張磊 薛黎明 王東亮 王慧

摘要：“三高”試驗(yàn)是考驗(yàn)整車(chē)能否適應(yīng)極端環(huán)境的重要依據(jù)，是整車(chē)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證中的重要環(huán)節(jié)。本文介紹了高寒、高溫、高原環(huán)境對(duì)重型柴油車(chē)性能的影響與“三高”試驗(yàn)項(xiàng)目，最后對(duì)環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)介。這對(duì)重型柴油車(chē)生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)展整車(chē)“三高”試驗(yàn)與建立科學(xué)有效的“三高”試驗(yàn)規(guī)范具有一定參考意義。

Abstract： "Three high" test is an important basis to test whether the vehicle can adapt to extreme environment， and it is an important link in vehicle development and verification. This paper introduces the influence of cold， high temperature and plateau environment on the performance of heavy-duty diesel vehicles and the "three high" test items， and finally introduces the environmental simulation test technology. It has certain reference significance for heavy-duty diesel vehicle manufacturers to carry out vehicle "three high" test and establish scientific and effective "three high" test specification.

關(guān)鍵詞：高寒;高溫;高原;三高;環(huán)境模擬

Key words： high cold;high temperature;plateau;three high;environmental simulation

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.74? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）18-0094-02

0? 引言

我國(guó)地域遼闊，從北往南緯度跨度較大，從東往西海拔高度相差也很大，加之地形復(fù)雜多樣，造就了我國(guó)多樣的地域和氣候特征。例如我國(guó)東北與內(nèi)蒙古部分地區(qū)，冬季寒冷而漫長(zhǎng)，積雪天數(shù)達(dá)全年三分之一，最低氣溫可達(dá)-50℃。新疆土魯番地區(qū)，日照長(zhǎng)、氣溫高、降水少，素有“火州”之稱(chēng)，夏季氣溫高達(dá)35～50℃。我國(guó)高原地區(qū)面積廣闊，海拔2000m以上的地區(qū)占國(guó)土面積的33%以上，具有代表性的是青藏高原與云貴高原，特點(diǎn)是大氣壓力低、空氣密度小、晝夜溫差大、地形復(fù)雜等。重型柴油車(chē)作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ咧?，在極端環(huán)境下運(yùn)行，其性能與壽命將面臨嚴(yán)酷的考驗(yàn)。

我國(guó)是世界上汽車(chē)使用環(huán)境最嚴(yán)酷的國(guó)家之一，但由于受整車(chē)制造企業(yè)技術(shù)能力的限制、成本考慮以及缺乏相關(guān)的試驗(yàn)規(guī)范等原因，大多數(shù)重型柴油車(chē)在設(shè)計(jì)和定型時(shí)未經(jīng)過(guò)高寒、高溫、高原試驗(yàn)，導(dǎo)致在極端環(huán)境地區(qū)存在車(chē)輛性能、壽命下降與市場(chǎng)占有率不高等一系列問(wèn)題。因此，對(duì)新開(kāi)發(fā)的重型柴油車(chē)進(jìn)行“三高”試驗(yàn)非常重要且有必要[1]。本文重點(diǎn)介紹了高寒、高溫、高原環(huán)境對(duì)重型柴油車(chē)性能的影響與“三高”試驗(yàn)項(xiàng)目，最后對(duì)環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)介，以期為重型柴油車(chē)生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)展整車(chē)“三高”試驗(yàn)與建立科學(xué)有效的“三高”試驗(yàn)規(guī)范提供一些參考。

1? 高寒試驗(yàn)

1.1 高寒環(huán)境對(duì)整車(chē)的影響

①高寒環(huán)境下，柴油機(jī)吸入氣缸的空氣溫度較低，同時(shí)氣缸壁、氣缸蓋、活塞頂?shù)臏囟纫草^低，導(dǎo)致氣缸內(nèi)壓縮終了溫度較低，空氣與柴油混合氣達(dá)不到自燃溫度。并且低溫下柴油黏度增大，霧化性能較差，難以與空氣形成均勻的混合氣。潤(rùn)滑油低溫下流動(dòng)性變壞，導(dǎo)致各摩擦件間的運(yùn)動(dòng)阻力增大。同時(shí)蓄電池電解液在低溫下放電能力急劇下降，造成起動(dòng)電機(jī)起動(dòng)力矩下降。以上因素共同作用，導(dǎo)致柴油機(jī)在高寒地區(qū)起動(dòng)非常困難[1]。

②冬季環(huán)境溫度較低時(shí)，車(chē)輛前擋風(fēng)、主副駕側(cè)玻璃容易起霧，這將直接影響駕駛員的視線(xiàn)，從而造成一定的安全隱患。

