整車高寒地區(qū)環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)分析

劉策 彭康 劉兵 王玉磊

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司）

我國東北、西北和華北等地區(qū)冬季時(shí)間長、氣溫低、降雪多，同時(shí)這些地區(qū)范圍廣，面積占我國國土面積的51.5%，人口占我國總?cè)丝诘?4%，汽車保有量占全國44%，所以我國高寒環(huán)境對(duì)汽車使用產(chǎn)生的影響不容忽視。整車地區(qū)適應(yīng)性試驗(yàn)的目的是研究整車在外界環(huán)境刺激（影響）下的性能表現(xiàn)。在高寒地區(qū)，材料結(jié)冰、脆化、物理收縮等特性會(huì)引發(fā)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難、材料硬化、失去彈性、磨損增大以及密封失效等問題[1-2]。當(dāng)前，大部分汽車企業(yè)對(duì)寒區(qū)試驗(yàn)都有自己的試驗(yàn)方法，然而相應(yīng)的體系并不完善，從合資方習(xí)得的試驗(yàn)方法需要消化轉(zhuǎn)化，而獨(dú)創(chuàng)的試驗(yàn)方法則需要得到行業(yè)的認(rèn)可。基于此，文章對(duì)整車高寒地區(qū)環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)進(jìn)行了歸納總結(jié)。

1 寒區(qū)主要試驗(yàn)項(xiàng)目及方法

當(dāng)前高寒地區(qū)適應(yīng)性試驗(yàn)項(xiàng)目包括冷起動(dòng)試驗(yàn)、采暖性能試驗(yàn)、除霜性能試驗(yàn)、積雪地面通過性試驗(yàn)及雪侵入試驗(yàn)5 項(xiàng)專項(xiàng)性能試驗(yàn)，以及寒區(qū)的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)和適應(yīng)性行駛試驗(yàn)。

1.1 冷起動(dòng)試驗(yàn)

起動(dòng)性能試驗(yàn)是寒區(qū)試驗(yàn)中最為重要的一項(xiàng)試驗(yàn)，用于考核發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫狀態(tài)下的起動(dòng)以及怠速和起步的性能。試驗(yàn)儀器包括：溫度采集設(shè)備，用以測量發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油溫度、冷卻液溫度、燃油溫度以及環(huán)境溫度等；電壓表，用以測量電瓶電壓的衰減情況；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表，用以監(jiān)控汽車起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速情況；高精度計(jì)時(shí)器，用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)時(shí)間，國標(biāo)GB/T 12535—2007將其定義為自起動(dòng)機(jī)接通電源后至發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)自運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間。表1 示出某車型起動(dòng)性能結(jié)果記錄。該樣車在-36.6 ℃環(huán)境溫度下熄火靜停8 h 后，起動(dòng)操作1 次，拖動(dòng)時(shí)間為5.7 s，完全符合國標(biāo)中30 s 的限值要求。

表1 某車型起動(dòng)性能結(jié)果記錄表

1.2 采暖性能試驗(yàn)

采暖性能試驗(yàn)主要考核整車在寒區(qū)的空調(diào)性能。儀器設(shè)備主要為多通道溫度數(shù)據(jù)采集器，試驗(yàn)前按需要對(duì)傳感器布點(diǎn)。試驗(yàn)時(shí)汽車在-25 ℃環(huán)境溫度下以60 km/h 的速度勻速行駛40 min 以上。圖1 示出某軍用越野車各采樣點(diǎn)的溫度記錄。通過圖1 可以判斷車內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的溫度上升情況。經(jīng)驗(yàn)證，該樣車在行駛40 min時(shí)，各采樣點(diǎn)溫度均在20 ℃以上，滿足其產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

圖1 某越野車各采樣點(diǎn)溫度記錄

1.3 除霜性能試驗(yàn)

除霜性能試驗(yàn)分為除外霜試驗(yàn)和除內(nèi)霜試驗(yàn)，同樣主要考核整車的空調(diào)性能，除外霜試驗(yàn)根據(jù)國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 11555—2009《汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法》在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，車輛必須滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求。在室外高寒地區(qū)一般僅做驗(yàn)證性試驗(yàn)，環(huán)境和設(shè)備條件都無法和強(qiáng)標(biāo)中一樣可控，一般企業(yè)在做該項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)先將車輛于風(fēng)口處靜置1 晚，第2 天凌晨選擇依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)算法計(jì)算的水量，盡可能均勻地噴灑在前風(fēng)窗外表面，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法于車拓印記錄各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的除霜區(qū)域。

