).

Чаще всего возникают отказы электронных систем управления бензиновыми двигателями, к которым относятся:

  • • окисления контактов разъемных соединителей из-за попадания на них охлаждающей жидкости, масла или бензина;
  • • обрыв проводов или отсутствие соединения между датчиком и электронным блоком (до 35%);
  • • заклинивание якоря, зависание щеток или обрыв в обмотке электробензонасоса (до 22%);
  • • пробои или обрывы в обмотке электромагнитной форсунки (до 9%);
  • • отказ кислородного датчика из-за его «отравления» этилированным бензином (до 7%);
  • • прекращение функционирования датчиков или реле управления (датчика детонации, датчика температуры воздуха или охлаждающей жидкости, реле включения топливного насоса);
  • • пробой выходного транзистора системы зажигания (моноблока) (до 3%).

В электронных системах управления широко применяется встроенная система диагностирования, которая вносит в память электронного блока отклонения рабочих параметров системы и ее компонентов в виде кодированного сигнала. При этом на щитке приборов загорается диагностическая лампа с надписью Check engine или возникает прерывистый сигнал индикатора с рисунком двигателя. Например, при закорачивании двух клемм диагностического разъема он высвечивает следующие коды:

  • 12 — «режим самодиагностирования» или «система полностью исправна» при отсутствии других кодов;
  • 13 — «отсутствует сигнал датчика кислорода»;
  • 14 — «высокий сигнал температуры двигателя» и т.д. Подробнее коды неисправностей рассмотрены в гл. 4.

Электронная система управления дизельным двигателем также имеет отказы, в основном связанные с нарушением цепей в проводке системы от датчиков до электронного блока, датчиков и исполнительных реле и механизмов. Встроенная система диагностирования информирует водителя о наличии отказов с помощью сигнальной лампы или индикатора.

Отказы антиблокировочной системы тормозов аналогичны рассмотренным выше и анализируются с помощью мотор-тестеров, сканеров и специализированных или универсальных тестеров, у которых имеются «картриджи» (дискеты или Сй-диски) с тестовыми программами проверки работоспособности электронного блока и датчиков электронной системы. Расширяется применение персональных компьютеров (ПВМ) с унифицированным интерфейсом для диагностирования различных электронных систем управления.

Информационные системы, в том числе контрольно-измерительные приборы в процессе эксплуатации имеют отказы, связанные с нарушениями контактов в соединительных разъемах или в клеммах соединений из-за коррозии, ослабления пружинных контактов и обрывов цепей, сгорания предохранителей и перемычек. Кроме этих отказов возникают колебания стрелок указательных приборов из-за износа концов гибкого вала привода спидометра, выхода из строя механизма демпфирования стрелки и отказа датчиков.

Наиболее характерными отказами электронных контрольно-измерительных приборов и электронных щитков приборов являются:

  • • выход из строя изделий электронной техники (ЖК-дисплея, микросхемы управления, конденсаторов, транзисторов и диодов) при нарушениях правил эксплуатации или аномальных режимах работы системы электроснабжения;
  • • ослабление контактов в разъемных соединителях. Коммутационной аппаратуре (блокам предохранителей и реле,

блокам предохранителей, электронных и электромеханических реле) присущи отказы, связанные с пробоем или обрывом обмоток, сгоранием контактов реле, выходом из строя изделий электронной техники и нарушением контактов в штекерных соединителях.

Отказы от воздействия природных факторов. Под влиянием дестабилизирующих и природных факторов (температуры, влажности, солнечной радиации) в комплектующих, материалах и изделиях электронной техники протекают сложные физико-химические процессы, изменяющие их свойства и вызывающие отказы электрооборудования. В этой связи при разработке изделий и систем АЭ необходимо иметь достоверную информацию об изменении характеристик изделий при воздействии на них климатических факторов.

Необходимо отметить, что конструктивное исполнение изделий и систем АЭ влияет на их чувствительность и работоспособность при воздействии дестабилизирующих факторов. Это относится прежде всего к тепловому режиму работы изделий и систем.

