面對新能源和智能化的汽車高寒試驗設施升級趨勢探討

摘 "要：汽車寒區試驗需要專業的高寒試驗設施，隨著汽車的新能源和智能化升級趨勢，高寒試驗設施面臨著升級。本文闡述了高寒汽車試驗場的演變歷程和分布特點，介紹了傳統汽車高寒試驗場試驗設施及其相關的技術指標和汽車高寒試驗場的通用配套設施。針對新能源和智能化的發展，探討介紹了新能源汽車高寒試驗設施的充電設施、加氫設施、低溫環境倉和智能網聯汽車高寒試驗場的方案。

關鍵詞：汽車高寒試驗設施;附著系數;雪地壓實度;雪面平整度;充電設施;加氫設施;低溫環境倉;智能網聯汽車高寒試驗場;配套設施

中圖分類號：U467.5+1 " " 文獻標識碼：A " " 文章編號：1005-2550（2022）05-0007-08

Discussion on The Upgrading Trend of Automobile Alpine Test Facilities Facing New Energy and Intelligence

LIU Jie， CHEN Rong-tong， YANG Jian-yu， JIANG Wei，SUN Tian-yu

（ Xiangyang Daan Automobile Testing Center CO.LTD， Xiangyang 441000， China）

Abstract： The test in the cold zone of the car required professional Alpine test facilities. With the new energy and intelligent upgrade trend of the car， the automobile Alpine test facilities were about to be upgraded. This article described the evolution and distribution of Alpine test facilities， and introduced the test facilities of the traditional Alpine test facilities， relevant technical index and the general matched facilities of the Alpine test facilities. In view of the development of new energy and intelligence for automobile， the article discussed the charging equipment、hydrogen equipment、low temperature environment cabin and the Alpine test facilities of the intelligent network connected vehicle.

Key Words： Automobile Alpine Test Site; Coefficient Of Adhesion; Snow Compaction Degree; Snow Surface Flatness; Charging Facilities; Hydrogen Equipment; The Low Temperature Cabin; The Intelligent Network Connected Vehicle Alpine Testing Ground; Supporting Facilities

1973年，博世公司的ABS工程師為了尋找比較好的低附性能試驗道路，在瑞典Arjeplog地區冰凍湖面上建設了世界上第一條冰雪試驗道路，寒區試驗場初具雛形，從此拉開了汽車高寒試驗場建設的序幕。如今，在全球范圍內，汽車高寒試驗場整體呈集群式分布，如圖1所示：

我國東北部高緯度地區區域面積廣、低溫時間長，黑龍江、吉林、遼寧及內蒙古自治區的東北部一月平均氣溫在-18℃以下，全年積雪量的最大值在20cm以上。結合氣候和服務保障條件等因素，我國汽車高寒試驗場大都聚集在內蒙古的呼倫貝爾地區和黑龍江的黑河地區。如今，隨著科技的不斷發展，整車廠商和零部件廠商對汽車各方面性能要求也提升到了更高的標準，亟需建設科學化、智能化和超前化的高寒試驗場來搭載支撐汽車的研發和認證工作，以滿足汽車行業快速發展進步的需求。

T/GHDQ 9—2018《高寒地區試驗場典型道路技術條件》是2018年6月29日實施的一項行業標準，標準中對傳統的道路技術條件做了相應的推薦。中國汽車工程學會2020年發布的團體標準《整車高寒地區適應性試驗方法》也對汽車高寒適應性試驗方法和設施做了一些約定。

盡管我國積極學習借鑒國外成熟試驗經驗、不斷完善試驗標準，應用到實際試驗場建設使用的同時并持續探索創新，但目前國內的寒區試驗場仍呈現出標準不統一、試驗設施分散不集中、設備不完善的現狀，尤其在當前面對新能源和智能化汽車的高速發展階段，對汽車高寒試驗設施的研究尤為重要。

1 " "傳統汽車高寒試驗場試驗設施

汽車高寒試驗主要是在高寒地區開展整車標定、性能及耐久性等適應性試驗。為了滿足高寒試驗，一般在當地試驗場建設相應的試驗道路及設施。

1.1 " 試驗設施類型

根據汽車高寒測試項目的需求，梳理總結12種高寒試驗道路設施如表1所示。目前，高寒試驗場一般以湖面設施為主、陸上設施為輔的技術方案，湖面設施主要包括冰雪圓環、高速雪環道、對開路面、雪動態廣場、冰動態廣場、操穩路、揚雪路等;陸上設施主要包括對開坡道、操穩路、異響路、棋盤路、融雪池[1]。

