汽车冷气候试验探究

1汽车在冷气候环境中容易出现的故障及相应的试验内容

1.1汽车在冷气候环境中容易出现的故障

经过长期对冷气候环境中汽车用户进行调查研究发现，因冷气候环境温度极低、降雪较多，汽车经常出现冷车不能启动、动力总成运转不良、橡胶件和塑料件产生变形、车内供暖不足、门窗进风和进雪、风窗结霜等故障。另外，冷气候环境道路路面长期积雪结冰，路面摩擦系数降低，汽车制动性能和操控性能随之下降，导致车辆容易失控，道路上交通事故频繁发生。针对以上冷气候环境汽车用户经常遇到的车辆故障以及环境道路等特点，汽车在开发阶段进行冷气候试验是非常必要的。

1.2汽车在冷气候环境中需要进行的试验

汽车低温冷启动试验主要考核汽车冷启动温度特性、汽车长期在冷气候环境中的使用性以及产品性能随使用而衰退后汽车在低温环境下的冷启动能力。汽车在冷气候环境中使用，用户经常将车辆置于室外，汽车经过整夜静置。早上外出时，恰好是每天温度最低的时候，汽车各个部件的温度达到每天的最低值，此时如果汽车无法正常启动，则给用户带来诸多不便。在冷气候环境中，汽车良好的冷启动性能是用户使用汽车的保障，即使天气出现极端低温，汽车也应该能通过辅助启动正常工作。在冷气候环境中，汽车发动机冷却液、发动机机油、车用燃油、电瓶等部件的抗低温性能以及整车的标定都会影响汽车的冷启动性能。汽车的橡胶及塑料零件在冷气候环境中工作，因温度寒冷且温差较大，零件容易产生变形、开裂、性能下降等问题。汽车内外饰及车身零件的变形、开裂会影响车辆外观、车辆密封性、车内的NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）性能；汽车橡胶及塑料管路零件变形会导致油液、气体渗漏；底盘橡胶零件的变形会引起车辆行驶噪音增大，车辆行驶舒适性降低。汽车电器件经常会出现电器件接头因低温变形而接触不良，零件长时间工作后热熔化变形，显示器不能正常显示，开关变形而无法打开或关闭等功能下降或失效类故障，严重时会导致车辆使用性能下降甚至停驶。汽车运动类零部件是汽车用户经常接触的汽车部件，如车门、车窗、座椅、后视镜、风窗刮水器、行李箱盖、发动机盖等。在冷气候环境中，空气中的水遇冷凝固在零件上，润滑脂粘度增加，橡胶件、塑料件硬度增加，空气弹簧压力减小等现象都会影响运动零件的正常工作，产生噪声、发涩、失效等故障。汽车发动机油、变速箱润滑油的粘度随环境温度的降低而增加，燃油挥发性能随环境温度的降低而下降。发动机起动后暖机时间长、熄火后温度下降快、节气门体内结冰、空气管路内结冰、轮胎硬度增加等现象都会影响到汽车的加速性能和驾驶性能。在汽车的开发阶段，汽车研发人员通过对冷气候环境中汽车驾驶性能评估，及时发现汽车驾驶性能方面的不足，反复对汽车驾驶性能进行调校，最终将具有良好驾驶性能的汽车产品交给用户。在冷气候环境中，人体感觉到最舒适的环境温度为17～20℃，而实际环境温度与舒适温度相差20～50℃甚至更多，所以要求汽车暖风系统具有良好的制热效果，同时车厢内需要新鲜空气流通。因车内外温差大，车内乘员呼吸时的热蒸汽容易在车窗玻璃上结霜、结雾，给驾驶员驾驶车辆造成安全隐患，同时影响车内乘员的观光。因此，车辆在行驶时应能够快速融化车窗内外的结霜，减少结霜对车内乘员特别是驾驶员视野的影响。汽车除霜试验中，车辆需要在－20℃以下的室外环境中静置一夜（12小时以上），使车辆充分冷却，车辆挡风玻璃上应形成霜冻，如果霜冻未达到要求，应采用人工制霜。进入车内试验人员应在室外环境中停留5分钟后进入车内进行试验，以减少衣物热量对试验结果的影响。试验人员进入车内后立即启动车辆，打开车辆暖风和除霜系统，每5分钟记录一次挡风玻璃上霜冻的融化情况。在挡风玻璃上的霜冻完全融化后进行车辆除霜功能动态评估，动态评估时，车内乘员应达到车辆额定载客数，车辆以不低于60km/h时速行驶50km，在行驶过程中检查车辆的结霜情况。