汽车环境适应性试验探索

来源：中文期刊网位置：自然科学时间：13-05-28 09:01

试验类型汽车适应性试验是在自然或人工模拟环境中，对与环境密切相关的汽车材料、总成与零部件以及整车进行的环境试验。通过特定环境条件下的试验，测量汽车各项性能参数的变化规律，并检验是否符合设计要求，从而对汽车在各种环境条件下的适应能力进行评价。依据试验目的、试验场所和试验条件，汽车环境适应性试验可以分为汽车老化试验、地区环境适应性试验、电磁环境适应性试验和室环境模拟试验等[3]。汽车气候老化试验汽车气候老化试验是将汽车长期暴露在典型自然环境中，研究汽车气候老化的演变规律，验证与评价汽车整车、零部件及材料在典型大气环境条件下的耐候性和稳定性[1]。进行气候老化试验时，应根据汽车可能遇到的各种自然环境，确定试验的场地和时间，以及试验的材料、构件、部件和设备等。根据我国实际气候环境条件，应着重考虑的典型严酷自然环境有寒冷环境、湿热环境、高原环境、干热沙漠环境[1]。自然气候老化试验自然气候老化试验也称为自然环境暴露试验，它是一种将材料和产品长期暴露于某种自然环境中，以确定该种自然环境对材料和产品老化影响的试验。自然气候老化试验通常可以分为直接暴露试验、太阳跟踪聚光暴露试验和特殊暴露试验[1，5]。1）老化试验的典型气候。世界各地的气候存在很大的差异，选择适当的自然环境条件进行试验非常重要。美国经过长期的研究发现，亚热带气候与干热沙漠气候具有广泛的代表性，在这两种典型自然环境下进行气候老化试验，老化效果明显。在我国，长期研究表明，海南湿热内陆地区是理想的气候老化试验地点。2）国内外典型自然环境暴露试验场。国内外汽车企业对汽车自然环境暴露试验非常重视，在世界各地典型气候区了专门的自然环境暴露试验场。如美国通用公司在美国凤凰城、德国大众公司在德国狼堡、日本丰田公司在冲绳岛分别建设了汽车自然环境暴露试验场。我国从20世纪50年代中期开始，在多部门的领导下，先后在海南、敦煌、拉萨、广州、重庆江津、海拉尔等地建立了湿热、沙尘、高原、寒冷等自然环境试验站，可开展汽车材料、零部件及整车的各种自然环境暴露试验。实验室气候老化试验实验室气候老化试验是一种快速、有效的模拟环境试验，可以部分取代漫长的自然环境暴露试验。为了能够比自然环境试验更快速评估材料或产品的耐老化性能，人们通常采用模拟太阳光的人工光源试验设备对被试样品进行加速老化试验，实现加速老化试验的目的。实验室气候老化试验不受日夜循环、季节变化和气候条件的限制，材料暴露的温度、热循环、湿度和水分可以得到控制。实验室加速老化试验的另一个优点是重复性和再现性好，可以独立控制每个老化因素。由于实验室气候老化试验不能完全模拟自然环境条件，因此还不能完全代替自然环境暴露试验[1]。

地区环境适应性试验现代汽车应满足全天候、多地域复杂自然环境条件下的使用要求。因此，必须在实际使用环境条件下或者极端自然环境条件下，考察汽车的耐环境能力以及正常工作的能力。汽车地区环境适应性试验也称为使用环境试验，目的是确定汽车在实际使用过程中，各种自然环境对其性能产生的影响。汽车地区环境适应性试验是考核、验证和研究汽车环境适应性的重要手段，在汽车的研制、生产和使用阶段均有广泛的应用。地区环境适应性试验一般考核低温、高温、高原、湿热、戈壁、沙漠、淋雨、冰雪、盐雾等各种大气环境条件对汽车性能的影响。在进行地区环境适应性试验时，应针对不同的试验环境条件，制定试验大纲，明确试验条件、测量参数、试验方法以及环境失效判据等。试验结束后，应提交使用环境试验报告，并针对不同类型的汽车，确定使用环境及要求。低温地区适应性试验我国东北、西北和华北等地区冬季严寒期长、气温低（最低达-50℃左右）、降雪多，这些气候特征对汽车的使用产生许多不利的影响。汽车在低温地区使用时主要存在问题有发动机起动困难、总成及零部件磨损严重、燃料消耗量增加，材料性能变化、易损坏，行车安全性和可靠性下降等。汽车低温地区适应性试验[3]通常包括冷起动性能试验、驾驶室采暖除霜试验、适应性行驶试验。汽车低温地区适应性试验，重点试验和验证在极端寒冷（-40℃左右）气候条件下汽车的综合性能，如冷起动性能、驾驶室采暖和除霜性能、车门等能否正常开启、汽车能否正常行驶、各种电气设备能否正常运行、各种管路系统是否畅通、高分子材料的性能以及汽车防侧滑系统是否符合设计要求等。高温、湿热地区适应性试验我国大部分地区夏季都比较炎热，日照时间长，太阳辐射强度大，气温高。东南沿海地区在梅雨和台风季节，阴雨连绵、闷热潮湿，空气中盐分含量较高。高温、湿热气候对汽车产生不利的影响，导致发动机功率下降、燃烧不正常、机油变质加快、零部件磨损严重、金属腐蚀加剧、车辆散热性能变差、供油系统容易产生气阻、轮胎易损坏等。高温、湿热地区适应性试验应在亚热带高温季节进行，气温35℃以上，相对湿度在85%以上。试验项目主要包括汽车热平衡能力道路试验、汽车隔热通风试验、供油系统可靠性试验等[3]。高原地区适应性试验我国是高原面积广阔的国家，海拔超过1000m的高原面积约有358万平方公里，约占我国国土面积的37%，其中具有代表性的有青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和云贵高原。高原地区的环境特点是大气压力低、空气密度小、太阳光（紫外线）强、温度低、昼夜温差大、风沙大、地形复杂等。汽车在高原地区使用过程中存在的主要问题有发动机动力性下降、经济性变差、起动困难、冷却系统散热效率降低、排放恶化，材料的弹性、绝缘和密封性能下降等，汽车安全性、制动性、操纵稳定性、通过性、可靠性和耐久性以及效率等下降。汽车高原地区适应性试验可以在海拔3000m以上的高原地区或高原环境试验室内进行。高原地区适应性试验主要考查汽车的各种使用性能是否满足高原地区特殊气候与环境条件下的使用要求。汽车高原地区适应性试验[3]主要包括汽车爬长坡试验，附属、专用设备适用性试验，适应性行驶试验。

在环境模拟实验室中进行整车、总成、零部件及材料试验具有不受地区、季节及时间限制，可复现自然条件、模拟极限环境条件，可在相同环境条件下多次重复试验，便于评估和详细分析试验数据等优点。汽车环境试验仿真技术随着环境对汽车影响的广泛深入，以及汽车的结构和技术日趋复杂，汽车环境适应性试验工作量和难度越来越大。汽车环境适应性试验不仅组织实施困难，而且需要高额的经费支持，很多试验项目难以在实验室或试验场进行。环境试验仿真技术作为一种经济、有效的手段，已经成为汽车环境适应性试验中一个重要发展方向。汽车环境试验仿真技术（又称汽车虚拟环境仿真试验技术）是应用数字仿真技术，对汽车在实际环境中产生的环境效应及其对汽车性能的影响进行分析、评价和预测的技术[7]。由于环境试验仿真技术能够提高环境试验与评价的有效性，不受气候环境影响、试验周期短、费用少，是进行汽车环境适应性研究的有效手段[8]。在发达国家，该技术被广泛应用于武器装备系统的论证、试验与评价。然而，由于汽车环境适应性问题的复杂性和特殊性，如何发挥环境试验仿真技术的优势，弥补现有环境试验的不足，更好地满足汽车设计研制、生产和使用中对汽车环境适应性的评价要求，是汽车环境试验技术发展的一个重要课题。

我国是汽车使用环境最严酷的国家之一，“三高”（高原、高寒、高温）环境条件对汽车的环境适应性提出了更高的要求。随着汽车的快速发展，我国在汽车环境试验技术和环境适应性研究方面取得了长足的进步和发展，但由于起步较晚，与国外相比仍有较大的差距。主要表现在多参数综合动态环境试验模拟技术较差，环境模拟试验设备主要依赖进口，试验检测技术和应用水平不高，环境适应性试验标准化体系不完善等。随着汽车行业对汽车环境适应性的逐渐重视以及环境试验技术的不断完善与进步，汽车的环境适应性水平将继续得到提高。未来汽车环境适应性试验的发展趋势可以概括为以下几方面：环境试验方式多样化，实际使用环境试验与实验室模拟环境试验相结合；着眼于全球，试验环境条件复杂多样、覆盖范围更广；虚拟环境仿真试验是未来汽车环境试验的重点发展方向，具有广阔的应用前景。

作者：许翔 张众杰 凤蕴 董素荣 刘瑞林 单位：军事学院 总装备部汽车试验场