基于整車(chē)試驗(yàn)的我國(guó)高原地區(qū)試驗(yàn)道路研究

劉策 呂巖 劉兵 梁榮亮

摘 要：本文結(jié)合對(duì)整車(chē)高原地區(qū)試驗(yàn)項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)和道路場(chǎng)地的需求，對(duì)當(dāng)前我國(guó)可進(jìn)行高原試驗(yàn)的社會(huì)道路進(jìn)行調(diào)研分析，包括對(duì)青藏線格爾木地區(qū)、川藏線康定地區(qū)、滇藏線迪慶地區(qū)以及西藏拉薩地區(qū)四個(gè)地區(qū)的實(shí)際海拔道路條件以及做整車(chē)試驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行研究分析，闡述不同試驗(yàn)道路特點(diǎn)，為汽車(chē)企業(yè)做高原地區(qū)試驗(yàn)提供參考。

關(guān)鍵詞：車(chē)輛 高原地區(qū) 海拔 道路

1 引言

我國(guó)幅員遼闊地形復(fù)雜，南北向緯度不同溫度相差大，東西向經(jīng)度不同海拔相差較大，因其不同的環(huán)境地區(qū)和其不同的氣候特點(diǎn)造成了汽車(chē)不同類別的問(wèn)題影響。對(duì)高原地區(qū)來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)為大氣壓力低、空氣密度小、晝夜溫差大、地形復(fù)雜等，低氣壓效應(yīng)導(dǎo)致車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能下降、起動(dòng)困難、密封失效以及可靠性降低等問(wèn)題。各汽車(chē)企業(yè)在應(yīng)對(duì)以上這些適應(yīng)性問(wèn)題時(shí)，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)直到量產(chǎn)階段都需要進(jìn)行高原地區(qū)地區(qū)的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)[1]。

與高溫、高寒不同，高原地區(qū)一直沒(méi)有獨(dú)立封閉的汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)地。高溫地區(qū)如海南瓊海和新疆吐魯番地區(qū)分別具有濕熱和干熱氣候的大型汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng);高寒地區(qū)在如東北的內(nèi)蒙古的呼倫貝爾地區(qū)和黑龍江北部的黑河地區(qū)都分散著規(guī)格大小不同的寒區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)。而唯獨(dú)高原地區(qū)，據(jù)公開(kāi)的資料文獻(xiàn)顯示目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)高原地區(qū)的整車(chē)測(cè)試試驗(yàn)場(chǎng)，所有高原相關(guān)試驗(yàn)完全在模擬高原海拔的試驗(yàn)室以及高原地區(qū)的社會(huì)公共道路上進(jìn)行，雖然室內(nèi)海拔倉(cāng)技術(shù)不斷發(fā)展升級(jí)使試驗(yàn)參數(shù)以及細(xì)節(jié)控制更加精確，但試驗(yàn)室試驗(yàn)遠(yuǎn)不能完全代替實(shí)際道路驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì)高原地區(qū)整車(chē)試驗(yàn)道路的研究仍有重要意義[2-3]。本文結(jié)合對(duì)整車(chē)高原地區(qū)試驗(yàn)項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)和道路場(chǎng)地的需求，對(duì)當(dāng)前我國(guó)可進(jìn)行高原試驗(yàn)的社會(huì)道路進(jìn)行調(diào)研分析，包括對(duì)青藏線格爾木地區(qū)、川藏線康定地區(qū)、滇藏線迪慶地區(qū)以及西藏拉薩地區(qū)四個(gè)地區(qū)的實(shí)際海拔道路條件以及做整車(chē)試驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行研究分析，闡述不同試驗(yàn)道路特點(diǎn)，為汽車(chē)企業(yè)做高原地區(qū)試驗(yàn)提供參考。