除內(nèi)霜試驗(yàn)方法目前沒有可參考的方法依據(jù)，各個(gè)企業(yè)已開始關(guān)注此項(xiàng)試驗(yàn)。內(nèi)霜的形成需要更低的溫度。以某國產(chǎn)乘用車試驗(yàn)為例，試驗(yàn)當(dāng)日環(huán)境溫度為-25 ℃，為避免光照影響，試驗(yàn)在上午5：00 開始。試驗(yàn)前使用酒精徹底清除風(fēng)窗玻璃內(nèi)、外表面的油污，試驗(yàn)人員數(shù)量為汽車總座位數(shù)。分別進(jìn)行怠速、40 km/h 勻速行駛及80 km/h 勻速行駛3 個(gè)工況下的試驗(yàn)，試驗(yàn)人員每隔1 min 在風(fēng)窗玻璃內(nèi)表面上描繪除霜面積輪廓圖，并標(biāo)記對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)總時(shí)間，至各工況下結(jié)霜趨勢穩(wěn)定后結(jié)束試驗(yàn)，并記錄霜形成效果。

圖2 示出某乘用車車窗結(jié)霜結(jié)果，該車在40 km/h勻速行駛工況下結(jié)霜趨勢穩(wěn)定后駕駛員側(cè)前風(fēng)窗的結(jié)果，如圖2a 所示；怠速工況下結(jié)霜趨勢穩(wěn)定后左前門側(cè)窗的結(jié)果，如圖2b 所示。經(jīng)驗(yàn)證，該樣車在試驗(yàn)過程中各工況穩(wěn)定時(shí)，前擋風(fēng)玻璃結(jié)霜區(qū)域不影響駕駛員查看前方道路情況，左右側(cè)窗在行駛過程中不影響觀看后視鏡，且不影響駕駛員通過左右側(cè)窗查看左右道路情況。

圖2 某乘用車車窗結(jié)霜結(jié)果

1.4 積雪地面通過性試驗(yàn)

積雪地面通過性試驗(yàn)考核汽車的通過性能，一般有積雪區(qū)域通過性和坡道通過性2 種試驗(yàn)。試驗(yàn)前首先要選取合適的場地，由人工降雪或者自然降雪堆積而成。由于人工降雪普遍水分大、密度高，容易造成路段上凍而無法正常進(jìn)行試驗(yàn)。多數(shù)試驗(yàn)依靠自然降雪堆積形成的雪堆進(jìn)行，制造的雪堆長度相當(dāng)于2 倍的試驗(yàn)車長，寬度為2 倍以上的試驗(yàn)車輪距，雪坡高度一般為30～50 cm，依次設(shè)置起始段、試驗(yàn)段、終點(diǎn)段。將汽車停于起始段外，依次記錄雪層深度、溫度和密度，然后全輪驅(qū)動(dòng)被試車輛，使用最低擋緩慢進(jìn)入起始段。被試車輛以低速進(jìn)入試驗(yàn)段，記錄通過試驗(yàn)段的時(shí)間、車轍深度及車轍寬度。

1.5 雪侵入試驗(yàn)

雪侵入試驗(yàn)一般稱為揚(yáng)雪試驗(yàn)，主要考核整車的密封性能，該項(xiàng)試驗(yàn)出于安全考慮僅能在試驗(yàn)場單獨(dú)進(jìn)行，且需要包場完成。以國產(chǎn)某乘用車的試驗(yàn)過程為例，試驗(yàn)場地選擇為試驗(yàn)場場地內(nèi)的高速雪環(huán)道，試驗(yàn)開始前經(jīng)過一夜自然降雪，路面自然積雪厚度至25 mm，確認(rèn)試驗(yàn)車各系統(tǒng)及零部件滿足試驗(yàn)安全要求，汽車外觀及偽裝系統(tǒng)不得干擾進(jìn)氣系統(tǒng)，前方牽引車輛為四驅(qū)車輛；試驗(yàn)過程中根據(jù)車況與場地實(shí)際情況，將前車速度控制在60～80 km/h，兩車的行駛間距保持在15～20 m，全程試驗(yàn)里程為50 km。