为了减少阳光对试验结果的影响，试验必须在日出前完成。降雪时如果环境温度较高（－10℃以上），雪呈雪花状，而且比较粘，俗称湿雪。汽车在被湿雪覆盖的道路上行驶，雪会附着在汽车底盘、车身底部等部位并凝固，导致汽车驻车制动以及散热器风扇、悬架、高度调节传感器等车身下部运动零件的功能减退甚至失效，同时雪中的融雪剂和污染物对汽车零部件造成腐蚀损害。检查车辆在湿雪道路上行驶后车辆底部附着的积雪对车辆性能所造成的影响称为雪包围试验。雪包围试验需要试验车辆在下雪时或下雪后道路积雪未被其他车辆压实的普通道路上进行，车辆在积雪道路上行驶100km后在室外静置一夜（12小时以上），然后对车辆进行驾驶性评估和车辆底盘部件静态评估，检查车辆附着的积雪是否对车辆造成驾驶安全和底盘部件的永久性失效。如果环境温度较低，下雪时雪呈细小颗粒状，粘度很小，降落在道路上时容易被风吹走，俗称干雪。汽车在下降干雪的环境中行驶，雪容易入侵到汽车乘员舱、发动机舱、行李舱以及冷却风扇和空滤器等部位。干雪在冷却风扇和发动机周围运动零件上堆积，因发动机周围温度较高，堆积的雪融化后粘附在风扇叶片、电机及其他发动机附件零件上，当发动机停止工作后各零部件温度降低，粘附在零部件上的雪水凝结成冰块，发动机再次启动后，零部件上凝结的冰块严重影响风扇、皮带等旋转零件的正常工作并对金属零件造成腐蚀影响。如果干雪侵入并堆积在空滤器中，并进一步凝固，将影响发动机进气性能，使发动机的动力性能下降，严重时会导致发动机熄火，车辆停驶。检查车辆在干雪环境中行驶时雪进入车辆各舱后对车辆所造成影响的试验称为雪进入试验。雪进入试验需要试验车辆在专门的试验场地中跟随扬雪车进行，扬雪车将场地中积雪扬起模拟实际下雪环境，试验车辆紧随扬雪车，扬雪车和试验车速度保持70km左右为佳，试验总计行驶50km。每25km对车辆乘员舱和发动机舱的进雪情况以及车辆的行驶性能进行检查，评估车辆在干雪环境行驶时是否存在缺陷。通过表1中的数据可以看出，在冷气候环境中各种道路的摩擦系数远低于普通气候环境中的各种道路。汽车在低附着路面行驶时，车辆制动距离明显增大，稳定性降低。随着汽车技术的日新月异，现代汽车用于提高汽车制动性能和行驶稳定性的ABS（Anti-lockBrakingSystem，防抱死制动系统）、ESP（ElectronicStabilityProgram，车身电子稳定系统）等功能也越来越广泛。减小汽车制动距离，提高汽车制动稳定性和行驶稳定性，则有力地保证了汽车驾驶的安全性。图2是汽车是否安装ESP对汽车在冰雪道路弯道行驶的影响。（a）未安装ESP（b）安装ESP（c）未安装ESP过多转向正常行驶不足转向在冷气候环境中，由于公共道路上的积雪会被及时清除或融化，以及汽车用户长途旅行，驾驶员经常会在积雪道路、冰雪道路、结霜道路、干燥道路等各种综合复杂的路面上驾驶，汽车良好的操控性能和NVH性能会给驾车者带来驾驶乐趣。汽车轮胎是影响汽车操控性能和NVH性能的一个重要因素，所以汽车用户正确使用轮胎能够有效提高汽车的驾驶性能和汽车行驶的安全性。冬季轮胎在冰雪路面的加速、制动、操控、NVH等综合性能远优于四季轮胎和夏季轮胎。针对冷气候环境道路情况复杂的特点，对汽车进行相应的操控性能、NVH性能等方面的综合调校和评价是必不可少的。表2中列出了对汽车轮胎、汽车操控及NVH方面的试验评价内容。汽车产品在冷气候环境的耐久性试验，可有效考核汽车产品各项冷气候性能指标的稳定性和汽车产品在冷气候环境中使用的可靠性。

2结束语

汽车产品的冷气候试验是汽车产品开发中重要的一环。特别是在我国，地域辽阔，南北气候差异大，汽车的使用环境复杂。汽车产品在开发阶段通过冷气候试验，充分验证各项性能指标是否达到设计要求，及时发现产品薄弱环节并进行改进，将更好的产品交给用户，减少用户抱怨，得到用户认可。

本文作者：谭永岗工作单位：上海汽车集团股份有限公司