③低溫環(huán)境下，靜態(tài)與行車(chē)時(shí)車(chē)輛的快速升溫和保溫能力急劇下降，降低了車(chē)輛的駕乘舒適性。

④高寒地區(qū)，冬季路面長(zhǎng)時(shí)間被冰雪覆蓋，使得路面摩擦系數(shù)降低。在車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，易出現(xiàn)車(chē)輪抱死，導(dǎo)致車(chē)輛出現(xiàn)甩尾、側(cè)翻，嚴(yán)重危害車(chē)輛與駕駛員安全。

⑤極端低溫環(huán)境下，存在橡膠件低溫老化、發(fā)硬、變形，導(dǎo)致密封失效;塑料件變得硬脆，抗沖擊性強(qiáng)度等機(jī)械性能下降;在大負(fù)荷及撞擊情況下，金屬件出現(xiàn)冷脆現(xiàn)象而損壞;管路易結(jié)冰破裂，導(dǎo)致漏油、漏水、漏氣;機(jī)油黏度增大，磨損加劇;電器件易失效等問(wèn)題，整車(chē)可靠性大大降低。

1.2 重型柴油車(chē)高寒試驗(yàn)

根據(jù)高寒環(huán)境對(duì)重型柴油車(chē)整車(chē)性能的影響，重型柴油車(chē)主要高寒試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。國(guó)內(nèi)大多主機(jī)廠通常選擇黑龍江省黑河市或內(nèi)蒙古呼倫貝爾市牙克石地區(qū)作為整車(chē)高寒試驗(yàn)場(chǎng)地。以上地區(qū)建有專(zhuān)門(mén)的冬季汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)地，試驗(yàn)時(shí)間通常為每年11月中旬至次年1月底。高寒試驗(yàn)前，需將整車(chē)油液更換為低溫用油液，使用當(dāng)?shù)貥?biāo)號(hào)柴油，隨車(chē)攜帶備用蓄電池、電源連接線(xiàn)等。

2? 高溫試驗(yàn)

2.1 高溫環(huán)境對(duì)整車(chē)的影響

①高溫環(huán)境下，進(jìn)氣溫度較高，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷;流經(jīng)散熱器溫度升高，使散熱器散熱效率下降;較高的環(huán)境溫度減少了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、氣缸蓋表面向外的散熱，發(fā)動(dòng)機(jī)艙易產(chǎn)生積熱;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高時(shí)，易導(dǎo)致潤(rùn)滑油變稀、氧化變質(zhì)，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)拉瓦和限扭等問(wèn)題。

②較高的環(huán)境溫度對(duì)駕駛室隔熱通風(fēng)能力與空調(diào)降溫性能是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。

③高溫下，橡膠件、塑料件材料性能改變，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱，易導(dǎo)致潤(rùn)滑與密封失效。

④車(chē)輛工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與排氣系統(tǒng)向周?chē)椛浯罅康臒崃?，使附近燃油管路、氣制?dòng)管路、線(xiàn)束等老化、破裂，降低了整車(chē)的可靠性。

2.2 重型柴油車(chē)高溫試驗(yàn)

重型柴油車(chē)主要高溫試驗(yàn)項(xiàng)目及參考試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。高溫試驗(yàn)一般選擇在每年6-8月份，在新疆吐魯番進(jìn)行。吐魯番屬于獨(dú)特的暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，因地處盆地之中，四周高山環(huán)抱，增熱迅速、散熱慢。三亞位于我國(guó)海南的最南端，地處低緯度，屬于典型的熱帶海洋性季風(fēng)氣候，部分廠家也會(huì)選擇7月份在三亞進(jìn)行高溫、濕熱適應(yīng)性試驗(yàn)。

3? 高原試驗(yàn)

3.1 高原環(huán)境對(duì)整車(chē)的影響

①高原地區(qū)大氣溫度與壓力均較低，據(jù)統(tǒng)計(jì)：海拔每上升1000m，大氣溫度則下降6.5℃，大氣壓力下降9%。在低溫與低氣壓的雙重因素影響下，柴油機(jī)進(jìn)氣溫度和壓力下降，缸內(nèi)混合氣過(guò)濃，起動(dòng)阻力和摩擦阻力增大，起動(dòng)困難程度遠(yuǎn)超過(guò)低海拔地區(qū)。

②氣壓低，空氣密度小，發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)量空氣系數(shù)減小，混合氣過(guò)濃，導(dǎo)致燃燒不充分，后燃性嚴(yán)重，燃油消耗量大、排放惡化。

③空氣稀薄、空氣含氧量低，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量減少、燃燒不充分，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和扭矩隨著海拔升高而明顯下降，具體表現(xiàn)為車(chē)輛驅(qū)動(dòng)力不足，行駛速度和爬坡能力下降。

