汽車冷氣候試驗探究

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1汽車在冷氣候環境中容易出現的故障及相應的試驗內容

1.1汽車在冷氣候環境中容易出現的故障

經過長期對冷氣候環境中汽車用戶進行調查研究發現，因冷氣候環境溫度極低、降雪較多，汽車經常出現冷車不能啟動、動力總成運轉不良、橡膠件和塑料件產生變形、車內供暖不足、門窗進風和進雪、風窗結霜等故障。另外，冷氣候環境道路路面長期積雪結冰，路面摩擦系數降低，汽車制動性能和操控性能隨之下降，導致車輛容易失控，道路上交通事故頻繁發生。針對以上冷氣候環境汽車用戶經常遇到的車輛故障以及環境道路等特點，汽車在開發階段進行冷氣候試驗是非常必要的。

1.2汽車在冷氣候環境中需要進行的試驗

汽車低溫冷啟動試驗主要考核汽車冷啟動溫度特性、汽車長期在冷氣候環境中的使用性以及產品性能隨使用而衰退后汽車在低溫環境下的冷啟動能力。汽車在冷氣候環境中使用，用戶經常將車輛置于室外，汽車經過整夜靜置。早上外出時，恰好是每天溫度最低的時候，汽車各個部件的溫度達到每天的最低值，此時如果汽車無法正常啟動，則給用戶帶來諸多不便。在冷氣候環境中，汽車良好的冷啟動性能是用戶使用汽車的保障，即使天氣出現極端低溫，汽車也應該能通過輔助啟動正常工作。在冷氣候環境中，汽車發動機冷卻液、發動機機油、車用燃油、電瓶等部件的抗低溫性能以及整車的標定都會影響汽車的冷啟動性能。汽車的橡膠及塑料零件在冷氣候環境中工作，因溫度寒冷且溫差較大，零件容易產生變形、開裂、性能下降等問題。汽車內外飾及車身零件的變形、開裂會影響車輛外觀、車輛密封性、車內的NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動與聲振粗糙度）性能；汽車橡膠及塑料管路零件變形會導致油液、氣體滲漏；底盤橡膠零件的變形會引起車輛行駛噪音增大，車輛行駛舒適性降低。汽車電器件經常會出現電器件接頭因低溫變形而接觸不良，零件長時間工作后熱熔化變形，顯示器不能正常顯示，開關變形而無法打開或關閉等功能下降或失效類故障，嚴重時會導致車輛使用性能下降甚至停駛。汽車運動類零部件是汽車用戶經常接觸的汽車部件，如車門、車窗、座椅、后視鏡、風窗刮水器、行李箱蓋、發動機蓋等。在冷氣候環境中，空氣中的水遇冷凝固在零件上，潤滑脂粘度增加，橡膠件、塑料件硬度增加，空氣彈簧壓力減小等現象都會影響運動零件的正常工作，產生噪聲、發澀、失效等故障。汽車發動機油、變速箱潤滑油的粘度隨環境溫度的降低而增加，燃油揮發性能隨環境溫度的降低而下降。發動機起動后暖機時間長、熄火后溫度下降快、節氣門體內結冰、空氣管路內結冰、輪胎硬度增加等現象都會影響到汽車的加速性能和駕駛性能。在汽車的開發階段，汽車研發人員通過對冷氣候環境中汽車駕駛性能評估，及時發現汽車駕駛性能方面的不足，反復對汽車駕駛性能進行調校，最終將具有良好駕駛性能的汽車產品交給用戶。在冷氣候環境中，人體感覺到最舒適的環境溫度為17～20℃，而實際環境溫度與舒適溫度相差20～50℃甚至更多，所以要求汽車暖風系統具有良好的制熱效果，同時車廂內需要新鮮空氣流通。因車內外溫差大，車內乘員呼吸時的熱蒸汽容易在車窗玻璃上結霜、結霧，給駕駛員駕駛車輛造成安全隱患，同時影響車內乘員的觀光。因此，車輛在行駛時應能夠快速融化車窗內外的結霜，減少結霜對車內乘員特別是駕駛員視野的影響。汽車除霜試驗中，車輛需要在－20℃以下的室外環境中靜置一夜（12小時以上），使車輛充分冷卻，車輛擋風玻璃上應形成霜凍，如果霜凍未達到要求，應采用人工制霜。進入車內試驗人員應在室外環境中停留5分鐘后進入車內進行試驗，以減少衣物熱量對試驗結果的影響。試驗人員進入車內后立即啟動車輛，打開車輛暖風和除霜系統，每5分鐘記錄一次擋風玻璃上霜凍的融化情況。在擋風玻璃上的霜凍完全融化后進行車輛除霜功能動態評估，動態評估時，車內乘員應達到車輛額定載客數，車輛以不低于60km/h時速行駛50km，在行駛過程中檢查車輛的結霜情況。