整车高寒地区环境适应性试验分析

刘策 彭康 刘兵 王玉磊

（中国汽车技术研究中心有限公司）

我国东北、西北和华北等地区冬季时间长、气温低、降雪多，同时这些地区范围广，面积占我国国土面积的51.5%，人口占我国总人口的34%，汽车保有量占全国44%，所以我国高寒环境对汽车使用产生的影响不容忽视。整车地区适应性试验的目的是研究整车在外界环境刺激（影响）下的性能表现。在高寒地区，材料结冰、脆化、物理收缩等特性会引发汽车的发动机起动困难、材料硬化、失去弹性、磨损增大以及密封失效等问题[1-2]。当前，大部分汽车企业对寒区试验都有自己的试验方法，然而相应的体系并不完善，从合资方习得的试验方法需要消化转化，而独创的试验方法则需要得到行业的认可。基于此，文章对整车高寒地区环境适应性试验进行了归纳总结。

1 寒区主要试验项目及方法

当前高寒地区适应性试验项目包括冷起动试验、采暖性能试验、除霜性能试验、积雪地面通过性试验及雪侵入试验5 项专项性能试验，以及寒区的主观评价试验和适应性行驶试验。

1.1 冷起动试验

起动性能试验是寒区试验中最为重要的一项试验，用于考核发动机在低温状态下的起动以及怠速和起步的性能。试验仪器包括：温度采集设备，用以测量发动机的机油温度、冷却液温度、燃油温度以及环境温度等；电压表，用以测量电瓶电压的衰减情况；发动机转速表，用以监控汽车起动时的转速情况；高精度计时器，用来测量发动机的拖动时间，国标GB/T 12535—2007将其定义为自起动机接通电源后至发动机起动自运转的时间。表1 示出某车型起动性能结果记录。该样车在-36.6 ℃环境温度下熄火静停8 h 后，起动操作1 次，拖动时间为5.7 s，完全符合国标中30 s 的限值要求。

表1 某车型起动性能结果记录表

1.2 采暖性能试验

采暖性能试验主要考核整车在寒区的空调性能。仪器设备主要为多通道温度数据采集器，试验前按需要对传感器布点。试验时汽车在-25 ℃环境温度下以60 km/h 的速度匀速行驶40 min 以上。图1 示出某军用越野车各采样点的温度记录。通过图1 可以判断车内各个点的温度上升情况。经验证，该样车在行驶40 min时，各采样点温度均在20 ℃以上，满足其产品设计要求。

图1 某越野车各采样点温度记录

1.3 除霜性能试验

除霜性能试验分为除外霜试验和除内霜试验，同样主要考核整车的空调性能，除外霜试验根据国家强制性标准GB 11555—2009《汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法》在试验室内进行，车辆必须满足该标准要求。在室外高寒地区一般仅做验证性试验，环境和设备条件都无法和强标中一样可控，一般企业在做该项试验时先将车辆于风口处静置1 晚，第2 天凌晨选择依据标准算法计算的水量，尽可能均匀地喷洒在前风窗外表面，再根据标准方法于车拓印记录各个时间节点的除霜区域。

除内霜试验方法目前没有可参考的方法依据，各个企业已开始关注此项试验。内霜的形成需要更低的温度。以某国产乘用车试验为例，试验当日环境温度为-25 ℃，为避免光照影响，试验在上午5：00 开始。试验前使用酒精彻底清除风窗玻璃内、外表面的油污，试验人员数量为汽车总座位数。分别进行怠速、40 km/h 匀速行驶及80 km/h 匀速行驶3 个工况下的试验，试验人员每隔1 min 在风窗玻璃内表面上描绘除霜面积轮廓图，并标记对应的试验总时间，至各工况下结霜趋势稳定后结束试验，并记录霜形成效果。

图2 示出某乘用车车窗结霜结果，该车在40 km/h匀速行驶工况下结霜趋势稳定后驾驶员侧前风窗的结果，如图2a 所示；怠速工况下结霜趋势稳定后左前门侧窗的结果，如图2b 所示。经验证，该样车在试验过程中各工况稳定时，前挡风玻璃结霜区域不影响驾驶员查看前方道路情况，左右侧窗在行驶过程中不影响观看后视镜，且不影响驾驶员通过左右侧窗查看左右道路情况。

图2 某乘用车车窗结霜结果

1.4 积雪地面通过性试验

积雪地面通过性试验考核汽车的通过性能，一般有积雪区域通过性和坡道通过性2 种试验。试验前首先要选取合适的场地，由人工降雪或者自然降雪堆积而成。由于人工降雪普遍水分大、密度高，容易造成路段上冻而无法正常进行试验。多数试验依靠自然降雪堆积形成的雪堆进行，制造的雪堆长度相当于2 倍的试验车长，宽度为2 倍以上的试验车轮距，雪坡高度一般为30～50 cm，依次设置起始段、试验段、终点段。将汽车停于起始段外，依次记录雪层深度、温度和密度，然后全轮驱动被试车辆，使用最低挡缓慢进入起始段。被试车辆以低速进入试验段，记录通过试验段的时间、车辙深度及车辙宽度。

1.5 雪侵入试验

雪侵入试验一般称为扬雪试验，主要考核整车的密封性能，该项试验出于安全考虑仅能在试验场单独进行，且需要包场完成。以国产某乘用车的试验过程为例，试验场地选择为试验场场地内的高速雪环道，试验开始前经过一夜自然降雪，路面自然积雪厚度至25 mm，确认试验车各系统及零部件满足试验安全要求，汽车外观及伪装系统不得干扰进气系统，前方牵引车辆为四驱车辆；试验过程中根据车况与场地实际情况，将前车速度控制在60～80 km/h，两车的行驶间距保持在15～20 m，全程试验里程为50 km。

