本文主要介紹爬坡試驗(yàn)分別從試驗(yàn)分類(lèi)、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)原理以及試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用等方面進(jìn)行講述。 

爬 坡 試 驗(yàn)

依據(jù)坡度的大小和長(zhǎng)度，又將爬坡試驗(yàn)分為爬陡坡試驗(yàn)和爬長(zhǎng)坡試驗(yàn)。爬陡坡試驗(yàn)一般在 10% 以上的陡坡路進(jìn)行，GB/T 12539—2018《汽車(chē)爬陡坡試驗(yàn)方法》主要介紹了道路開(kāi)展規(guī)定坡道爬坡試驗(yàn)、坡道起步試驗(yàn)、最大爬坡度試驗(yàn)等。爬長(zhǎng)坡試驗(yàn)通常在坡度為12% 以下的長(zhǎng)坡路進(jìn)行，包括坡道最高車(chē)速試驗(yàn)、坡道加速試驗(yàn)等，以及針對(duì)行駛中冷卻液和潤(rùn)滑油溫度的熱平衡試驗(yàn)、靠近熱源的橡膠件和塑料件溫度的熱害試驗(yàn)等。

注：本文節(jié)選自工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材《新能源汽車(chē)試驗(yàn)學(xué)》，本書(shū)可作為高等院校車(chē)輛工程、新能源汽車(chē)、交通工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材，也可供有關(guān)研究人員、工程技術(shù)人員和管理人員參考。

作者：張代勝

一、試驗(yàn)工況及指標(biāo)要求

爬坡試驗(yàn)的工況和評(píng)價(jià)指標(biāo)的要求往往來(lái)源于實(shí)際道路情況，如汽車(chē)設(shè)計(jì)的最大爬坡度常常大于實(shí)際道路上的最大坡度。

放眼全球，即便是發(fā)達(dá)國(guó)家，依然有著大量的陡坡，如圖 3-8 所示。但在我國(guó)，道路建設(shè)日新月異，越來(lái)越多的公路通過(guò)架橋梁、挖隧道來(lái)跨越山谷或者穿越山脊，即使是爬山公路也會(huì)通過(guò)盤(pán)旋環(huán)繞大山的方式來(lái)減小道路坡度，如圖 3-9 所示。我國(guó)交通運(yùn)輸部頒發(fā)的 JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)各級(jí)公路的最大縱坡以及最大坡長(zhǎng)進(jìn)行了規(guī)定，其中最大坡度為 10%。最大爬坡度一般設(shè)計(jì)要求：轎車(chē)和貨車(chē)≥ 30%，越野車(chē)≥ 60%，遠(yuǎn)優(yōu)于我國(guó)道路對(duì)應(yīng)的坡度，這時(shí)除了最大爬坡度性能，企業(yè)和用戶更加關(guān)注汽車(chē)在爬坡公路上影響通勤效率的指標(biāo)，如坡道最高車(chē)速、坡道加速性能等。如某車(chē)企針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)制定了 4% 坡道最高車(chē)速的設(shè)計(jì)要求≥ 130km/h。

圖 3-8    某國(guó)坡度達(dá)到 36% 的城市道路
 
圖 3-9   張家界天門(mén)山公路

隨著我國(guó)城市化的飛速發(fā)展，修建了越來(lái)越多的地下停車(chē)場(chǎng)坡道，車(chē)輛常常因堵車(chē)等因素停在坡道中間，此時(shí)坡道起步性能就顯得尤為重要。我國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的JGJ 100—2015《車(chē)庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)不同機(jī)動(dòng)車(chē)庫(kù)坡道的最大縱向坡度進(jìn)行了規(guī)定，其中最大坡度為 15%。如某車(chē)企針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)制定了坡道起步的設(shè)計(jì)要求≥ 20%。

近年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)企業(yè)不斷開(kāi)拓海外市場(chǎng)，2023 年出口各類(lèi)汽車(chē)522 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)57.4%，其中出口新能源汽車(chē) 177 萬(wàn)輛。然而，出口汽車(chē)必須要考慮當(dāng)?shù)厝藛T的駕駛習(xí)慣，道路的坡度、海拔情況，需要針對(duì)性地制定試驗(yàn)工況和指標(biāo)要求。

二、爬陡坡試驗(yàn)

爬陡坡試驗(yàn)常常以道路上開(kāi)展為主，轉(zhuǎn)鼓上開(kāi)展為輔。轉(zhuǎn)鼓上可以準(zhǔn)確模擬阻力，但很難模擬道路上汽車(chē)的前后軸荷變化和實(shí)際道路路面的摩擦系數(shù)。坡度越大，汽車(chē)前后軸荷變化越大，轉(zhuǎn)鼓模擬陡坡試驗(yàn)的誤差也就越大。

