整車高寒地區環境適應性試驗分析

劉策 彭康 劉兵 王玉磊

（中國汽車技術研究中心有限公司）

我國東北、西北和華北等地區冬季時間長、氣溫低、降雪多，同時這些地區范圍廣，面積占我國國土面積的51.5%，人口占我國總人口的34%，汽車保有量占全國44%，所以我國高寒環境對汽車使用產生的影響不容忽視。整車地區適應性試驗的目的是研究整車在外界環境刺激（影響）下的性能表現。在高寒地區，材料結冰、脆化、物理收縮等特性會引發汽車的發動機起動困難、材料硬化、失去彈性、磨損增大以及密封失效等問題[1-2]。當前，大部分汽車企業對寒區試驗都有自己的試驗方法，然而相應的體系并不完善，從合資方習得的試驗方法需要消化轉化，而獨創的試驗方法則需要得到行業的認可?；诖?，文章對整車高寒地區環境適應性試驗進行了歸納總結。

1 寒區主要試驗項目及方法

當前高寒地區適應性試驗項目包括冷起動試驗、采暖性能試驗、除霜性能試驗、積雪地面通過性試驗及雪侵入試驗5 項專項性能試驗，以及寒區的主觀評價試驗和適應性行駛試驗。

1.1 冷起動試驗

起動性能試驗是寒區試驗中最為重要的一項試驗，用于考核發動機在低溫狀態下的起動以及怠速和起步的性能。試驗儀器包括：溫度采集設備，用以測量發動機的機油溫度、冷卻液溫度、燃油溫度以及環境溫度等；電壓表，用以測量電瓶電壓的衰減情況；發動機轉速表，用以監控汽車起動時的轉速情況；高精度計時器，用來測量發動機的拖動時間，國標GB/T 12535—2007將其定義為自起動機接通電源后至發動機起動自運轉的時間。表1 示出某車型起動性能結果記錄。該樣車在-36.6 ℃環境溫度下熄火靜停8 h 后，起動操作1 次，拖動時間為5.7 s，完全符合國標中30 s 的限值要求。

表1 某車型起動性能結果記錄表

1.2 采暖性能試驗

采暖性能試驗主要考核整車在寒區的空調性能。儀器設備主要為多通道溫度數據采集器，試驗前按需要對傳感器布點。試驗時汽車在-25 ℃環境溫度下以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的溫度記錄。通過圖1 可以判斷車內各個點的溫度上升情況。經驗證，該樣車在行駛40 min時，各采樣點溫度均在20 ℃以上，滿足其產品設計要求。

圖1 某越野車各采樣點溫度記錄

1.3 除霜性能試驗

除霜性能試驗分為除外霜試驗和除內霜試驗，同樣主要考核整車的空調性能，除外霜試驗根據國家強制性標準GB 11555—2009《汽車風窗玻璃除霜和除霧系統的性能和試驗方法》在試驗室內進行，車輛必須滿足該標準要求。在室外高寒地區一般僅做驗證性試驗，環境和設備條件都無法和強標中一樣可控，一般企業在做該項試驗時先將車輛于風口處靜置1 晚，第2 天凌晨選擇依據標準算法計算的水量，盡可能均勻地噴灑在前風窗外表面，再根據標準方法于車拓印記錄各個時間節點的除霜區域。

除內霜試驗方法目前沒有可參考的方法依據，各個企業已開始關注此項試驗。內霜的形成需要更低的溫度。以某國產乘用車試驗為例，試驗當日環境溫度為-25 ℃，為避免光照影響，試驗在上午5：00 開始。試驗前使用酒精徹底清除風窗玻璃內、外表面的油污，試驗人員數量為汽車總座位數。分別進行怠速、40 km/h 勻速行駛及80 km/h 勻速行駛3 個工況下的試驗，試驗人員每隔1 min 在風窗玻璃內表面上描繪除霜面積輪廓圖，并標記對應的試驗總時間，至各工況下結霜趨勢穩定后結束試驗，并記錄霜形成效果。