试验过程一次完成，试验前后对空滤本体和空气滤芯模块进行测量称重和记录，试验后分别检查车辆机舱是否由于积雪过多对相关电器接插件等造成渗水短路风险；检查汽车大灯积雪后是否产生结霜、结晶、起雾及进水等现象；检查汽车后行李箱是否有大量积雪结冰，会不会导致无法打开，有无水或冰进入等问题。检查完成后对所有前舱和空滤的雪量不进行处理，原样复位后将车放在室外冷浸8 h 以上，再次确认发动机是否可以正常起动。

1.6 寒区主观评价试验

寒区主观评价试验为车辆在寒区的驾驶性评价，一般包括对各踏板系统操作性、发动机起动和怠速、换挡性能、行驶平顺性、制动性能以及转向性能的主观评价。试验需由专业的评价人员驾驶汽车在专业的性能场地上进行，并依照有关打分表进行试验结果处理。当前并无统一的标准参考，不同企业因为考核项目权重不同，试验规范难以统一。

1.7 适应性行驶试验

适应性行驶试验属于可靠性试验范畴，当前国内多数自主企业都拥有自己的路试方法，路试里程的选择依据还离不开合资企业的技术方法输入，仅就适应性试验里程来讲，情况各不相同，部分企业还在坚持传统的3 万km 适应性试验，分为传统的高速、平路、坏路及乡村公路等路况；还有企业更关注实际车辆的冷置时间，总里程不超过1 万km，但增加每日冷置时间不低于几小时的要求；还有部分企业更关注道路积雪的考核，按照不同程度的积雪路面来规定行驶里程。除行驶里程及分配外，各企业对适应性行驶的检查大致接近，依据QC/T 900《汽车整车产品质量检验评定方法》对车辆的故障类别进行判定。

2 寒区场地条件研究

2.1 国内寒区试验场现状

随着车企的不断发展，寒区试验场地在近十年也飞速发展，然而当前高寒地区各试验场的建设规模参差不齐，场地条件差距较大。最为典型的就是黑龙江黑河地区和内蒙古呼伦贝尔地区，如黑河及周边的卧牛湖水库、红旗水库、二门山水库及西沟水库等资源早已被开发多年，内蒙古呼伦贝尔的牙克石和陈巴尔虎旗场地也在近年快速发展。寒区试验项目的发展离不开场地的建设，经过多地考察研究总结，从道路类型来讲，冰雪广场、冰雪圆环、操控路及高速雪圆环等路面，在国内已经相对全面，并且道路的制作、维护也已经相对成熟，对于道路关键技术参数的控制趋于稳定，规格尺寸也可满足测试需求；不过由于对比国外在经验方面还相对缺乏，横向相比时，道路质量差异明显，有的场地试验道路质量不高，一致性结果较差，部分地区试验场难以满足试验精确要求[3-4]。

2.2 寒区试验场道路基本条件分析

寒区试验场道路基本条件包括试验场道路类型、典型路面关键技术参数及试验道路规格尺寸3 个方面。其中道路类型和场地尺寸决定了可以进行的试验项目，比如扬雪试验需要在高速雪环道进行，并且道路长度要满足试验进行的车速要求；制动性能的主观评价试验需要ABS 路，其冰面与铺装路面对开，道路的宽度和长度决定试验允许的车速。而典型路面的技术参数决定了试验的精度，目前国内针对雪地面压实度、冰雪路面附着系数以及道路平整度这3 个关键参数，无论在测量方法还是结果限值方面都没有统一的规范进行指导，场地条件的差异致使试验数据无法复现，需要一个共性的标准作为试验场场地的技术支撑。

3 相关国标的应用状况

综上，对于整车高寒地区的环境适应性试验，目前我国并没有一个统一详细的国家标准作为依据，无论是试验项目还是场地规范，都缺少一个共性标准。对于部分可以参考国标的试验项目，如GB/T 12535—2007《汽车起动性能试验方法》、GB/T 12782—2007《汽车采暖性能要求和试验方法》，这2 项国标都倾向于在转鼓环境仓内做试验，将温度范围限定。部分条款不适用于当前的情况，据悉标准已经处于修订中，而对于除内霜试验、积雪地面通过性试验、扬雪试验、主观评价试验及适应性行驶试验，当前国家并没有可参考使用的试验标准。

4 建议

通过对当前汽车寒区试验的主要试验方法和场地条件进行分析，并结合当前相关标准的应用状况，建议建立统一的试验规范，其框架如图3 所示。

图3 汽车高寒试验规范框架示意图

其中“4.2 试验环境”即为场地条件规范，应写明满足试验的各种道路类型，并且对场地的关键技术参数以及道路尺寸规格进行规定。通过雪地面压实度、冰雪路面附着系数以及道路平整度的具体限值范围规范场地的精度，通过尺寸规格的限定规范试验场地的大小，使试验数据得以复现并且在不同试验场都有横向比对的意义。试验项目方法中应至少包括冷起动试验、采暖性能试验、除霜性能试验、积雪地面通过性试验以及雪侵入试验5 项专项性能试验以及寒区的主观评价试验和适应性行驶试验。环境适应性试验要区别于环境仓模拟试验，应更适合在道路上使用，而且具有合适的试验结果判定等级。

5 结论

随着中国车企自主品牌研发能力的提升，对试验标准和试验方法的要求越来越系统。文章通过整合国内企业多样的试验方法，提出构建统一的试验规程，以对当前高寒地区适应性测试规程进行补充，同时为新兴整车企业高寒地区适应性试验提供指导和依据。当前新能源汽车和智能汽车也在快速发展，同样缺少相应的高寒标准体系，后续的高寒地区环境适应性试验方法还应针对新能源和智能网联汽车提出要求。