2 高原試驗(yàn)項(xiàng)目及道路需求

高原地區(qū)空氣稀薄含氧量低，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量減少燃燒不充分，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性性能會(huì)明顯下降，同時(shí)燃料消耗量也會(huì)受到很大影響，就需要進(jìn)行動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)驗(yàn)證;由于高原空氣密度降低導(dǎo)致散熱器的傳熱系數(shù)和冷卻空氣的質(zhì)量流量均減小，使車(chē)輛冷卻系統(tǒng)的散熱能力明顯下降，最終導(dǎo)致車(chē)輛在高原工作時(shí)熱負(fù)荷增大，過(guò)熱現(xiàn)象頻發(fā)，就需要進(jìn)行總成熱狀態(tài)試驗(yàn);高原環(huán)境對(duì)整車(chē)的液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、無(wú)線電系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)都有不同的針對(duì)性影響，因此就需要開(kāi)展高原地區(qū)的可靠性適應(yīng)性試驗(yàn)[2-3]。綜上表1中總結(jié)了高原地區(qū)整車(chē)測(cè)試的試驗(yàn)項(xiàng)目以及道路需求。

動(dòng)力性試驗(yàn)包括整車(chē)的加速性能和最高車(chē)速試驗(yàn)，驗(yàn)證動(dòng)力性衰減情況，試驗(yàn)需要在2800m以上不同海拔的直線路上進(jìn)行;經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)包括多工況燃油消耗試驗(yàn)和等速油耗試驗(yàn)，驗(yàn)證消耗量是否符合設(shè)計(jì)范圍，試驗(yàn)場(chǎng)中該試驗(yàn)一般在其高速環(huán)路上進(jìn)行，而在社會(huì)道路上則僅能在滿足試驗(yàn)條件的直線路上即可，海拔同樣要在2800m以上不同海拔;爬長(zhǎng)坡下總成熱狀態(tài)試驗(yàn)，驗(yàn)證汽車(chē)的熱平衡性能，在社會(huì)道路設(shè)計(jì)中道路最大縱坡一般不大于8%，試驗(yàn)需要長(zhǎng)坡路上進(jìn)行爬長(zhǎng)坡測(cè)試，最大海拔最大海拔4200m以上;可靠性適應(yīng)性行駛試驗(yàn)驗(yàn)證整車(chē)及零部件的可靠性能，需要在2000m以上不同海拔高度下進(jìn)行，路況要包含高速、市區(qū)、山路、環(huán)路等不同路況，過(guò)程中還要對(duì)整車(chē)的駕駛性、制動(dòng)力和長(zhǎng)怠速的穩(wěn)定性等進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)價(jià)試驗(yàn)。除以上四種驗(yàn)證性試驗(yàn)外，還要進(jìn)行標(biāo)定類試驗(yàn)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器以及駕駛性等標(biāo)定試驗(yàn)，該項(xiàng)試驗(yàn)也需要分別在不同海拔高度的直線路進(jìn)行。

3 我國(guó)高原試驗(yàn)道路條件

我國(guó)是世界上高原海拔最高，分布最廣的國(guó)家。四大高原分別為青藏高原、內(nèi)蒙古高原、云貴高原和黃土高原。其中內(nèi)蒙高原平均海拔1000m，云貴高原和黃土高原海拔1000-2000m，青藏高原平均海拔在4000m以上。因海拔原因，高原汽車(chē)道路試驗(yàn)基本依托青藏高原進(jìn)行。結(jié)合考量道路試驗(yàn)人員的安全條件、試驗(yàn)車(chē)輛的維修服務(wù)以及試驗(yàn)后勤保障方面三個(gè)方面，分別選取滇藏線迪慶地區(qū)、青藏線格爾木地區(qū)、川藏線康定地區(qū)以及西藏拉薩地區(qū)四個(gè)地區(qū)（如圖1所示）作為試驗(yàn)道路考查點(diǎn)，后位將針對(duì)此四個(gè)地區(qū)進(jìn)行高原試驗(yàn)道路條件分析。

3.1 迪慶地區(qū)

迪慶地區(qū)高原試驗(yàn)基地可以為香格里拉市區(qū)或奔子欄鎮(zhèn)兩地，海拔分別為3280m和2020m，即圖2中左側(cè)的黃色點(diǎn)1和紫色點(diǎn)2，試驗(yàn)路線為香格里拉市區(qū)至奔子欄鎮(zhèn)和奔子欄鎮(zhèn)至梅里雪山兩段，途中前段路程79km（單程），行車(chē)1.3h，海拔最大變化1520m，途徑最大海拔處3515m;后段路程94km（單程），行車(chē)2h，海拔最大變化2256m，途徑最大海拔4314m。行駛路段為G214國(guó)道，附近無(wú)高速路段，環(huán)境特點(diǎn)山中溫度較低霧氣多，道路海拔前段為先升后降后段為逐步升高，雪山景區(qū)附近車(chē)流量偏多，其余道路車(chē)流量少，如圖2中所示[4]。