1.2 " 道路設施技術指標

1.2.1 附著系數

附著系數是路面附著力與車輪法向（與路面垂直方向）壓力的比值μ，介于0和1之間。如圖2所示是在高寒地區典型路面所對應的不同附著系數μ，其中冰面附著系數μ約在 0.1～0.15之間，壓實雪面附著系數μ約在0.2～0.3之間，而干燥的瀝青或水泥路面在高寒地區附著系數μ約為 0.6～0.75左右[2]。

目前我們最常用的一種測試方法是減速度法，即采用安裝VBOX（如圖3所示）的實車在某種路面上進行制動測試，通過制動測試得到的數據計算出該種路面的附著系數。

1.2.2 雪地壓實度

壓實度一般指的是土或其他筑路材料壓實后的干密度與標準最大干密度之比，以百分率表示。 路基路面壓實質量是道路工程施工質量管理最重要的內在指標之一。

雪地壓實度一般用雪地壓實指數來表征，采用GB/T 33829-2017轎車輪胎雪地抓著性能試驗方法中雪地硬度測試儀（CTI）如圖4所示，測得的雪地壓實指數，壓實雪面應滿足 GB/T 33829-2017 中4.2.1路面條件的相關要求，標準規定雪地壓實指數至少要在整個測試路面上均勻選取10個點測量，取其平均值。最大值與最小值相差不超過8。使用雪地壓實指數CTI平均值在75～85之間[3]。

1.2.3 平整度

平整度指的是路表面縱向的凹凸量的偏差值。 路面平整度是路面評價及路面施工驗收中的一個重要指標，主要反映的是路面縱斷面剖面曲線的平整性[4]。

高寒試驗場的雪面平整度可采用水平靠尺和游標塞尺來測量，將水平靠尺橫置在道路表面，游標塞尺順靠尺與路面的縫隙輕輕推入，讀取游標塞尺數值作為平整度指標，要求最大間隙不大于5mm。

1.2.4 尺寸規格和安全要求

試驗設施尺寸是高寒試驗場的重要指標，它既涉及到試驗區的大小，還要顧及到加速段和減速段的大小，更要考慮到緩沖區域和安全設施的要求。

表2是高寒典型試驗設施的尺寸規格和安全要求。通常采用激光測距儀配合VBOX測試軌跡和速度等方法來測試，實現試驗場試驗設施的驗收及設施條件監控。

2 " "新能源汽車和智能網聯汽車高寒試驗設施

2.1 " 新能源汽車高寒試驗設施

2.1.1 充電設施

隨著新能源汽車的快速發展，尤其是純電動汽車的井噴式增長，電動車的低溫寒區試驗需求飛速發展。據統計，某大型車企2022年電動汽車的高寒試驗占比達到70%以上，從而對高寒試驗場的充電需求和要求越來越高，不同品牌的充電樁要求、不同功率規格的充電樁要求、快充慢充模式的要求、室內室外的充電要求、不同環境溫度區間的充電要求以及歐標車的充電要求等等。

因此，高寒試驗場充電站須考慮不同環境溫度的需求、不同負荷對電網的影響，以及快充、慢充等各種模式下對充電機強度的影響，從而計算分析變壓器功率大小和充電站的容量。

2.1.2 加氫設施

氫能源被認為是汽車的未來，高寒環境試驗是氫燃料電池汽車商用化的重要試驗項目，所以高寒試驗場是否具有加氫設施、能否具備加氫服務能力是開展氫燃料電池汽車高寒測試的必備條件。目前國內寒區試驗場有固定加氫站和臨時加氫站兩種類型，固定加氫站通常由寒區試驗場廠商在試驗基地建設，加氫儲氫設施長期固定在試驗基地，每年寒區試驗開始后采購氫氣并開放使用;臨時加氫站通常由氫能源廠商搭建，寒區試驗開始前將氫氣、加氫儲氫設備運抵寒區試驗場，一般選取靠近試驗基地或維修車間的開闊空地搭建臨時加氫站，為部分汽車廠家提供加氫服務。

寒區試驗場加氫站搭建方式通常如圖5所示，區別于常規加氫站，寒區加氫站需對氫氣轉換設備、加氫設備進行保溫，一般可采取在設備外部搭建活動保溫板房保證設備正常運轉，同時需保證外部板房具有一定的通風性。但不得布置暖氣等加熱裝置，避免產生危險。

此外，寒區試驗場加氫站日常維護、安全點檢、加氫服務等涉氫工作需由專業人員來完成。

2.1.3 低溫環境倉

近幾年，新能源電動汽車已廣泛開始采用低溫環境倉+道路試驗的“L+R”快速高效的試驗方案，如圖6所示：

圖6 低溫環境倉+道路試驗的“L+R”

快速高效試驗方案

電動汽車在寒區進行低溫充電性能和低溫電機精度驗證試驗時，需要嚴格控制恒定初始溫度，傳統方法是將車輛置于自然環境，一方面精度無法控制，另一方面效率很低，因此低溫環境倉可以滿足各種溫度的恒定控制，滿足精度和效率的需求。

此外，再結合道路試驗，比如當車輛在融雪池中完成浸雪試驗后，進入低溫環境倉可以促使底盤粘覆的雪水混合物盡快結冰，從而進行底盤結冰后的動態行駛試驗，可以顯著縮短試驗周期，提高試驗效率。

2.2 " 智能網聯汽車高寒試驗設施

2.2.1 高寒氣候對智能網聯汽車的影響

隨著當前智能網聯汽車技術的快速發展，與之對應的高寒環境測試研究也同步開始進行。高寒地區對智能網聯汽車來說，主要影響以下幾個方面。

高寒冰雪天氣對智能網聯汽車感知能力的影響顯著。包括以下幾個方面，第一，雪花對于傳感器的干擾，容易導致車載感知系統產生誤檢;智能網聯汽車主流感知設備包括：激光雷達、毫米波雷達、攝像頭和超聲波雷達;其中激光雷達和攝像頭波長均小于毫米級，所以在傳播過程中，對于尺寸在毫米級別的雪花，均會對其信號傳輸產生極大干擾;第二，傳感器表面積雪結冰可能導致傳感器失效;對于安裝在車前靠下部的毫米波雷達或補盲激光雷達可能會因為路面融雪飛濺在傳感器外殼上形成冰雪覆蓋，導致傳感器誤檢、報錯等現象;第三，積雪環境覆蓋道路車道線，導致基于視覺方式的車道線和可行駛區域識別的智能網聯車輛無法準確識別車道線;第四，對于依靠基于激光點云的高精度地圖的智能網聯車輛，大量積雪覆蓋的環境下，對尋找特征點帶來挑戰;此外，還有諸如冰面反光、道路邊緣不清晰等等對于感知帶來的挑戰。

高寒冰雪路面對于車輛控制、執行也帶來極大的挑戰。被冰雪覆蓋的路面其附著系數較低，導致輪胎附著力下降，且存在一些對接、對開的特殊場景，從而對制動性能以及車輛的橫向控制能力要求極高，附著系數的降低為自動緊急制動系統（AEB）、車身穩定系統以及牽引力控制等系統的控制策略設計、標定及適應性帶來挑戰。

極端低溫環境也會影響感知零部件、域控制器等電子元器件的工作特性，導致智能駕駛的環境感知、決策規劃以及執行控制等多方面的工作性能出現下降?？傮w而言，極寒天氣對智能網聯車輛的感知、決策控制及執行環節均存在影響。

2.2.2 智能網聯汽車高寒試驗場

針對智能網聯汽車實際道路測試需求，主要包括封閉場地測試和開放道路測試。開放道路測試主要驗證自動駕駛產品對于真實交通環境隨機交通流的應對能力，因此開放道路測試場地以實際情況為主。而對于封閉場地測試，則與傳統智能網聯寒區試驗場有所差異，從發展趨勢來看，目前的常規智能網聯汽車試驗場有三種方案：一是傳統汽車試驗場改造;二是現有實際道路改造;三是新建智能網聯專用測試場地。