④海拔越高，水的沸點(diǎn)越低，海拔高度達(dá)4000m以上時(shí)，水沸點(diǎn)已下降至90℃以下。另外，由于高原空氣密度降低，使得冷卻風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)量減小，冷卻系統(tǒng)的散熱效果顯著下降。因此，高原地區(qū)使用的柴油車(chē)工作時(shí)極易出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)鍋現(xiàn)象。同時(shí)，由于燃燒不充分、后燃現(xiàn)象嚴(yán)重，排氣溫度較高，可能導(dǎo)致后處理系統(tǒng)催化器永久損壞[3]。

⑤高原地區(qū)空氣含塵量大，使空氣濾清器的濾清效率下降，降塵能力降低。這一方面增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣阻力使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率進(jìn)一步降低，另一方面導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、活塞積炭增多，噴油嘴孔易堵塞，引起發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)定，缸套磨損加劇等問(wèn)題。

⑥高原地區(qū)日照時(shí)間長(zhǎng)、紫外線(xiàn)輻射強(qiáng)、晝夜溫差大，整車(chē)易出現(xiàn)外露件老化、失效，油漆起包、脫落等現(xiàn)象。

3.2 重型柴油車(chē)高原試驗(yàn)

重型柴油車(chē)主要高原試驗(yàn)項(xiàng)目及參考試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。高原試驗(yàn)一般在青藏高原開(kāi)展，試驗(yàn)場(chǎng)地位于青海昆侖山口附近，海拔高度4500m左右。有些汽車(chē)廠家會(huì)在青藏公路不利于通行時(shí)，選擇在云貴高原進(jìn)行整車(chē)高原試驗(yàn)。

4? 三高環(huán)境模擬試驗(yàn)

為保證車(chē)輛在極端苛刻、嚴(yán)酷的環(huán)境中能夠正?？煽康倪\(yùn)行，汽車(chē)廠商需對(duì)新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行高寒、高溫、高原實(shí)地試驗(yàn)，但此方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力且成本較高。環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)的出現(xiàn)，為各汽車(chē)廠商提供了解決此類(lèi)問(wèn)題的方法。環(huán)境模擬試驗(yàn)可以模擬汽車(chē)在道路上行駛時(shí)的氣候條件（風(fēng)速、溫度、濕度、大氣壓、海拔高度、日照、淋雨等）與車(chē)輛在道路上的實(shí)際行駛工況。環(huán)境模擬試驗(yàn)室主要包括環(huán)境模擬系統(tǒng)和底盤(pán)測(cè)功機(jī)等。環(huán)境模擬系統(tǒng)利用空氣制冷（或加熱）模擬高、低溫環(huán)境，可模擬溫度范圍為-50～60℃。采用鹵化金屬照明燈或紅外線(xiàn)燈模擬太陽(yáng)光光譜的日照。利用空氣除濕與加濕系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)環(huán)境艙內(nèi)的濕度。高原環(huán)境模擬通常有兩種方法：一是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣節(jié)流、排氣抽真空的方法模擬高原環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣壓力，這種方法成本較低;二是通過(guò)降低整個(gè)艙內(nèi)大氣壓力來(lái)模擬高原低氣壓環(huán)境，與車(chē)輛在真實(shí)高原環(huán)境運(yùn)行情況較一致，可模擬0～6000m的海拔高度[4]，但試驗(yàn)室建設(shè)成本較昂貴。環(huán)境模擬試驗(yàn)可復(fù)現(xiàn)自然條件，具有不受時(shí)間、地點(diǎn)、季節(jié)及天氣限制與節(jié)省時(shí)間、試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，與國(guó)外差距迅速縮小。環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)是未來(lái)汽車(chē)環(huán)境試驗(yàn)的重點(diǎn)發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。

5? 結(jié)論

我國(guó)地形復(fù)雜，涵蓋了高原、高寒、高溫等眾多極端環(huán)境。重型柴油車(chē)在極端環(huán)境下運(yùn)行，其功能、性能和壽命均會(huì)受到影響。為使車(chē)輛能夠最大限度地適應(yīng)多種環(huán)境，增強(qiáng)整車(chē)的可靠性，提高整車(chē)品質(zhì)，在重型柴油車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，對(duì)整車(chē)進(jìn)行高寒、高溫、高原試驗(yàn)，非常重要且有必要。隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)對(duì)汽車(chē)環(huán)境適應(yīng)性的逐漸重視和環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)的不斷完善與進(jìn)步，“三高”試驗(yàn)在后續(xù)車(chē)輛開(kāi)發(fā)過(guò)程中也將會(huì)起著更加重要的作用。

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