Взаимное расположение теплоизлучающих и теплочувствительных компонентов может увеличить или уменьшить надежность конструкции. Поэтому применение новых материалов, позволяющих выравнивать тепловое температурное поле внутри изделия или системы и отводящих тепло в окружающую среду, позволяет существенно поднять их конструкционную надежность. Например, заливочные компаунды и гели, применяемые для герметизации электронных изделий или систем, позволяют совместно с радиаторами охлаждения корпуса или мощным транзистором снизить предельную температуру всего изделия. Применение теплостойких комплектующих (обмоточных проводов, выпрямительных диодов и т.д.) повышает работоспособность изделий и систем АЭ в подкапотном пространстве транспортного средства, где в настоящее время дорог практически каждый кубический сантиметр объема (переход на переднеприводную компоновку трансмиссии, расположение элементов системы нейтрализации отработавших газов и т.д.).

Определенную опасность для изделий и систем АЭ несут резкие колебания температуры окружающей среды из-за применения в конструкциях сопряжений деталей из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения (ТКЛР). Однако при изменении температуры (А7) в сопряженных деталях, например, в корпусных деталях датчиков и электронного блока управления двигателем (ЭБУ), возникают механические напряжения у:

у= Е(а1 - а2)АТ,

где Е — модуль упругости; а1? а2 — ТКЛР первой и второй детали.

Высокие температуры вызывают уменьшение вязкости смазок, потерю упругости материалов, изменение объема деталей и старение материалов. Эти физические процессы приводят к конструкционным отказам, связанным с разрывами, деформациями, поломками, заеданиями и заклиниванием. В изделиях электронной техники повышение температуры вызывает изменение электропроводимости и диэлектрических свойств, диффузию и электродиффузию, ионизацию примесей и химические реакции в материалах. Как результат этого возникают нестабильность и деградация электрических параметров, тепловая неустойчивость и тепловой пробой диэлектриков, /7/7-переходы и конденсаторы.

Низкие температуры приводят к изменению объема деталей и старению материалов, что способствует появлению конструктивных дефектов в виде обрывов ламелей печатных плат, и нарушению герметичности корпусов блоков управления. Низкие температуры изменяют электрофизические свойства материалов, вызывают растрескивание кристаллов полупроводниковых приборов и электрохимическую коррозию металлов в местах соединений из-за образования росы и инея.

Резкие перепады температуры вызывают изменения электрофизических параметров материалов, механические напряжения (особенно в местах соединений различных материалов), обрывы и короткие замыкания в обмотках датчиков и исполнительных механизмов, потерю герметичности корпусов изделия. У полупроводниковых приборов возникают перемежающие отказы, связанные с механическими повреждениями в местах соединения кремния, окиси кремния, кремния — металлизации, металла — стекла и т.д.

Высокая и низкая влажность и изменение влажности способствуют появлению конденсата, росы, вызывают коррозию металлов, ухудшение изоляционных свойств материалов и диэлектриков и изменение объема детали из-за набухания влагой. Эти физико-химические процессы могут приводить к электрическим отказам, связанным с пробоем изоляции и потерями герметичности.

Повышенная влажность воздуха вызывает:

  • • адсорбцию паров воды поверхностью материала, сорбцию паров воды материалом, диффузию и растворение паров воды в материале;
  • • электрохимическую (гальваническую) коррозию металлов, электролитическую коррозию металлов (разрушение металла под действием электрического поля) и контактную коррозию (процесс разрушения металлов в присутствии электролита вследствие образования гальванической пары при контакте металлов с различными электрохимическими потенциалами).