爬坡能力除了主要受到驅(qū)動(dòng)力的影響，有時(shí)也會(huì)由輪胎與路面之間的附著系數(shù)決定其最大極限。因此除了在干燥、堅(jiān)實(shí)的高附路上，還需要在冰、雪等低附路上開(kāi)展爬陡坡試驗(yàn)。試驗(yàn)場(chǎng)地常見(jiàn)的高附標(biāo)準(zhǔn)坡道有20%、30%、40%、60% 等，圖 3-10 所示為某試驗(yàn)場(chǎng)60% 高附坡道。常見(jiàn)的一半高附一半低附的對(duì)開(kāi)坡道有 10%、12%、15%，圖 3-11 所示為某試驗(yàn)場(chǎng) 15% 對(duì)開(kāi)坡道。

圖 3-10    某試驗(yàn)場(chǎng) 60% 高附坡道 

圖 3-11   某試驗(yàn)場(chǎng) 15% 對(duì)開(kāi)坡道

根據(jù)爬坡方式不同，分為兩種試驗(yàn)：一種是從坡下平坦路處平穩(wěn)起步后向上爬坡通過(guò)坡道，該種方式被稱為規(guī)定坡道爬坡試驗(yàn)；另一種是在坡路中途緊急停車(chē)之后再起步加速行駛通過(guò)坡道，該種方式被稱為坡道起步試驗(yàn)。下面以 GB/T 12539—2018為例介紹道路上開(kāi)展爬陡坡試驗(yàn)的方法。

1、道路試驗(yàn)坡道要求

圖3-12所示為道路示意圖，測(cè)試路段坡道長(zhǎng)度不小于20m，測(cè)試路段的前后設(shè)有漸變路段，坡前平直路段不小于 8m，允許以表面平整、干燥、堅(jiān)實(shí)、坡度均勻的自然坡道（瀝青路面或混凝土路面）代替。測(cè)試路段的縱向坡度變化率不大于 0.1%，橫向變化率不大于3%。

圖 3-12   道路示意圖

2、規(guī)定坡道爬坡

將汽車(chē)變速桿置于最低檔，如有副變速器也將其置于最低檔，自動(dòng)檔汽車(chē)變速桿置于D檔，全驅(qū)車(chē)使用全輪驅(qū)動(dòng)。將汽車(chē)停于接近坡道區(qū)域的平直路段上。起步后將加速踏板踩到底，在測(cè)試路段采集汽車(chē)的車(chē)速及轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)，爬坡中車(chē)速不斷升高或趨于穩(wěn)定通過(guò)測(cè)試路段，則爬坡成功并記錄平均車(chē)速。第一次爬坡失敗時(shí)，分析爬坡失敗的原因。如爬坡過(guò)程中轉(zhuǎn)速未達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，可放寬車(chē)輛前端距坡道區(qū)域的距離，使車(chē)輛進(jìn)入測(cè)試 路段前轉(zhuǎn)速提升至最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，再進(jìn)行第二次，但不超過(guò)兩次。

3、最大爬坡度

如果爬坡能力有富余，可以爬更陡的坡，而此時(shí)又沒(méi)有更陡規(guī)定坡度的坡道，則可通過(guò)增加裝載質(zhì)量或采用變速器較高一檔（如Ⅱ檔）進(jìn)行試驗(yàn)，按式（3-3）折算為最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量下，變速器使用最低檔時(shí)的爬坡度（最大爬坡度）：

4、坡道起步

坡道起步的難易程度和起步后加速能力是非常重要的試驗(yàn)。除了在常規(guī)環(huán)境下進(jìn)行，還要進(jìn)行高原適應(yīng)性試驗(yàn)，另外還會(huì)進(jìn)行開(kāi)空調(diào)的試驗(yàn)。

當(dāng)汽車(chē)處于測(cè)試路段時(shí)，靠自身制動(dòng)系統(tǒng)停住，將變速桿放入空檔，熄火 2min，再起步爬坡，記錄通過(guò) 10m 的時(shí)間和末車(chē)速。最大坡道起步試驗(yàn)方法可以參照最大爬坡度的質(zhì)量調(diào)整方法。

三、爬長(zhǎng)坡試驗(yàn)

爬長(zhǎng)坡試驗(yàn)對(duì)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性、熱平衡熱害性能的開(kāi)發(fā)有著重要的意義。一方面需要開(kāi)展真實(shí)道路上的適應(yīng)性試驗(yàn)，檢驗(yàn)汽車(chē)能否更強(qiáng)地適應(yīng)當(dāng)?shù)芈窙r和環(huán)境；另一方面需要開(kāi)展帶環(huán)境模擬的轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)，可以準(zhǔn)確重復(fù)模擬環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度、道路坡度等參數(shù)，便于試驗(yàn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的方案選型驗(yàn)證。本節(jié)參照某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)介紹在轉(zhuǎn)鼓上開(kāi)展坡道最高車(chē)速、在道路和轉(zhuǎn)鼓上開(kāi)展坡道熱平衡熱害試驗(yàn)方法。

1、坡道最高車(chē)速試驗(yàn)

坡道最高車(chē)速試驗(yàn)一般在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。常用的坡道最高車(chē)速設(shè)定的坡度有：3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%等，電動(dòng)汽車(chē)主要測(cè)試 4% 和 12% 兩種坡道最高車(chē)速。

以電動(dòng)汽車(chē)4%坡道為例進(jìn)行介紹。除了將轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行阻力設(shè)定外，還需要將轉(zhuǎn)鼓模擬的坡道設(shè)置為4%，將試驗(yàn)車(chē)的質(zhì)量設(shè)置為最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量，轉(zhuǎn)鼓會(huì)自動(dòng)換算出坡道阻力，并增加到轉(zhuǎn)鼓電機(jī)模擬阻力中。試驗(yàn)過(guò)程中，需要將加速踏板踩到底使試驗(yàn)車(chē)輛加速或使用適當(dāng)變速檔位使車(chē)輛加速。確定試驗(yàn)車(chē)輛能夠達(dá)到并持續(xù)行駛 1km 的最高車(chē)速，同時(shí)，記錄持續(xù)行駛 1km 的時(shí)間 T，用式（3-4）計(jì)算結(jié)果：

2、坡道熱平衡熱害試驗(yàn)

在道路上開(kāi)展坡道熱平衡熱害試驗(yàn)的關(guān)鍵是選擇合適的路段。選擇路段時(shí)，需要考慮總坡長(zhǎng)、平均坡度、海拔、彎道限速等道路的條件因素，也需要考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度、光照強(qiáng)度、濕度、風(fēng)速等氣象條件因素，還需要考慮當(dāng)?shù)剀?chē)流量、物流運(yùn)輸?shù)群笄跅l件。我國(guó)各車(chē)企常在夏季選擇新疆吐魯番地區(qū)的某些道路開(kāi)展試驗(yàn)。例如，G3012 吐庫(kù)高速，起點(diǎn)在 63km 標(biāo)牌處，海拔 783m，終點(diǎn)在 79km 標(biāo)牌處，海拔 1510m，道路總長(zhǎng)度 16km，平均坡度 4.3%（圖3-13）。夏季 6—8 月，該試驗(yàn)路段氣溫常常超過(guò) 40℃，光照強(qiáng)度常常超過(guò)1000W/m2。

試驗(yàn)過(guò)程中，除全程記錄各試驗(yàn)道路的環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度、氣壓等氣象條件外，還要記錄熱平衡熱害的溫度以及能耗等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并標(biāo)注汽車(chē)極限轉(zhuǎn)矩、空調(diào)切斷、儀表報(bào)警等現(xiàn)象發(fā)生的試驗(yàn)路段和對(duì)應(yīng)車(chē)速。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展該類(lèi)試驗(yàn)相對(duì)容易，試驗(yàn)常常在配置溫控和陽(yáng)光模擬的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，工況設(shè)定如下：120km/h 爬 4% 坡，90km/h 爬 7% 坡，60km/h 爬 9% 坡，40km/h 爬 12% 坡等，環(huán)境溫度 35℃和光照強(qiáng)度 1000W/m2 等參數(shù)設(shè)置。圖 3-14 所示為某轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)室，48in 四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)，環(huán)境溫度控制范圍 ?40 ~ 60℃，光照強(qiáng)度控制范圍 0 ~ 1200W/m2。

圖 3-13    G3012 吐庫(kù)高速試驗(yàn)段 

圖 3-14   帶溫控和陽(yáng)光模擬的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)室

注：本文節(jié)選自工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材《新能源汽車(chē)試驗(yàn)學(xué)》，本書(shū)可作為高等院校車(chē)輛工程、新能源汽車(chē)、交通工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材，也可供有關(guān)研究人員、工程技術(shù)人員和管理人員參考。

作者：張代勝