高溫地區整車環境適應性試驗分析

何俊南，王雪穎，吳 昊，高亞斌，董曉菲

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300）

引言

GJB 4239—2001《裝備環境工程通用要求》中，將環境適應性定義為：裝備（產品）在其壽命期預計可能遇到的各種環境的作用下能實現其所有預定功能和性能和（或）不被破壞的能力，是裝備（產品）的重要質量特性之一[1]。對于汽車來說，由于地域和氣候環境的影響，汽車的相關性能會發生變化，在開發階段為測試和驗證汽車在各種不同環境下的性能所進行的試驗，稱之為汽車的環境適應性試驗。

高溫環境會影響汽車的動力系統、傳動系統、空調系統、冷卻系統等高溫敏感系統和高溫高負荷系統[2]，高溫地區的整車環境適應性試驗作為開發和驗證過程中一個不可缺少的環節，已受到國內外汽車生產廠家的高度重視。因此，本文梳理了整車高溫環境適應性試驗的測試項目及國標、行標特征；匯總了高溫地區的試驗集群城市和主要場地；并通過分析近三年氣象數據的方式，對比了各城市的氣候特點。

1 整車高溫環境適應性試驗項目

1.1 高溫環境對整車性能的影響

高溫環境包括高溫干熱環境和高溫濕熱環境，高溫干熱環境的特征為氣溫高、太陽輻射強、多沙塵；高溫濕熱環境的特征為氣溫高、太陽輻射強、濕度大，對汽車性能造成的影響具體如下：

（1）汽車產品老化問題嚴重。比如內飾老化，儀表臺上的塑料件或PVC件等韌性和延展性變差，暴曬后容易破裂，并可能造成甲醛等有毒物質的散發；外觀老化，暴曬導致車身漆面的亮度和色彩度下降，嚴重時產生龜裂；密封圈老化，暴曬后導致變形、開裂，密封性大打折扣，嚴重時還會出現漏水、滲水等現象[3]。

（2）高溫環境影響散熱效果。比如發動機冷卻系統效果變差，長時間行車發動機容易過熱；電氣線路中熱量積聚，容易引起車輛自燃；制動器產生的熱量不能及時擴散，制動效果下降；空調制冷效果變差；電動汽車的電機在高溫環境下，散熱效率較低，致使電機性能下降，甚至出現轉子退磁現象，效率和壽命下降。

（3）高溫環境下潤滑油和其他油脂粘度下降。潤滑性能下降，包括發動機機油、變速箱油、驅動橋齒輪油和輪轂軸承潤滑脂等；此外，制動液在高溫環境中易蒸發汽化，在制動管路中形成氣阻，剎車片也容易燒蝕，造成制動失靈[4]。

（4）對于電動汽車，其高壓電氣設備中系統控制電路網的器件多為塑料外殼、橡膠以及塑料絕緣層，本身的受熱性能較低。當環境溫度過高，會出現變形、燒壞、軟化等現象，從而導致爬電距離和電氣間隙的減少，器件也會出現發粘、熔化等問題，安全絕緣性能下降或失效，會直接造成設備短路等故障，有過熱燃燒風險。此外，電動汽車的動力電池在高溫環境下內阻變大，產生的焦耳熱隨之增加，壽命也會隨之縮短，電池組內部溫度急劇上升，極易導致電池組的熱失控，從而引發自燃、爆炸等安全隱患。

1.2 高溫環境下整車試驗項目及相關標準

針對上述高溫環境對于車輛性能的影響，各整車企業在每年6—8月會進行整車高溫環境適應性試驗，包括整車高溫冷機啟動試驗、空調制冷性能試驗、熱平衡能力試驗、隔熱通風性能試驗、制動性能試驗、耐久性能試驗、大氣暴曬試驗、防灰塵侵入試驗、電動汽車續駛里程及充電性能試驗和駕駛性能主觀評價等。目前相關的國家及行業標準如表1所示。

表1 現行整車高溫環境試驗相關國家或行業標準

但標準體系并不完善，許多試驗缺乏對應標準，以及部分試驗標準的發布時間距今過長，適用性有待商榷。大部分汽車企業針對高溫環境試驗都有自己的試驗方法，但從合資方習得的試驗方法需要轉化以符合中國道路工況，企業獨創的試驗方法亟須得到行業廣泛認可[5]。

2 高溫地區試驗場地概況

目前，國內汽車企業進行整車高溫試驗的地點主要集中在新疆吐魯番（干熱）和海南瓊海（濕熱），這兩個城市分別建設有專用的汽車試驗場。此外，云南省的滇南、滇西南地區屬低熱河谷區[6]，有一部分在北回歸線以南，已進入熱帶范圍，如元江市，近些年逐漸有企業選擇在此開展整車高溫濕熱適應性試驗。

2.1 海南汽車試驗場

海南汽車試驗場始建于1958年，位于海南省瓊海市嘉積鎮，占地1 200畝，鳥瞰圖如圖1所示，是中國建設最早的汽車試驗基地，也是我國唯一具有濕熱氣候特點的綜合性汽車試驗研究基地，具備高速環道、操穩廣場、強化壞路、暴曬試驗區等場地，為國內外汽車行業企業，提供試驗場地服務、產品開發驗證試驗服務和產品檢測認證服務。