Эти электрохимические и гальванические процессы приводят к нестабильности и деградации электрических параметров интегральных микросхем, обрывам и коротким замыканиям пленочных проводников и пробою диэлектриков в конденсаторах. При этом могут происходить изменения электрофизических свойств мате-

риалов за счет увеличения удельной, объемной электропроводимости; тангенса угла диэлектрических потерь диэлектриков; инверсии заряда; миграции ионов примесей из-за их ионизации и увеличения токов утечки по поверхности кристалла или подложки микросхемы.

Загрязнения атмосферы пылью, песком, морской солью и химическими, промышленными отходами вызывают снижение сопротивления изоляции изделий и систем АЭ, химическое разложение и ухудшение электрических контактов, причем химическая коррозия и износ уменьшает механическую прочность деталей и т.д.

В изделиях электронной техники из-за присутствия в атмосфере морских солей, промышленных и химических примесей возникает электрохимическая, контактная коррозия выводов, которая вызывает нестабильность и деградацию электрических параметров, потерю герметичности корпусными деталями электронной техники.

Влияние радиации (различают ультрафиолетовое, инфракрасное и радиоактивное (ионизирующее) излучения) на изделия в процессе их эксплуатации проявляется в изменениях покрытий корпусных деталей.

Ультрафиолетовое и инфракрасное излучения влияют на покрытия корпусов электронных блоков управления и на датчики, находящиеся в кабине или снаружи. При этом могут ухудшаться механические свойства материалов так же, как при нагреве, — размягчение изоляции с ее разрывами и деформацией и т.д.

Ионизирующее излучение (требования к радиационной стойкости распространяются на изделия военной техники), проникая в толщу материала, вызывает в нем ионизацию и связанные с ней различные физико-химические процессы.

Радиоактивные излучения подразделяются на корпускулярные и квантовые. Корпускулярные излучения представляют собой потоки быстрых элементарных частиц (нейтронов, бета-, альфа-и других частиц), а квантовые — электромагнитные ионизирующие излучения (гамма- и рентгеновское).

Воздействие проникающей радиации может приводить к нарушению кристаллической решетки полупроводников; радиационнохимическим превращениям, вызывающим диссоциацию молекул, образованию ионизированных, химически активных молекул, радиационного нагрева. Эти процессы влияют на электрические параметры изделий электронной техники (коэффициент усиления, емкость перехода р—п, токи утечек и т.д.), вызывая их нестабильность и деградацию.

На изделия и системы АЭ, хранящиеся на складах или базах, также воздействуют биологические дестабилизирующие факторы в виде микроорганизмов (бактерий и плесневых грибов), насекомых (термитов и муравьев) и грызунов (крыс). Биологические воздействия приводят к возникновению в деталях раковин и механических повреждений, а также ухудшению изоляционных свойств материалов. Эти воздействия вызывают отказы механического и электрического характера.

Распространенным видом биоповреждений является биохимическое разрушение, которое вызывается в основном микроорганизмами и плесневыми грибами. Этот вид разрушения разделяют на биологическое потребление в процессе питания микроорганизмов и химическое действие выделяющихся в процессе питания веществ. Биологическое потребление связано с химическим разрушением под действием фермента, выделяемого микроорганизмом, исходного материала, обычно низкомолекулярного соединения, например пластификатора, стабилизатора и т.д. Это разрушение приводит к физико-химической коррозии, ухудшению термодинамических свойств материалов с их последующим механическим разрушением под воздействием вибрационных нагрузок, имеющих место в эксплуатации.

Плесневые грибы отличаются от микроорганизмов более сложным строением и более совершенным способом размножения — спорами. Грибы способны вырабатывать клеточную энергию за счет энергии химических реакций при выделении амино- и органических кислот, что приводит к разрушению металлов и материалов. Термиты разрушают прежде всего целлюлозосодержащие (деревянная и бумажная тара) и мягкие синтетические материалы и изделия из пенополиуретана, полиэтилена, пенополистирола, фенопластов с целлюлозными наполнителями, резину на основе натурального каучука, стеклопластику, стеклоткань и т.д. Помимо разрушения термиты и насекомые биозасоряют и биозагрязняют изделия.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >