汽車環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)定立體試驗(yàn)場研究范文

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《內(nèi)燃機(jī)工程雜志》2016年第二期

摘要：

針對傳統(tǒng)道路整車標(biāo)定試驗(yàn)場開展三高標(biāo)定試驗(yàn)的不足之處，分析了在云南地區(qū)開展道路整車三高標(biāo)定試驗(yàn)的氣候、地形、海拔和交通等環(huán)境條件，并重點(diǎn)考察了云南省元江、香格里拉兩個地域滿足三高標(biāo)定的環(huán)境條件優(yōu)勢。通過多個車型的三高標(biāo)定試驗(yàn)和市場驗(yàn)證研究表明：云南地區(qū)是一個適合中國國情的完整的三高標(biāo)定立體試驗(yàn)場，其復(fù)雜極端環(huán)境條件能夠更好地考核整車的環(huán)境適應(yīng)性能，以云南為整車標(biāo)定試驗(yàn)場開展標(biāo)定試驗(yàn)，能夠比傳統(tǒng)的三高標(biāo)定試驗(yàn)場節(jié)省2／5的時間，節(jié)約1／3的路程，降低了人力與運(yùn)輸成本。

關(guān)鍵詞：

內(nèi)燃機(jī)；整車道路標(biāo)定；試驗(yàn)場；環(huán)境適應(yīng)性；三高標(biāo)定

在新車型的開發(fā)定型過程中，汽車發(fā)動機(jī)的整車標(biāo)定是一個非常重要的環(huán)節(jié)。整車標(biāo)定與環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)定密切相關(guān)［1］，為了使汽車發(fā)動機(jī)能夠適應(yīng)各種各樣的行車環(huán)境，通常選擇在惡劣的道路環(huán)境下考核發(fā)動機(jī)的可靠性，因此標(biāo)定工程師需要針對特殊的環(huán)境對整車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行大量且系統(tǒng)的控制參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)［2］，以保證車輛在特殊環(huán)境下能夠達(dá)到最佳的工作狀況，滿足客戶在各種環(huán)境下的使用需要和排放法規(guī)要求［3－4］。我國地域廣闊，地形、海拔、濕度和溫度情況復(fù)雜多樣，涵蓋了各種極端嚴(yán)酷環(huán)境。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)（enginemanagementsystem，EMS）的使用環(huán)境在全球范圍內(nèi)也是最為苛刻的［5］，但目前我國對整車定型標(biāo)定試驗(yàn)環(huán)境尚未有完整統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)動機(jī)的整車標(biāo)定試驗(yàn)中，夏季試驗(yàn)、冬季試驗(yàn)和高原試驗(yàn)是被普遍實(shí)施的標(biāo)定試驗(yàn)，這三類標(biāo)定試驗(yàn)構(gòu)成了整車標(biāo)定環(huán)節(jié)中環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)定的主要內(nèi)容，被稱之為三高標(biāo)定，即高溫、高寒和高原標(biāo)定。

多年來，國內(nèi)整車和發(fā)動機(jī)廠家在三高標(biāo)定試驗(yàn)中對室外道路的選擇均集中在國內(nèi)最極端嚴(yán)酷環(huán)境地域，如：高溫試驗(yàn)在新疆吐魯番或海南；高寒試驗(yàn)在黑龍江黑河或內(nèi)蒙古加格達(dá)齊等地；高原試驗(yàn)在青海等地。經(jīng)過長期的建設(shè)，海南、吐魯番、黑河和加格達(dá)齊等地均建有較完備的試車場地和相關(guān)設(shè)施。這些場地和設(shè)施為我國汽車及發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重大作用。然而，隨著國內(nèi)汽車工業(yè)的高速發(fā)展，每年有大量新車型急需試驗(yàn)定型并投放市場，眾多廠家在有限的試驗(yàn)季節(jié)窗口期集中開展三高標(biāo)定試驗(yàn)，導(dǎo)致這幾個試驗(yàn)場所道路擁擠不堪。傳統(tǒng)三高標(biāo)定地域的不足主要體現(xiàn)在三個方面：（1）由于上述地域的分散且遙遠(yuǎn)，完成一個車型的三高標(biāo)定的成本較高，完成全部三高試驗(yàn)的交通運(yùn)輸距離長達(dá)一萬多公里，標(biāo)定人員的工作環(huán)境和工作條件非常艱苦，道路交通、燃油補(bǔ)給和維修服務(wù)非常不便；（2）受氣候與地理環(huán)境因素制約及交通運(yùn)輸條件的影響，標(biāo)定周期長達(dá)18個月，使標(biāo)定車的車況易發(fā)生變化，對標(biāo)定構(gòu)成不利影響；（3）傳統(tǒng)三高標(biāo)定地域中某些環(huán)境極端條件雖然最為嚴(yán)酷，但是環(huán)境條件相對單一，不利于檢驗(yàn)復(fù)雜極端環(huán)境條件下的整車性能。針對以上問題，本文中通過試驗(yàn)等方法研究探索更好的解決思路和試驗(yàn)場地，對推進(jìn)我國汽車及發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)的科學(xué)發(fā)展具有重要意義。

