何俊南，王雪穎，吳 昊，高亞斌，董曉菲

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

引言

GJB 4239—2001《裝備環(huán)境工程通用要求》中，將環(huán)境適應(yīng)性定義為：裝備（產(chǎn)品）在其壽命期預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實現(xiàn)其所有預(yù)定功能和性能和（或）不被破壞的能力，是裝備（產(chǎn)品）的重要質(zhì)量特性之一[1]。對于汽車來說，由于地域和氣候環(huán)境的影響，汽車的相關(guān)性能會發(fā)生變化，在開發(fā)階段為測試和驗證汽車在各種不同環(huán)境下的性能所進行的試驗，稱之為汽車的環(huán)境適應(yīng)性試驗。

高溫環(huán)境會影響汽車的動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等高溫敏感系統(tǒng)和高溫高負荷系統(tǒng)[2]，高溫地區(qū)的整車環(huán)境適應(yīng)性試驗作為開發(fā)和驗證過程中一個不可缺少的環(huán)節(jié)，已受到國內(nèi)外汽車生產(chǎn)廠家的高度重視。因此，本文梳理了整車高溫環(huán)境適應(yīng)性試驗的測試項目及國標(biāo)、行標(biāo)特征；匯總了高溫地區(qū)的試驗集群城市和主要場地；并通過分析近三年氣象數(shù)據(jù)的方式，對比了各城市的氣候特點。

1 整車高溫環(huán)境適應(yīng)性試驗項目

1.1 高溫環(huán)境對整車性能的影響

高溫環(huán)境包括高溫干熱環(huán)境和高溫濕熱環(huán)境，高溫干熱環(huán)境的特征為氣溫高、太陽輻射強、多沙塵；高溫濕熱環(huán)境的特征為氣溫高、太陽輻射強、濕度大，對汽車性能造成的影響具體如下：

（1）汽車產(chǎn)品老化問題嚴(yán)重。比如內(nèi)飾老化，儀表臺上的塑料件或PVC件等韌性和延展性變差，暴曬后容易破裂，并可能造成甲醛等有毒物質(zhì)的散發(fā)；外觀老化，暴曬導(dǎo)致車身漆面的亮度和色彩度下降，嚴(yán)重時產(chǎn)生龜裂；密封圈老化，暴曬后導(dǎo)致變形、開裂，密封性大打折扣，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)漏水、滲水等現(xiàn)象[3]。

（2）高溫環(huán)境影響散熱效果。比如發(fā)動機冷卻系統(tǒng)效果變差，長時間行車發(fā)動機容易過熱；電氣線路中熱量積聚，容易引起車輛自燃；制動器產(chǎn)生的熱量不能及時擴散，制動效果下降；空調(diào)制冷效果變差；電動汽車的電機在高溫環(huán)境下，散熱效率較低，致使電機性能下降，甚至出現(xiàn)轉(zhuǎn)子退磁現(xiàn)象，效率和壽命下降。

（3）高溫環(huán)境下潤滑油和其他油脂粘度下降。潤滑性能下降，包括發(fā)動機機油、變速箱油、驅(qū)動橋齒輪油和輪轂軸承潤滑脂等；此外，制動液在高溫環(huán)境中易蒸發(fā)汽化，在制動管路中形成氣阻，剎車片也容易燒蝕，造成制動失靈[4]。

（4）對于電動汽車，其高壓電氣設(shè)備中系統(tǒng)控制電路網(wǎng)的器件多為塑料外殼、橡膠以及塑料絕緣層，本身的受熱性能較低。當(dāng)環(huán)境溫度過高，會出現(xiàn)變形、燒壞、軟化等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致爬電距離和電氣間隙的減少，器件也會出現(xiàn)發(fā)粘、熔化等問題，安全絕緣性能下降或失效，會直接造成設(shè)備短路等故障，有過熱燃燒風(fēng)險。此外，電動汽車的動力電池在高溫環(huán)境下內(nèi)阻變大，產(chǎn)生的焦耳熱隨之增加，壽命也會隨之縮短，電池組內(nèi)部溫度急劇上升，極易導(dǎo)致電池組的熱失控，從而引發(fā)自燃、爆炸等安全隱患。

1.2 高溫環(huán)境下整車試驗項目及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

針對上述高溫環(huán)境對于車輛性能的影響，各整車企業(yè)在每年6—8月會進行整車高溫環(huán)境適應(yīng)性試驗，包括整車高溫冷機啟動試驗、空調(diào)制冷性能試驗、熱平衡能力試驗、隔熱通風(fēng)性能試驗、制動性能試驗、耐久性能試驗、大氣暴曬試驗、防灰塵侵入試驗、電動汽車?yán)m(xù)駛里程及充電性能試驗和駕駛性能主觀評價等。目前相關(guān)的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 現(xiàn)行整車高溫環(huán)境試驗相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

但標(biāo)準(zhǔn)體系并不完善，許多試驗缺乏對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，以及部分試驗標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布時間距今過長，適用性有待商榷。大部分汽車企業(yè)針對高溫環(huán)境試驗都有自己的試驗方法，但從合資方習(xí)得的試驗方法需要轉(zhuǎn)化以符合中國道路工況，企業(yè)獨創(chuàng)的試驗方法亟須得到行業(yè)廣泛認(rèn)可[5]。

2 高溫地區(qū)試驗場地概況

目前，國內(nèi)汽車企業(yè)進行整車高溫試驗的地點主要集中在新疆吐魯番（干熱）和海南瓊海（濕熱），這兩個城市分別建設(shè)有專用的汽車試驗場。此外，云南省的滇南、滇西南地區(qū)屬低熱河谷區(qū)[6]，有一部分在北回歸線以南，已進入熱帶范圍，如元江市，近些年逐漸有企業(yè)選擇在此開展整車高溫濕熱適應(yīng)性試驗。

2.1 海南汽車試驗場

海南汽車試驗場始建于1958年，位于海南省瓊海市嘉積鎮(zhèn)，占地1 200畝，鳥瞰圖如圖1所示，是中國建設(shè)最早的汽車試驗基地，也是我國唯一具有濕熱氣候特點的綜合性汽車試驗研究基地，具備高速環(huán)道、操穩(wěn)廣場、強化壞路、暴曬試驗區(qū)等場地，為國內(nèi)外汽車行業(yè)企業(yè)，提供試驗場地服務(wù)、產(chǎn)品開發(fā)驗證試驗服務(wù)和產(chǎn)品檢測認(rèn)證服務(wù)。

圖1 海南汽車試驗場

2.2 上汽大眾（吐魯番）汽車試驗場

上汽大眾（吐魯番）汽車試驗場位于新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番市高昌區(qū)恰特克勒鄉(xiāng)艾丁湖北側(cè)，投資8.5億元人民幣，占地23平方公里，于2018年正式運行，是國內(nèi)首個高溫干熱綜合性試驗場，鳥瞰圖如圖2所示。該試驗場擁有13.3公里的高速環(huán)路，12.9公里的熱帶強化試驗路，主路段6.5公里、輔助路段2.0公里的操控路，2.7公里的異響路，4.5公里的揚塵/石擊路，1.6公里的聲學(xué)評價專用路，并且設(shè)置6 000平方米的暴曬試驗區(qū)。

圖2 上汽大眾（吐魯番）汽車試驗場

2.3 中交火焰山汽車試驗場

中交火焰山汽車試驗場位于新疆吐魯番火焰山腳下，占地面積約11 040畝，總投資14.6億元，鳥瞰圖如圖3所示，主要建設(shè)內(nèi)容包括高速環(huán)道、直線性能路、砂礫路、揚塵路、城市工況路、智能網(wǎng)聯(lián)測試區(qū)、車企定制維修車間、辦公室及其配套設(shè)施。目前，已建成3.5公里直線性能路、砂礫路、揚塵路、維修車間、辦公室及其配套設(shè)施并投入運行，國內(nèi)知名企業(yè)如東風(fēng)汽車集團、廣汽集團、中汽中心等在高溫測試季已經(jīng)入駐。