為了減少陽光對試驗結果的影響，試驗必須在日出前完成。降雪時如果環境溫度較高（－10℃以上），雪呈雪花狀，而且比較粘，俗稱濕雪。汽車在被濕雪覆蓋的道路上行駛，雪會附著在汽車底盤、車身底部等部位并凝固，導致汽車駐車制動以及散熱器風扇、懸架、高度調節傳感器等車身下部運動零件的功能減退甚至失效，同時雪中的融雪劑和污染物對汽車零部件造成腐蝕損害。檢查車輛在濕雪道路上行駛后車輛底部附著的積雪對車輛性能所造成的影響稱為雪包圍試驗。雪包圍試驗需要試驗車輛在下雪時或下雪后道路積雪未被其他車輛壓實的普通道路上進行，車輛在積雪道路上行駛100km后在室外靜置一夜（12小時以上），然后對車輛進行駕駛性評估和車輛底盤部件靜態評估，檢查車輛附著的積雪是否對車輛造成駕駛安全和底盤部件的永久性失效。如果環境溫度較低，下雪時雪呈細小顆粒狀，粘度很小，降落在道路上時容易被風吹走，俗稱干雪。汽車在下降干雪的環境中行駛，雪容易入侵到汽車乘員艙、發動機艙、行李艙以及冷卻風扇和空濾器等部位。干雪在冷卻風扇和發動機周圍運動零件上堆積，因發動機周圍溫度較高，堆積的雪融化后粘附在風扇葉片、電機及其他發動機附件零件上，當發動機停止工作后各零部件溫度降低，粘附在零部件上的雪水凝結成冰塊，發動機再次啟動后，零部件上凝結的冰塊嚴重影響風扇、皮帶等旋轉零件的正常工作并對金屬零件造成腐蝕影響。如果干雪侵入并堆積在空濾器中，并進一步凝固，將影響發動機進氣性能，使發動機的動力性能下降，嚴重時會導致發動機熄火，車輛停駛。檢查車輛在干雪環境中行駛時雪進入車輛各艙后對車輛所造成影響的試驗稱為雪進入試驗。雪進入試驗需要試驗車輛在專門的試驗場地中跟隨揚雪車進行，揚雪車將場地中積雪揚起模擬實際下雪環境，試驗車輛緊隨揚雪車，揚雪車和試驗車速度保持70km左右為佳，試驗總計行駛50km。每25km對車輛乘員艙和發動機艙的進雪情況以及車輛的行駛性能進行檢查，評估車輛在干雪環境行駛時是否存在缺陷。通過表1中的數據可以看出，在冷氣候環境中各種道路的摩擦系數遠低于普通氣候環境中的各種道路。汽車在低附著路面行駛時，車輛制動距離明顯增大，穩定性降低。隨著汽車技術的日新月異，現代汽車用于提高汽車制動性能和行駛穩定性的ABS（Anti-lockBrakingSystem，防抱死制動系統）、ESP（ElectronicStabilityProgram，車身電子穩定系統）等功能也越來越廣泛。減小汽車制動距離，提高汽車制動穩定性和行駛穩定性，則有力地保證了汽車駕駛的安全性。圖2是汽車是否安裝ESP對汽車在冰雪道路彎道行駛的影響。（a）未安裝ESP（b）安裝ESP（c）未安裝ESP過多轉向正常行駛不足轉向在冷氣候環境中，由于公共道路上的積雪會被及時清除或融化，以及汽車用戶長途旅行，駕駛員經常會在積雪道路、冰雪道路、結霜道路、干燥道路等各種綜合復雜的路面上駕駛，汽車良好的操控性能和NVH性能會給駕車者帶來駕駛樂趣。汽車輪胎是影響汽車操控性能和NVH性能的一個重要因素，所以汽車用戶正確使用輪胎能夠有效提高汽車的駕駛性能和汽車行駛的安全性。冬季輪胎在冰雪路面的加速、制動、操控、NVH等綜合性能遠優于四季輪胎和夏季輪胎。針對冷氣候環境道路情況復雜的特點，對汽車進行相應的操控性能、NVH性能等方面的綜合調校和評價是必不可少的。表2中列出了對汽車輪胎、汽車操控及NVH方面的試驗評價內容。汽車產品在冷氣候環境的耐久性試驗，可有效考核汽車產品各項冷氣候性能指標的穩定性和汽車產品在冷氣候環境中使用的可靠性。

2結束語

汽車產品的冷氣候試驗是汽車產品開發中重要的一環。特別是在我國，地域遼闊，南北氣候差異大，汽車的使用環境復雜。汽車產品在開發階段通過冷氣候試驗，充分驗證各項性能指標是否達到設計要求，及時發現產品薄弱環節并進行改進，將更好的產品交給用戶，減少用戶抱怨，得到用戶認可。

本文作者：譚永崗工作單位：上海汽車集團股份有限公司