圖2 示出某乘用車車窗結霜結果，該車在40 km/h勻速行駛工況下結霜趨勢穩定后駕駛員側前風窗的結果，如圖2a 所示；怠速工況下結霜趨勢穩定后左前門側窗的結果，如圖2b 所示。經驗證，該樣車在試驗過程中各工況穩定時，前擋風玻璃結霜區域不影響駕駛員查看前方道路情況，左右側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窗查看左右道路情況。

圖2 某乘用車車窗結霜結果

1.4 積雪地面通過性試驗

積雪地面通過性試驗考核汽車的通過性能，一般有積雪區域通過性和坡道通過性2 種試驗。試驗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行試驗。多數試驗依靠自然降雪堆積形成的雪堆進行，制造的雪堆長度相當于2 倍的試驗車長，寬度為2 倍以上的試驗車輪距，雪坡高度一般為30～50 cm，依次設置起始段、試驗段、終點段。將汽車停于起始段外，依次記錄雪層深度、溫度和密度，然后全輪驅動被試車輛，使用最低擋緩慢進入起始段。被試車輛以低速進入試驗段，記錄通過試驗段的時間、車轍深度及車轍寬度。

1.5 雪侵入試驗

雪侵入試驗一般稱為揚雪試驗，主要考核整車的密封性能，該項試驗出于安全考慮僅能在試驗場單獨進行，且需要包場完成。以國產某乘用車的試驗過程為例，試驗場地選擇為試驗場場地內的高速雪環道，試驗開始前經過一夜自然降雪，路面自然積雪厚度至25 mm，確認試驗車各系統及零部件滿足試驗安全要求，汽車外觀及偽裝系統不得干擾進氣系統，前方牽引車輛為四驅車輛；試驗過程中根據車況與場地實際情況，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，全程試驗里程為50 km。

試驗過程一次完成，試驗前后對空濾本體和空氣濾芯模塊進行測量稱重和記錄，試驗后分別檢查車輛機艙是否由于積雪過多對相關電器接插件等造成滲水短路風險；檢查汽車大燈積雪后是否產生結霜、結晶、起霧及進水等現象；檢查汽車后行李箱是否有大量積雪結冰，會不會導致無法打開，有無水或冰進入等問題。檢查完成后對所有前艙和空濾的雪量不進行處理，原樣復位后將車放在室外冷浸8 h 以上，再次確認發動機是否可以正常起動。

1.6 寒區主觀評價試驗

寒區主觀評價試驗為車輛在寒區的駕駛性評價，一般包括對各踏板系統操作性、發動機起動和怠速、換擋性能、行駛平順性、制動性能以及轉向性能的主觀評價。試驗需由專業的評價人員駕駛汽車在專業的性能場地上進行，并依照有關打分表進行試驗結果處理。當前并無統一的標準參考，不同企業因為考核項目權重不同，試驗規范難以統一。

1.7 適應性行駛試驗

適應性行駛試驗屬于可靠性試驗范疇，當前國內多數自主企業都擁有自己的路試方法，路試里程的選擇依據還離不開合資企業的技術方法輸入，僅就適應性試驗里程來講，情況各不相同，部分企業還在堅持傳統的3 萬km 適應性試驗，分為傳統的高速、平路、壞路及鄉村公路等路況；還有企業更關注實際車輛的冷置時間，總里程不超過1 萬km，但增加每日冷置時間不低于幾小時的要求；還有部分企業更關注道路積雪的考核，按照不同程度的積雪路面來規定行駛里程。除行駛里程及分配外，各企業對適應性行駛的檢查大致接近，依據QC/T 900《汽車整車產品質量檢驗評定方法》對車輛的故障類別進行判定。

2 寒區場地條件研究

2.1 國內寒區試驗場現狀

隨著車企的不斷發展，寒區試驗場地在近十年也飛速發展，然而當前高寒地區各試驗場的建設規模參差不齊，場地條件差距較大。最為典型的就是黑龍江黑河地區和內蒙古呼倫貝爾地區，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多年，內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展。寒區試驗項目的發展離不開場地的建設，經過多地考察研究總結，從道路類型來講，冰雪廣場、冰雪圓環、操控路及高速雪圓環等路面，在國內已經相對全面，并且道路的制作、維護也已經相對成熟，對于道路關鍵技術參數的控制趨于穩定，規格尺寸也可滿足測試需求；不過由于對比國外在經驗方面還相對缺乏，橫向相比時，道路質量差異明顯，有的場地試驗道路質量不高，一致性結果較差，部分地區試驗場難以滿足試驗精確要求[3-4]。

2.2 寒區試驗場道路基本條件分析

寒區試驗場道路基本條件包括試驗場道路類型、典型路面關鍵技術參數及試驗道路規格尺寸3 個方面。其中道路類型和場地尺寸決定了可以進行的試驗項目，比如揚雪試驗需要在高速雪環道進行，并且道路長度要滿足試驗進行的車速要求；制動性能的主觀評價試驗需要ABS 路，其冰面與鋪裝路面對開，道路的寬度和長度決定試驗允許的車速。而典型路面的技術參數決定了試驗的精度，目前國內針對雪地面壓實度、冰雪路面附著系數以及道路平整度這3 個關鍵參數，無論在測量方法還是結果限值方面都沒有統一的規范進行指導，場地條件的差異致使試驗數據無法復現，需要一個共性的標準作為試驗場場地的技術支撐。

3 相關國標的應用狀況

綜上，對于整車高寒地區的環境適應性試驗，目前我國并沒有一個統一詳細的國家標準作為依據，無論是試驗項目還是場地規范，都缺少一個共性標準。對于部分可以參考國標的試驗項目，如GB/T 12535—2007《汽車起動性能試驗方法》、GB/T 12782—2007《汽車采暖性能要求和試驗方法》，這2 項國標都傾向于在轉鼓環境倉內做試驗，將溫度范圍限定。部分條款不適用于當前的情況，據悉標準已經處于修訂中，而對于除內霜試驗、積雪地面通過性試驗、揚雪試驗、主觀評價試驗及適應性行駛試驗，當前國家并沒有可參考使用的試驗標準。

4 建議

通過對當前汽車寒區試驗的主要試驗方法和場地條件進行分析，并結合當前相關標準的應用狀況，建議建立統一的試驗規范，其框架如圖3 所示。

圖3 汽車高寒試驗規范框架示意圖

其中“4.2 試驗環境”即為場地條件規范，應寫明滿足試驗的各種道路類型，并且對場地的關鍵技術參數以及道路尺寸規格進行規定。通過雪地面壓實度、冰雪路面附著系數以及道路平整度的具體限值范圍規范場地的精度，通過尺寸規格的限定規范試驗場地的大小，使試驗數據得以復現并且在不同試驗場都有橫向比對的意義。試驗項目方法中應至少包括冷起動試驗、采暖性能試驗、除霜性能試驗、積雪地面通過性試驗以及雪侵入試驗5 項專項性能試驗以及寒區的主觀評價試驗和適應性行駛試驗。環境適應性試驗要區別于環境倉模擬試驗，應更適合在道路上使用，而且具有合適的試驗結果判定等級。

5 結論

隨著中國車企自主品牌研發能力的提升，對試驗標準和試驗方法的要求越來越系統。文章通過整合國內企業多樣的試驗方法，提出構建統一的試驗規程，以對當前高寒地區適應性測試規程進行補充，同時為新興整車企業高寒地區適應性試驗提供指導和依據。當前新能源汽車和智能汽車也在快速發展，同樣缺少相應的高寒標準體系，后續的高寒地區環境適應性試驗方法還應針對新能源和智能網聯汽車提出要求。