3.2 格爾木地區(qū)

格爾木地區(qū)高原試驗(yàn)基地為格爾木市區(qū)，海拔為2780m，即圖3中左側(cè)的黃色點(diǎn)1，高原試驗(yàn)路線為格爾木市區(qū)至昆侖山口路段，單程161km，行車(chē)3h20min，海拔最大變化2000m，途徑最大海拔4779m。行駛路段為京拉線G109國(guó)道。格爾木市區(qū)附近高速公路有兩條，一條為通往北部敦煌方向的G3011柳格高速和向東通往西寧的京藏高速。環(huán)境特點(diǎn)山上下溫差大，空氣干燥紫外線強(qiáng)，道路海拔特點(diǎn)高原路線海拔整體呈逐漸遞增爬坡趨勢(shì)，道路狀況除卡站驗(yàn)證處車(chē)輛稍多，其余地點(diǎn)包括高速路口車(chē)流量較少。

3.3 拉薩地區(qū)

拉薩地區(qū)高原試驗(yàn)基地為拉薩市區(qū)，海拔為3650m，即圖4中左側(cè)的黃色點(diǎn)1，高原試驗(yàn)路線為拉薩市區(qū)至羊八井鎮(zhèn)路段，單程99km，行車(chē)2h20min，海拔最大變化963m，途徑最大海拔4280m，行駛路段為G109國(guó)道和S304省道。拉薩地區(qū)附近有一條機(jī)場(chǎng)高速通往貢嘎國(guó)際機(jī)場(chǎng)，其余高速公路仍在修建尚未通車(chē)。環(huán)境特點(diǎn)高原氣候明顯，羊八井附近非鋪裝公路段較多，道路狀況國(guó)道G109車(chē)輛進(jìn)藏方向流量稍大，省道車(chē)及機(jī)場(chǎng)高速路口車(chē)流量較少。

3.4 康定地區(qū)

康定地區(qū)試驗(yàn)基地為康定市區(qū)，海拔2560m，即圖5中左側(cè)的黃色點(diǎn)1，高原試驗(yàn)路線為康定市區(qū)至甘孜康定機(jī)場(chǎng)路段，途徑折多山，單程44km，行車(chē)1h20min，海拔最大變化1870m，途徑最大海拔4319m，行駛路段為滬聶線G318國(guó)道及機(jī)場(chǎng)路?？刀ǖ貐^(qū)附近無(wú)高速公路，道路特點(diǎn)為高原試驗(yàn)路里程少海拔攀升快，爬山路段陡峭彎道多車(chē)流量稍多。

4 不同地區(qū)道路試驗(yàn)特點(diǎn)分析

結(jié)合表1中所列高原試驗(yàn)項(xiàng)目及道路需求和我國(guó)現(xiàn)有的高原道路試驗(yàn)條件逐條分析如下：

對(duì)于高原的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)所需道路條件，四個(gè)地區(qū)均有符合道路需求的社會(huì)道路，但是條件差異較大，其中拉薩地區(qū)可在拉薩市區(qū)至貢嘎機(jī)場(chǎng)高速路段完成，格爾木地區(qū)可在其周邊高速路段完成，而在迪慶地區(qū)和康定地區(qū)則需要在高原爬坡山路中選取滿足海拔的平直線路進(jìn)行試驗(yàn)，相比之下前兩種地區(qū)路況的試驗(yàn)操作相比后兩種更易于把控。動(dòng)力性試驗(yàn)所用儀器為GPS性能測(cè)試儀，高原地區(qū)空氣稀薄無(wú)干擾信號(hào)強(qiáng)，測(cè)試精度高。表2體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)某車(chē)型在格爾木地區(qū)高原動(dòng)力性加速試驗(yàn)的結(jié)果比對(duì)，從表中可看出受海拔影響其部分動(dòng)力性下降程度。