如圖7是黑河智能網聯汽車高寒試驗場，是我國首個智能網聯汽車高寒試驗場。該封閉性智能網聯汽車試驗場依據相關的ADAS測試標準、自動駕駛汽車測試場景構建技術規范等技術要求進行建設，覆蓋典型的寒冷地區交通特征，包含數十種模擬道路場景，具備寒區城市道路、多性能路等測試條件。可滿足從T1級最基礎的筆直道路到T5級濕滑路、雨雪霧等復雜交通環境的測試訓練與能力評估要求。

相比于傳統寒區試驗場，高寒環境下的智能網聯汽車試驗場主要包括三個部分：場地道路設施、車路協同路側設施以及云端系統平臺。高寒地區智能網聯試驗場在場景設計中，需要充分考慮對于道路路型的覆蓋和一些特殊設施。道路路型包括諸如針對ADAS測試用的125m、250m、500m不同半徑的彎道，直道，針對與AD測試的十字路口、丁字路口、環島、匝道等特殊交叉路口，需要建設符合國標要求的道路標志標牌標線，同時需要構建冰雪天氣的特色場景，例如冰雪覆蓋部分車道線、交通標志的場景等。特殊設施包括車路協同系統以及紅綠燈、標牌等道路設施?？紤]基于單車及網聯式自動駕駛方案，高寒智能網聯汽車試驗場，需要在路端部署激光雷達、毫米波雷達、攝像頭等感知設備，增加RSU路側單元、5G通信網絡建設。最后，需要根據需要構建對于V2X設備管理、車輛測試過程監管、關鍵數據存儲等功能的試驗場后端云平臺。

3 " "汽車高寒試驗場通用配套設施

為保證試驗的正常開展，高寒試驗場（包括新能源和智能網聯高寒試驗場）往往具備如表3內容所示的配套設施。

4 " "結語

隨著汽車工業的快速發展，行業內為實現各種類型車輛更優越全面的性能，對汽車寒區試驗場的需求大大提升，同時也對新能源和智能化寒區試驗場技術持續進行研究。本文介紹了高寒汽車試驗場的演變歷程和分布特點，著重梳理了傳統高寒試驗設施的類型和用途，規范了高寒汽車試驗設施的技術要求。如今，汽車行業正在由傳統內燃機向新能源和智能化方向快速轉變，亟需相應的配套測試設施來支持產業的成功升級，所以本文也對新能源汽車和智能駕駛汽車的高寒試驗設施升級趨勢進行了探討，梳理了三種重要的新能源汽車寒區試驗設施，針對加氫站構建提出了一種可行的思路。同時分析了高寒環境對智能網聯汽車的影響，闡明了高寒智能網聯汽車試驗場對智能駕駛汽車發展的重要作用，并通過我國黑河智能網聯汽車高寒試驗場的實例為后續寒區智能駕駛試驗場構建提供了有較高參考價值的指引。

參考文獻：

[1]趙紅星，方紅燕.我國冬季汽車試驗場能力分析及發展建議[J].汽車工業研究，2017 No.282 11 35-39.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.轎車輪胎雪地抓著性能試驗方法：GB/T 33829-2017[S].北京：中國標準出版社，2017.

[3]胡昌斌，韓建剛.道路與橋梁檢測技術[M].2版.北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[4]周曉青，孫立軍，顏利.路面平整度評價發展及趨勢[J].公路交通科技，2005，22（10）：18-22.

[5]曾繁鑫，曾文波，關喬，吳傳洋，孫建忠.高寒環境下的智能網聯汽車試驗場研究[J].汽車科技，2021 No.285 05 108-113.

劉 " 杰

畢業于湖北汽車工程學院，本科學歷?，F就職于襄陽達安汽車檢測中心有限公司，任整車及系統部整車集成室主任工程師，一直從事整車性能試驗技術工作。已發表論文數篇。

專家推薦語

閆仕軍

泛亞汽車技術中心

總監

文章梳理了傳統高寒試驗場的道路設施，提出了相應的規范技術要求;并對新能源汽車和智能駕駛汽車的高寒試驗場道路設施升級趨勢進行了探討，提出了具體可行的建議。在實踐中具有較好的借鑒意義和應用價值。