1云南自然概貌與交通

1．1云南區(qū)位云南地處我國西南部，全省東西橫跨864．9km，南北縱跨990km，總面積約為39萬km2，占全國總面積的4．11％，在全國各省級行政區(qū)中面積排名第八。北回歸線穿過省境南部，云南省的東面是廣西和貴州，北面是四川，西北面是西藏，西面是緬甸，南面是老撾，東南方是越南。

1．2云南地貌云南屬山地高原地形，山地高原約占全省國土總面積的94％。全省地勢呈現(xiàn)西北高、東南低，自北向南呈階梯狀逐級下降，從北到南的每公里距離海拔平均降低6m。云南省地貌如圖1所示。云南北部是青藏高原南延部分，海拔一般在3000～4000m左右，有高黎貢山、怒山、云嶺等巨大山系和怒江、瀾滄江、金沙江等大河自北向南相間排列，三江并流，高山峽谷相間，地勢險峻。山嶺和峽谷相對高差超過1000m。5000m以上的高山頂部常年積雪，形成奇異、雄偉的山岳冰川地貌。云南南部為橫斷山脈，山地海拔不到3000m，主要有哀牢山、無量山、邦馬山等，地勢向南和西南緩降，河谷逐漸寬廣；在南部、西南部邊境，地勢漸趨和緩，山勢較矮，寬谷盆地較多，海拔在800～1000m左右，個別地區(qū)下降至500m以下，主要是熱帶、亞熱帶地區(qū)。云南省海拔高低相差很大，最高點(diǎn)海拔6740m，在滇藏交界處德欽縣境內(nèi)怒山山脈的梅里雪山主峰卡瓦格博峰；最低點(diǎn)海拔76．4m，在河口縣境內(nèi)南溪河與紅河交匯的中越界河處，兩地直線距離約900km，海拔相差大于6000m。

1．3云南氣候云南立體氣候特點(diǎn)顯著，類型眾多、干濕季節(jié)分明、氣溫隨著地勢高低垂直變化且異常明顯。滇西北屬寒帶型氣候，長冬無夏，春秋較短；滇東、滇中屬溫帶型氣候，四季如春，遇雨成冬；滇南、滇西南屬低熱河谷區(qū)，有一部分在北回歸線以南，進(jìn)入熱帶范圍，長夏無冬。全國其他省份具有的氣候云南省一應(yīng)俱全，熱帶、溫帶、寒帶三帶氣候均可在云南一省范圍內(nèi)見到。

1．4公路建設(shè)云南省公路總里程已增至2．229×105km，2014年高速公路通車總里程達(dá)3200km，公路密度為每百平方千米56．58km。云南省公路通車總里程已位居全國第一。高速公路基本覆蓋全省中各市、縣、鄉(xiāng)重要區(qū)域，形成以昆明市為中心（樞紐）輻射全省，邊接四川、貴州、廣西、西藏和周邊國家緬甸、老撾、越南和泰國公路的公路交通網(wǎng)。云南省公路交通網(wǎng)如圖2所示。

2云南開展整車標(biāo)定試驗(yàn)的環(huán)境優(yōu)勢分析

2．1高溫整車標(biāo)定試驗(yàn)環(huán)境在云南開展高溫標(biāo)定的最佳地點(diǎn)是位于南部紅河河谷的元江縣，元江縣距玉溪市130km，距昆明市210km，均為高速公路通達(dá)，交通非常方便。該地區(qū)旅游資源豐富，有著名景點(diǎn)元陽梯田、紅河梯田，旅游配套資源（如酒店等）比較齊全，生活條件好。元江為哈尼族彝族自治縣，民風(fēng)純樸，治安條件好。元江境內(nèi)最高點(diǎn)海拔（阿波列山）為2580m，最低點(diǎn)海拔（小河垤）為327m，相對高差達(dá)2253m。山區(qū)面積2766．54km2，占總面積的96．8％，壩區(qū)面積91．46km2，占總面積的3．2％。元江具有獨(dú)特的立體氣候特點(diǎn)：熱量垂直變化大，山區(qū)溫涼，壩區(qū)炎熱；最高氣溫44．5℃；年平均氣溫23．8℃，最熱月平均氣溫（6月）28．8℃；年日照時數(shù)2076．8h；年平均相對濕度71％，最大月平均相對濕度為85％，最小月平均相對濕度為51％。近年來，元江的高溫日數(shù)記錄創(chuàng)新高，2005—2014年間，元江的年平均高溫日數(shù)已經(jīng)達(dá)到了114．8天，而吐魯番的平均高溫日數(shù)是102．5天。圖3為元江與吐魯番、海南的全年極端高溫對比。由圖3可見，元江的極端高溫與吐魯番接近，明顯高于海南。與吐魯番相比，元江的全年極端高溫月份要多，有利于靈活安排標(biāo)定周期，可避免高峰出行。基于以上分析可知，元江地區(qū)道路環(huán)境是一種獨(dú)特的立體環(huán)境，具有較高的極端夏季氣溫、濕熱的氣候、較低的平均海拔和較大的海拔落差。在元江進(jìn)行高溫標(biāo)定試驗(yàn)的優(yōu)勢十分明顯。首先，由于中國境內(nèi)絕大多數(shù)地點(diǎn)夏季的氣候特點(diǎn)為濕熱，相比吐魯番的干熱，元江濕熱的氣候環(huán)境更符合開展夏季高溫標(biāo)定試驗(yàn)。其次，元江境內(nèi)的省道、國道公路具有坡道長、落差大的特點(diǎn)，可以在0．5h內(nèi)從海拔382m爬升至1692m，如圖4所示。高溫、濕熱、高負(fù)荷的路況特點(diǎn)，非常有利于及時地檢驗(yàn)整車的熱平衡性能及爬坡能力，對前期標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行及時修正。

2．2高原與高寒整車標(biāo)定試驗(yàn)環(huán)境在云南開展高原與高寒標(biāo)定的最佳地點(diǎn)是位于西北部迪慶藏族自治州的香格里拉214國道白馬雪山埡口區(qū)域。香格里拉是滇、川及西藏三省區(qū)交匯處，是大藏區(qū)最富裕的地區(qū)，治安條件好；有舉世聞名的“三江并流”，普達(dá)措國家公園，梅里雪山，松贊林寺等風(fēng)景區(qū)；有滇藏公路、川藏公路、康藏公路為干道的公路交通網(wǎng)絡(luò)；旅游配套資源（如酒店等）比較齊全，還有民航機(jī)場。香格里拉所在的迪慶藏族自治州地處青藏高原東南緣，最高海拔為梅里雪山主峰卡瓦格博峰6740m，同時也是云南省最高海拔，最低海拔為瀾滄江河谷，海拔1486m，絕對高差達(dá)5254m。較小范圍內(nèi)的巨大高差使得境內(nèi)出現(xiàn)了垂直氣候和立體生態(tài)環(huán)境特征。有河谷亞熱帶、山地暖溫帶、山地溫帶、山地寒溫帶、高山亞寒帶和高山寒帶六個氣候帶。香格里拉縣城海拔3284m，歷年平均最低溫度－20．1℃，極端最低氣溫－27．4℃。圖5為香格里拉縣城與黑河的極端最低氣溫對比。由圖5可見，香格里拉縣城與黑河最低氣溫相比尚有一定差距，然而就在香格里拉縣城西北沿214國道（滇藏公路）前行僅110km的白馬雪山埡口，海拔陡然升為4292m，高于香格里拉縣城約1000m，平均氣溫降低了5℃；氣壓僅為58．77kPa，相對空氣密度僅為0．63，空氣含氧量大幅度下降。所以，香格里拉白馬雪山是香格里拉高原與高寒標(biāo)定試驗(yàn)的最佳地點(diǎn)。表1為白馬雪山區(qū)域與黑河、格爾木的海拔、氣壓和空氣含氧量范圍比較。香格里拉白馬雪山埡口與傳統(tǒng)的黑河、青海格爾木等地相比，具有獨(dú)特的環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)定優(yōu)勢。首先，香格里拉兼具高原與高寒試驗(yàn)條件，能夠縮短標(biāo)定周期；其次，格爾木也兼具高原與高寒條件，但是香格里拉的自然環(huán)境與生活條件要好很多；再次，香格里拉白馬雪山適于－25℃低溫標(biāo)定的持續(xù)時間較長，每年11月至次年3月均能進(jìn)行高原與高寒的試驗(yàn)標(biāo)定。

2．3云南三高標(biāo)定試驗(yàn)環(huán)境分析圖6為云南元江至香格里拉公路概況。這段公路覆蓋了高溫標(biāo)定和高原、高寒標(biāo)定的全部地域。從元江到香格里拉，整個運(yùn)輸行程約1000km，海拔變化從元江的382m逐漸上升，在金沙江奔子欄位置有所下降，公路的最高海拔點(diǎn)在香格里拉白馬雪山埡口。在這段公路中，從元江到麗江全程為高速公路，行程為705km；從麗江到白馬雪山為二級公路，行程為253km。從地理及氣候環(huán)境來看，在云南進(jìn)行三高標(biāo)定具有以下優(yōu)勢：（1）云南（元江－香格里拉）“三高”立體整車標(biāo)定試驗(yàn)場可以大幅度縮短標(biāo)定周期，一年內(nèi)即可完成；（2）云南（元江－香格里拉）“三高”立體整車標(biāo)定試驗(yàn)場可以大幅度降低標(biāo)定成本，節(jié)省運(yùn)輸和人力；（3）香格里拉兼具高寒和高原的特點(diǎn)，即同時具備黑河的高寒和格爾木的高原特征，完全滿足汽車高寒和高原標(biāo)定及其他性能試驗(yàn)；（4）標(biāo)定路線上眾多的長坡道，可以及時檢驗(yàn)整車的熱平衡性能及爬坡能力；（5）在長度為976km的試驗(yàn)道路上，海拔從382m連續(xù)變化到4292m，可以完成不同海拔的精細(xì)標(biāo)定。這是黑河－吐魯番－格爾木無法具備的優(yōu)勢。

3整車三高標(biāo)定試驗(yàn)

為適應(yīng)高壓共軌柴油機(jī)的開發(fā)，2006年云內(nèi)動力與德國博世、FEV聯(lián)合成立了發(fā)動機(jī)與整車標(biāo)定公司。公司先后完成了30余款車型的標(biāo)定，包括燃燒開發(fā)、臺架標(biāo)定、駕駛性、整車排放、液力、電器、車載診斷系統(tǒng)及三高環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)定。整車標(biāo)定合作廠家品牌包括北汽福田、東風(fēng)、一汽紅塔、成都王牌、成都資陽南郡、躍進(jìn)、江淮、萬達(dá)、少林、山東凱馬、山東五征、濟(jì)南重汽、江淮瑞鷹等。通過多年實(shí)踐，構(gòu)建了電控柴油機(jī)與整車匹配的標(biāo)定能力。近年來，云內(nèi)動力在全國開展整車標(biāo)定的同時，也在云南地區(qū)進(jìn)行了整車標(biāo)定的試驗(yàn)研究與探索。云內(nèi)動力在不同地域進(jìn)行了大量的三高標(biāo)定試驗(yàn)探索研究，完成了福迪迷迪、東風(fēng)風(fēng)行、MG6、福迪、長豐皮卡、五菱等車型的標(biāo)定。

在元江開展的高溫標(biāo)定試驗(yàn)的時間在每年4月至9月開展，試驗(yàn)內(nèi)容包括過熱保護(hù)、OBD驗(yàn)證、煙度檢查、系統(tǒng)降級、熱起動、電控單元溫度、駕駛性能檢查測量軌壓控制和監(jiān)控功能驗(yàn)證、怠速控制、液壓部件高溫驗(yàn)證、駕駛性能檢查、低壓回路測量、空調(diào)控制驗(yàn)證、空油箱試驗(yàn)、診斷系統(tǒng)管理驗(yàn)證等。在香格里拉開展高原試驗(yàn)的時間不限，開展高寒試驗(yàn)的時間在每年11月至次年3月。試驗(yàn)內(nèi)容包括增壓器保護(hù)、DSM驗(yàn)證、過熱保護(hù)檢查、OBD驗(yàn)證、煙度檢查、油泵保護(hù)、高原高寒起動、低壓回路測量、怠速控制、起動機(jī)轉(zhuǎn)速、駕駛性能檢查等。云內(nèi)動力YN27系列發(fā)動機(jī)匹配某輕卡車型，該車型銷售至全國范圍，其中云南地區(qū)的用戶普遍反映該車水溫偏高。分析后發(fā)現(xiàn)，該車型是在吐魯番完成的高溫標(biāo)定試驗(yàn)，吐魯番地區(qū)道路坡度較小、車速較快、整車迎風(fēng)好，而云南坡路很多、載貨車輛車速較低、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高，發(fā)動機(jī)工作區(qū)域與吐魯番有較大差異。在云南地區(qū)重新進(jìn)行了高溫標(biāo)定試驗(yàn)，優(yōu)化了數(shù)據(jù)，后續(xù)銷售到云南的車型沒有出現(xiàn)水溫偏高的現(xiàn)象。云內(nèi)D19TCID1發(fā)動機(jī)匹配福迪F128項(xiàng)目在吐魯番－格爾木昆侖山口－唐古拉山口－黑河和元江－香格里拉進(jìn)行了兩次三高標(biāo)定試驗(yàn)。試驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)：元江－香格里拉的三高試驗(yàn)組合比吐魯番－格爾木的組合節(jié)省了2／5的時間，節(jié)約了1／3的路程，節(jié)約大量的人力和運(yùn)輸成本。圖7為福迪F128項(xiàng)目的高溫過熱保護(hù)脈譜。

由于吐魯番路況的坡度較小，只能驗(yàn)證圖中虛線包圍的灰色區(qū)域，無法驗(yàn)證；而車速低于50km／h的低速高負(fù)荷的發(fā)動機(jī)工況，其數(shù)據(jù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)修正得到的。通過在云南元江的高溫試驗(yàn)，完成了整個脈譜圖的真實(shí)標(biāo)定。由此可見，元江的坡道對整車散熱系統(tǒng)的考核大于吐魯番的條件。對主噴提前角、預(yù)噴油量、預(yù)噴提前角的修正都是基于大氣壓力、水溫和氣溫三方面來調(diào)整的。按照傳統(tǒng)的高寒和高原標(biāo)定，黑河只是基于水溫和氣溫的標(biāo)定，如果遇到高原加高寒的復(fù)合環(huán)境條件，則無法完成驗(yàn)證。目前，該車型在香格里拉完成了這種極限環(huán)境條件的驗(yàn)證。青海格爾木地區(qū)雖然可以驗(yàn)證高原加高寒的復(fù)合環(huán)境條件，但其標(biāo)定也有明顯不足。圖8為在青海格爾木地區(qū)得到的基于大氣壓力的主噴提前角修正脈譜。限于海拔，一般70kPa以上的數(shù)據(jù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)插值得到的，但是在云南地區(qū)，通過在香格里拉－元江的標(biāo)定試驗(yàn)，很快得到了70kPa以上的大氣環(huán)境壓力下真實(shí)的優(yōu)化標(biāo)定值。由圖8可見，兩者具有明顯的區(qū)別。昆明云內(nèi)動力經(jīng)過多年實(shí)踐，已將云南（元江－香格里拉）確定為公司整車標(biāo)定基地。

4結(jié)論

（1）在元江－香格里拉進(jìn)行的道路整車三高試驗(yàn)完全能夠滿足三高標(biāo)定的試驗(yàn)環(huán)境條件，且比傳統(tǒng)的三高標(biāo)定地域節(jié)省了2／5的時間，節(jié)約了1／3的路程，降低了人力和運(yùn)輸?shù)瘸杀荆沁m應(yīng)我國汽車環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)定的立體試驗(yàn)場。（2）元江的坡道對整車散熱系統(tǒng)的考核大于國內(nèi)其他高溫標(biāo)定地點(diǎn)，是非常理想的高溫標(biāo)定環(huán)境。（3）香格里拉高寒高原的極限條件比黑河的單一低溫環(huán)境更適合對發(fā)動機(jī)進(jìn)行考核，是非常理想的高原高寒標(biāo)定環(huán)境。（4）元江到香格里拉沿途海拔的較大落差，可以完成不同海拔的精細(xì)標(biāo)定。

作者：楊波 王貴勇 宋國富 姚國仲 范會軍 申立中 單位：昆明理工大學(xué) 云南省內(nèi)燃機(jī)重點(diǎn)試驗(yàn)室 昆明云內(nèi)動力股份有限公司