圖1 海南汽車試驗場

2.2 上汽大眾（吐魯番）汽車試驗場

上汽大眾（吐魯番）汽車試驗場位于新疆維吾爾自治區吐魯番市高昌區恰特克勒鄉艾丁湖北側，投資8.5億元人民幣，占地23平方公里，于2018年正式運行，是國內首個高溫干熱綜合性試驗場，鳥瞰圖如圖2所示。該試驗場擁有13.3公里的高速環路，12.9公里的熱帶強化試驗路，主路段6.5公里、輔助路段2.0公里的操控路，2.7公里的異響路，4.5公里的揚塵/石擊路，1.6公里的聲學評價專用路，并且設置6 000平方米的暴曬試驗區。

圖2 上汽大眾（吐魯番）汽車試驗場

2.3 中交火焰山汽車試驗場

中交火焰山汽車試驗場位于新疆吐魯番火焰山腳下，占地面積約11 040畝，總投資14.6億元，鳥瞰圖如圖3所示，主要建設內容包括高速環道、直線性能路、砂礫路、揚塵路、城市工況路、智能網聯測試區、車企定制維修車間、辦公室及其配套設施。目前，已建成3.5公里直線性能路、砂礫路、揚塵路、維修車間、辦公室及其配套設施并投入運行，國內知名企業如東風汽車集團、廣汽集團、中汽中心等在高溫測試季已經入駐。

圖3 中交火焰山汽車試驗場

2.4 新疆吐魯番自然環境試驗研究中心

新疆吐魯番自然環境試驗研究中心于2011年正式成立，占地133公頃，是目前世界第二大、國內最大的干熱自然環境試驗基地。該研究中心依法授權和設立了3個國家級技術機構，分別為國家市場監管總局批準的“國家干熱測試產品質量監督檢驗中心（新疆）”、原國家質檢總局批準的“國家機動車產品質量監督檢驗中心吐魯番暴曬試驗場”和科技部批準的“國家材料環境腐蝕平臺吐魯番大氣站”。該研究中心屬于典型的大陸性暖溫熱帶荒漠氣候，可開展汽車類產品，包括汽車整車、汽車用塑料材料及制品、汽車用橡膠材料及制品、汽車用涂層材料及制品的大氣暴露試驗[7]。此外，該研究中心具備動態試驗道路5公里，如圖4所示，可供企業進行整車道路試驗。

圖4 新疆吐魯番自然環境試驗研究中心動態試驗道路

3 高溫地區主要試驗城市氣象條件分析

本文選取海南瓊海、新疆吐魯番和云南元江三個城市的氣象數據進行對比分析，包括日最高氣溫、日平均相對濕度、月太陽輻射總量，選取時間段為近三年的高溫測試季，即2018—2020年的6月至8月。其中，日最高氣溫和日平均相對濕度的數據來源于中國氣象局，所選取氣象站的信息如表2所示；月太陽輻射總量的數據為衛星模擬數據，數據來源于美國國家氣象局。

表2 氣象站信息

3.1 日最高氣溫

通過對近三年高溫測試季的日最高氣溫進行對比，如圖5所示，吐魯番的氣溫條件最佳，基本維持在35 ℃～45 ℃之間，最高曾達到46.8 ℃；瓊海和元江的氣溫條件較吐魯番略低，基本維持在30 ℃～40 ℃之間，但是波動較大，如2018年瓊海有14天日最高氣溫小于30 ℃，2020年元江有6天日最高氣溫小于30 ℃。

圖5 近三年6月—8月日最高氣溫（℃）曲線圖

3.2 日平均相對濕度

通過對近三年高溫測試季的日平均相對濕度進行對比，如圖6所示，吐魯番屬于暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，日平均相對濕度基本維持在10% RH～40% RH之間；瓊海屬于熱帶海洋性季風氣候，日平均相對濕度基本維持在75% RH～95% RH之間；元江屬于亞熱帶季風氣候，日平均相對濕度基本維持在40% RH～90% RH之間，整體波動較大。

圖6 近三年6月～8月日平均相對濕度（%RH）曲線圖

3.3 月太陽輻射總量

通過對近三年高溫測試季的月太陽輻射量進行對比，如圖7所示，吐魯番的月太陽輻射總量明顯高于瓊海和元江，2018年6月份達到最高值720.9 MJ/m2；在6月和7月，瓊海的月太陽輻射總量高于元江，而8月反之，但總體來看，瓊海的太陽輻射資源優于元江。

圖7 近三年6月～8月的月太陽輻射總量（MJ/m2）柱狀圖

4 結語

高溫地區整車環境適應性試驗的測試項目豐富且關鍵，但現有國家及行業標準亟須制、修訂；新疆吐魯番和海南瓊海作為高溫干熱、濕熱的典型城市，氣候條件優異，且具備全尺寸的汽車試驗場；云南元江作為高溫濕熱試驗場地的后起之秀，氣溫條件和太陽輻射條件與海南類似，但濕度條件較海南略差，且尚無專用的汽車試驗場，硬件設施有待加強。