試驗(yàn)過程一次完成，試驗(yàn)前后對(duì)空濾本體和空氣濾芯模塊進(jìn)行測量稱重和記錄，試驗(yàn)后分別檢查車輛機(jī)艙是否由于積雪過多對(duì)相關(guān)電器接插件等造成滲水短路風(fēng)險(xiǎn)；檢查汽車大燈積雪后是否產(chǎn)生結(jié)霜、結(jié)晶、起霧及進(jìn)水等現(xiàn)象；檢查汽車后行李箱是否有大量積雪結(jié)冰，會(huì)不會(huì)導(dǎo)致無法打開，有無水或冰進(jìn)入等問題。檢查完成后對(duì)所有前艙和空濾的雪量不進(jìn)行處理，原樣復(fù)位后將車放在室外冷浸8 h 以上，再次確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)是否可以正常起動(dòng)。

1.6 寒區(qū)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)

寒區(qū)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)為車輛在寒區(qū)的駕駛性評(píng)價(jià)，一般包括對(duì)各踏板系統(tǒng)操作性、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和怠速、換擋性能、行駛平順性、制動(dòng)性能以及轉(zhuǎn)向性能的主觀評(píng)價(jià)。試驗(yàn)需由專業(yè)的評(píng)價(jià)人員駕駛汽車在專業(yè)的性能場地上進(jìn)行，并依照有關(guān)打分表進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果處理。當(dāng)前并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)參考，不同企業(yè)因?yàn)榭己隧?xiàng)目權(quán)重不同，試驗(yàn)規(guī)范難以統(tǒng)一。

1.7 適應(yīng)性行駛試驗(yàn)

適應(yīng)性行駛試驗(yàn)屬于可靠性試驗(yàn)范疇，當(dāng)前國內(nèi)多數(shù)自主企業(yè)都擁有自己的路試方法，路試?yán)锍痰倪x擇依據(jù)還離不開合資企業(yè)的技術(shù)方法輸入，僅就適應(yīng)性試驗(yàn)里程來講，情況各不相同，部分企業(yè)還在堅(jiān)持傳統(tǒng)的3 萬km 適應(yīng)性試驗(yàn)，分為傳統(tǒng)的高速、平路、壞路及鄉(xiāng)村公路等路況；還有企業(yè)更關(guān)注實(shí)際車輛的冷置時(shí)間，總里程不超過1 萬km，但增加每日冷置時(shí)間不低于幾小時(shí)的要求；還有部分企業(yè)更關(guān)注道路積雪的考核，按照不同程度的積雪路面來規(guī)定行駛里程。除行駛里程及分配外，各企業(yè)對(duì)適應(yīng)性行駛的檢查大致接近，依據(jù)QC/T 900《汽車整車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方法》對(duì)車輛的故障類別進(jìn)行判定。

2 寒區(qū)場地條件研究

2.1 國內(nèi)寒區(qū)試驗(yàn)場現(xiàn)狀

隨著車企的不斷發(fā)展，寒區(qū)試驗(yàn)場地在近十年也飛速發(fā)展，然而當(dāng)前高寒地區(qū)各試驗(yàn)場的建設(shè)規(guī)模參差不齊，場地條件差距較大。最為典型的就是黑龍江黑河地區(qū)和內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)，如黑河及周邊的臥牛湖水庫、紅旗水庫、二門山水庫及西溝水庫等資源早已被開發(fā)多年，內(nèi)蒙古呼倫貝爾的牙克石和陳巴爾虎旗場地也在近年快速發(fā)展。寒區(qū)試驗(yàn)項(xiàng)目的發(fā)展離不開場地的建設(shè)，經(jīng)過多地考察研究總結(jié)，從道路類型來講，冰雪廣場、冰雪圓環(huán)、操控路及高速雪圓環(huán)等路面，在國內(nèi)已經(jīng)相對(duì)全面，并且道路的制作、維護(hù)也已經(jīng)相對(duì)成熟，對(duì)于道路關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的控制趨于穩(wěn)定，規(guī)格尺寸也可滿足測試需求；不過由于對(duì)比國外在經(jīng)驗(yàn)方面還相對(duì)缺乏，橫向相比時(shí)，道路質(zhì)量差異明顯，有的場地試驗(yàn)道路質(zhì)量不高，一致性結(jié)果較差，部分地區(qū)試驗(yàn)場難以滿足試驗(yàn)精確要求[3-4]。