圖3 中交火焰山汽車試驗場

2.4 新疆吐魯番自然環(huán)境試驗研究中心

新疆吐魯番自然環(huán)境試驗研究中心于2011年正式成立，占地133公頃，是目前世界第二大、國內(nèi)最大的干熱自然環(huán)境試驗基地。該研究中心依法授權(quán)和設(shè)立了3個國家級技術(shù)機構(gòu)，分別為國家市場監(jiān)管總局批準(zhǔn)的“國家干熱測試產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（新疆）”、原國家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)的“國家機動車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心吐魯番暴曬試驗場”和科技部批準(zhǔn)的“國家材料環(huán)境腐蝕平臺吐魯番大氣站”。該研究中心屬于典型的大陸性暖溫?zé)釒Щ哪畾夂?，可開展汽車類產(chǎn)品，包括汽車整車、汽車用塑料材料及制品、汽車用橡膠材料及制品、汽車用涂層材料及制品的大氣暴露試驗[7]。此外，該研究中心具備動態(tài)試驗道路5公里，如圖4所示，可供企業(yè)進行整車道路試驗。

圖4 新疆吐魯番自然環(huán)境試驗研究中心動態(tài)試驗道路

3 高溫地區(qū)主要試驗城市氣象條件分析

本文選取海南瓊海、新疆吐魯番和云南元江三個城市的氣象數(shù)據(jù)進行對比分析，包括日最高氣溫、日平均相對濕度、月太陽輻射總量，選取時間段為近三年的高溫測試季，即2018—2020年的6月至8月。其中，日最高氣溫和日平均相對濕度的數(shù)據(jù)來源于中國氣象局，所選取氣象站的信息如表2所示；月太陽輻射總量的數(shù)據(jù)為衛(wèi)星模擬數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于美國國家氣象局。

表2 氣象站信息

3.1 日最高氣溫

通過對近三年高溫測試季的日最高氣溫進行對比，如圖5所示，吐魯番的氣溫條件最佳，基本維持在35 ℃～45 ℃之間，最高曾達到46.8 ℃；瓊海和元江的氣溫條件較吐魯番略低，基本維持在30 ℃～40 ℃之間，但是波動較大，如2018年瓊海有14天日最高氣溫小于30 ℃，2020年元江有6天日最高氣溫小于30 ℃。

圖5 近三年6月—8月日最高氣溫（℃）曲線圖

3.2 日平均相對濕度

通過對近三年高溫測試季的日平均相對濕度進行對比，如圖6所示，吐魯番屬于暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，日平均相對濕度基本維持在10% RH～40% RH之間；瓊海屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候，日平均相對濕度基本維持在75% RH～95% RH之間；元江屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，日平均相對濕度基本維持在40% RH～90% RH之間，整體波動較大。

圖6 近三年6月～8月日平均相對濕度（%RH）曲線圖

3.3 月太陽輻射總量

通過對近三年高溫測試季的月太陽輻射量進行對比，如圖7所示，吐魯番的月太陽輻射總量明顯高于瓊海和元江，2018年6月份達到最高值720.9 MJ/m2；在6月和7月，瓊海的月太陽輻射總量高于元江，而8月反之，但總體來看，瓊海的太陽輻射資源優(yōu)于元江。

圖7 近三年6月～8月的月太陽輻射總量（MJ/m2）柱狀圖

4 結(jié)語

高溫地區(qū)整車環(huán)境適應(yīng)性試驗的測試項目豐富且關(guān)鍵，但現(xiàn)有國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)亟須制、修訂；新疆吐魯番和海南瓊海作為高溫干熱、濕熱的典型城市，氣候條件優(yōu)異，且具備全尺寸的汽車試驗場；云南元江作為高溫濕熱試驗場地的后起之秀，氣溫條件和太陽輻射條件與海南類似，但濕度條件較海南略差，且尚無專用的汽車試驗場，硬件設(shè)施有待加強。