對(duì)于爬長(zhǎng)坡下的總成狀態(tài)試驗(yàn)，四個(gè)地區(qū)均有爬長(zhǎng)坡路段滿足表1要求，即為前文所示圖2至圖5左側(cè)所展示路段，但特點(diǎn)也不盡相同：格爾木地區(qū)道路寬闊、平直，海拔變化大連續(xù)爬坡路程長(zhǎng)，沿途植被稀少;康定和迪慶地區(qū)類似，道路彎道多，路程短爬坡高，沿途植被豐富，景區(qū)附近車(chē)流量大;拉薩地區(qū)本身已處于較高海拔，試驗(yàn)段道路寬闊、平直但爬坡海拔攀升小。綜上爬長(zhǎng)坡下的總成狀態(tài)試驗(yàn)最適宜地點(diǎn)為格爾木地區(qū)進(jìn)行，圖6為某車(chē)型格爾木地區(qū)總成熱狀態(tài)溫度結(jié)果圖，試驗(yàn)儀器為熱電偶及溫度數(shù)據(jù)采集器，試驗(yàn)開(kāi)始后車(chē)輛起步后油門(mén)全開(kāi)，在安全條件允許的情況下，盡可能高速行駛。對(duì)機(jī)油、機(jī)艙、分動(dòng)箱、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水、發(fā)動(dòng)機(jī)出水、變速箱、前橋、中冷出氣、渦輪進(jìn)氣以及環(huán)境溫度連續(xù)爬坡下進(jìn)行監(jiān)控。經(jīng)驗(yàn)證在總成熱狀態(tài)試驗(yàn)接近平衡時(shí)，其各總成溫度均滿足其最大許用溫度設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于可靠性適應(yīng)性試驗(yàn)，僅考慮海拔參數(shù)單一影響因子，明顯拉薩地區(qū)最高（3650m），迪慶格爾木及康定地區(qū)逐一遞減，其均滿足表1要求，路況方面格爾木和拉薩周邊有可用高速公路，迪慶和康定地區(qū)周邊高海拔高速公路缺少，高速路段試驗(yàn)僅能在國(guó)道或機(jī)場(chǎng)路完成;市區(qū)公路、壞路及山路各個(gè)地區(qū)均豐富公路資源。環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)是指試驗(yàn)整車(chē)在外界環(huán)境刺激影響下的性能表現(xiàn)。試驗(yàn)需要根據(jù)不同需求，安排試驗(yàn)里程及路況分配并根據(jù)QC/T 900-1997汽車(chē)整車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方法進(jìn)行檢驗(yàn)[5]。

對(duì)于高原標(biāo)定類試驗(yàn)，四個(gè)地區(qū)除拉薩地區(qū)本身已處于高海拔位置不適合全海拔標(biāo)定試驗(yàn)外，其余三處地點(diǎn)均滿足試驗(yàn)條件道路需求，試驗(yàn)要求對(duì)多個(gè)海拔高度下進(jìn)行，包括冷啟動(dòng)、冷態(tài)起步行駛、高溫再啟動(dòng)及暖機(jī)行駛、怠速穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、加減速和換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)、市區(qū)和高速駕駛性評(píng)價(jià)及山路駕駛性評(píng)價(jià)等試驗(yàn)項(xiàng)目，標(biāo)定工程師需針對(duì)暴露出的問(wèn)題進(jìn)行解決和改善[6]。

5 結(jié)論

通過(guò)前文敘述，迪慶地區(qū)、格爾木地區(qū)康定地區(qū)及拉薩地區(qū)均有滿足整車(chē)高原地區(qū)路試需求的道路條件，其中整車(chē)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)在拉薩地區(qū)和格爾木地區(qū)相對(duì)方便;爬長(zhǎng)坡下總成熱狀態(tài)試驗(yàn)最適合在格爾木地區(qū)進(jìn)行;可靠性適應(yīng)性不同地區(qū)除海波高外扔有不同的路況及氣候特點(diǎn)，對(duì)車(chē)輛的試驗(yàn)結(jié)果也不盡相同，建議各汽車(chē)企業(yè)在進(jìn)行高原地區(qū)道路試驗(yàn)前，需要對(duì)選定地區(qū)的道路條件進(jìn)行充分調(diào)查研究，制定符合當(dāng)?shù)靥卣鞯脑囼?yàn)大綱再進(jìn)行試驗(yàn)。

致謝：科技部 新能源汽車(chē)重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目：整車(chē)測(cè)試驗(yàn)證與氫/電安全研究及標(biāo)準(zhǔn) （2018YFB0105304）

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