2.2 寒區(qū)試驗(yàn)場道路基本條件分析

寒區(qū)試驗(yàn)場道路基本條件包括試驗(yàn)場道路類型、典型路面關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及試驗(yàn)道路規(guī)格尺寸3 個(gè)方面。其中道路類型和場地尺寸決定了可以進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目，比如揚(yáng)雪試驗(yàn)需要在高速雪環(huán)道進(jìn)行，并且道路長度要滿足試驗(yàn)進(jìn)行的車速要求；制動(dòng)性能的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)需要ABS 路，其冰面與鋪裝路面對(duì)開，道路的寬度和長度決定試驗(yàn)允許的車速。而典型路面的技術(shù)參數(shù)決定了試驗(yàn)的精度，目前國內(nèi)針對(duì)雪地面壓實(shí)度、冰雪路面附著系數(shù)以及道路平整度這3 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，無論在測量方法還是結(jié)果限值方面都沒有統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行指導(dǎo)，場地條件的差異致使試驗(yàn)數(shù)據(jù)無法復(fù)現(xiàn)，需要一個(gè)共性的標(biāo)準(zhǔn)作為試驗(yàn)場場地的技術(shù)支撐。

3 相關(guān)國標(biāo)的應(yīng)用狀況

綜上，對(duì)于整車高寒地區(qū)的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)，目前我國并沒有一個(gè)統(tǒng)一詳細(xì)的國家標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，無論是試驗(yàn)項(xiàng)目還是場地規(guī)范，都缺少一個(gè)共性標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于部分可以參考國標(biāo)的試驗(yàn)項(xiàng)目，如GB/T 12535—2007《汽車起動(dòng)性能試驗(yàn)方法》、GB/T 12782—2007《汽車采暖性能要求和試驗(yàn)方法》，這2 項(xiàng)國標(biāo)都傾向于在轉(zhuǎn)鼓環(huán)境倉內(nèi)做試驗(yàn)，將溫度范圍限定。部分條款不適用于當(dāng)前的情況，據(jù)悉標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)處于修訂中，而對(duì)于除內(nèi)霜試驗(yàn)、積雪地面通過性試驗(yàn)、揚(yáng)雪試驗(yàn)、主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)及適應(yīng)性行駛試驗(yàn)，當(dāng)前國家并沒有可參考使用的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

4 建議

通過對(duì)當(dāng)前汽車寒區(qū)試驗(yàn)的主要試驗(yàn)方法和場地條件進(jìn)行分析，并結(jié)合當(dāng)前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用狀況，建議建立統(tǒng)一的試驗(yàn)規(guī)范，其框架如圖3 所示。

圖3 汽車高寒試驗(yàn)規(guī)范框架示意圖

其中“4.2 試驗(yàn)環(huán)境”即為場地條件規(guī)范，應(yīng)寫明滿足試驗(yàn)的各種道路類型，并且對(duì)場地的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)以及道路尺寸規(guī)格進(jìn)行規(guī)定。通過雪地面壓實(shí)度、冰雪路面附著系數(shù)以及道路平整度的具體限值范圍規(guī)范場地的精度，通過尺寸規(guī)格的限定規(guī)范試驗(yàn)場地的大小，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)得以復(fù)現(xiàn)并且在不同試驗(yàn)場都有橫向比對(duì)的意義。試驗(yàn)項(xiàng)目方法中應(yīng)至少包括冷起動(dòng)試驗(yàn)、采暖性能試驗(yàn)、除霜性能試驗(yàn)、積雪地面通過性試驗(yàn)以及雪侵入試驗(yàn)5 項(xiàng)專項(xiàng)性能試驗(yàn)以及寒區(qū)的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)和適應(yīng)性行駛試驗(yàn)。環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)要區(qū)別于環(huán)境倉模擬試驗(yàn)，應(yīng)更適合在道路上使用，而且具有合適的試驗(yàn)結(jié)果判定等級(jí)。

5 結(jié)論

隨著中國車企自主品牌研發(fā)能力的提升，對(duì)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法的要求越來越系統(tǒng)。文章通過整合國內(nèi)企業(yè)多樣的試驗(yàn)方法，提出構(gòu)建統(tǒng)一的試驗(yàn)規(guī)程，以對(duì)當(dāng)前高寒地區(qū)適應(yīng)性測試規(guī)程進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)為新興整車企業(yè)高寒地區(qū)適應(yīng)性試驗(yàn)提供指導(dǎo)和依據(jù)。當(dāng)前新能源汽車和智能汽車也在快速發(fā)展，同樣缺少相應(yīng)的高寒標(biāo)準(zhǔn)體系，后續(xù)的高寒地區(qū)環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)方法還應(yīng)針對(duì)新能源和智能網(wǎng)聯(lián)汽車提出要求。