本文主要介紹爬坡試驗分別從試驗分類、試驗設(shè)備、試驗原理以及試驗結(jié)果的應(yīng)用等方面進行講述。 

爬 坡 試 驗

依據(jù)坡度的大小和長度，又將爬坡試驗分為爬陡坡試驗和爬長坡試驗。爬陡坡試驗一般在 10% 以上的陡坡路進行，GB/T 12539—2018《汽車爬陡坡試驗方法》主要介紹了道路開展規(guī)定坡道爬坡試驗、坡道起步試驗、最大爬坡度試驗等。爬長坡試驗通常在坡度為12% 以下的長坡路進行，包括坡道最高車速試驗、坡道加速試驗等，以及針對行駛中冷卻液和潤滑油溫度的熱平衡試驗、靠近熱源的橡膠件和塑料件溫度的熱害試驗等。

注：本文節(jié)選自工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材《新能源汽車試驗學(xué)》，本書可作為高等院校車輛工程、新能源汽車、交通工程及相關(guān)專業(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、試驗工況及指標(biāo)要求

爬坡試驗的工況和評價指標(biāo)的要求往往來源于實際道路情況，如汽車設(shè)計的最大爬坡度常常大于實際道路上的最大坡度。

放眼全球，即便是發(fā)達國家，依然有著大量的陡坡，如圖 3-8 所示。但在我國，道路建設(shè)日新月異，越來越多的公路通過架橋梁、挖隧道來跨越山谷或者穿越山脊，即使是爬山公路也會通過盤旋環(huán)繞大山的方式來減小道路坡度，如圖 3-9 所示。我國交通運輸部頒發(fā)的 JTG D20—2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》，對各級公路的最大縱坡以及最大坡長進行了規(guī)定，其中最大坡度為 10%。最大爬坡度一般設(shè)計要求：轎車和貨車≥ 30%，越野車≥ 60%，遠優(yōu)于我國道路對應(yīng)的坡度，這時除了最大爬坡度性能，企業(yè)和用戶更加關(guān)注汽車在爬坡公路上影響通勤效率的指標(biāo)，如坡道最高車速、坡道加速性能等。如某車企針對電動汽車制定了 4% 坡道最高車速的設(shè)計要求≥ 130km/h。

圖 3-8    某國坡度達到 36% 的城市道路
 
圖 3-9   張家界天門山公路

隨著我國城市化的飛速發(fā)展，修建了越來越多的地下停車場坡道，車輛常常因堵車等因素停在坡道中間，此時坡道起步性能就顯得尤為重要。我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的JGJ 100—2015《車庫建筑設(shè)計規(guī)范》，對不同機動車庫坡道的最大縱向坡度進行了規(guī)定，其中最大坡度為 15%。如某車企針對電動汽車制定了坡道起步的設(shè)計要求≥ 20%。

近年來，我國汽車企業(yè)不斷開拓海外市場，2023 年出口各類汽車522 萬輛，同比增長57.4%，其中出口新能源汽車 177 萬輛。然而，出口汽車必須要考慮當(dāng)?shù)厝藛T的駕駛習(xí)慣，道路的坡度、海拔情況，需要針對性地制定試驗工況和指標(biāo)要求。

二、爬陡坡試驗

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

爬坡能力除了主要受到驅(qū)動力的影響，有時也會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、堅實的高附路上，還需要在冰、雪等低附路上開展爬陡坡試驗。試驗場地常見的高附標(biāo)準(zhǔn)坡道有20%、30%、40%、60% 等，圖 3-10 所示為某試驗場60% 高附坡道。常見的一半高附一半低附的對開坡道有 10%、12%、15%，圖 3-11 所示為某試驗場 15% 對開坡道。

圖 3-10    某試驗場 60% 高附坡道 

圖 3-11   某試驗場 15% 對開坡道

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

1、道路試驗坡道要求

圖3-12所示為道路示意圖，測試路段坡道長度不小于20m，測試路段的前后設(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、堅實、坡度均勻的自然坡道（瀝青路面或混凝土路面）代替。測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

將汽車變速桿置于最低檔，如有副變速器也將其置于最低檔，自動檔汽車變速桿置于D檔，全驅(qū)車使用全輪驅(qū)動。將汽車停于接近坡道區(qū)域的平直路段上。起步后將加速踏板踩到底，在測試路段采集汽車的車速及轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)，爬坡中車速不斷升高或趨于穩(wěn)定通過測試路段，則爬坡成功并記錄平均車速。第一次爬坡失敗時，分析爬坡失敗的原因。如爬坡過程中轉(zhuǎn)速未達到最大轉(zhuǎn)矩點，可放寬車輛前端距坡道區(qū)域的距離，使車輛進入測試 路段前轉(zhuǎn)速提升至最大轉(zhuǎn)矩點，再進行第二次，但不超過兩次。

3、最大爬坡度

如果爬坡能力有富余，可以爬更陡的坡，而此時又沒有更陡規(guī)定坡度的坡道，則可通過增加裝載質(zhì)量或采用變速器較高一檔（如Ⅱ檔）進行試驗，按式（3-3）折算為最大設(shè)計總質(zhì)量下，變速器使用最低檔時的爬坡度（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。除了在常規(guī)環(huán)境下進行，還要進行高原適應(yīng)性試驗，另外還會進行開空調(diào)的試驗。

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

三、爬長坡試驗

爬長坡試驗對動力性經(jīng)濟性、熱平衡熱害性能的開發(fā)有著重要的意義。一方面需要開展真實道路上的適應(yīng)性試驗，檢驗汽車能否更強地適應(yīng)當(dāng)?shù)芈窙r和環(huán)境；另一方面需要開展帶環(huán)境模擬的轉(zhuǎn)鼓試驗臺試驗，可以準(zhǔn)確重復(fù)模擬環(huán)境溫度、光照強度、道路坡度等參數(shù)，便于試驗開發(fā)過程中的方案選型驗證。本節(jié)參照某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)介紹在轉(zhuǎn)鼓上開展坡道最高車速、在道路和轉(zhuǎn)鼓上開展坡道熱平衡熱害試驗方法。

1、坡道最高車速試驗

坡道最高車速試驗一般在轉(zhuǎn)鼓試驗臺上進行。常用的坡道最高車速設(shè)定的坡度有：3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%等，電動汽車主要測試 4% 和 12% 兩種坡道最高車速。

以電動汽車4%坡道為例進行介紹。除了將轉(zhuǎn)鼓試驗臺進行阻力設(shè)定外，還需要將轉(zhuǎn)鼓模擬的坡道設(shè)置為4%，將試驗車的質(zhì)量設(shè)置為最大設(shè)計總質(zhì)量，轉(zhuǎn)鼓會自動換算出坡道阻力，并增加到轉(zhuǎn)鼓電機模擬阻力中。試驗過程中，需要將加速踏板踩到底使試驗車輛加速或使用適當(dāng)變速檔位使車輛加速。確定試驗車輛能夠達到并持續(xù)行駛 1km 的最高車速，同時，記錄持續(xù)行駛 1km 的時間 T，用式（3-4）計算結(jié)果：

2、坡道熱平衡熱害試驗

在道路上開展坡道熱平衡熱害試驗的關(guān)鍵是選擇合適的路段。選擇路段時，需要考慮總坡長、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、光照強度、濕度、風(fēng)速等氣象條件因素，還需要考慮當(dāng)?shù)剀嚵髁俊⑽锪鬟\輸?shù)群笄跅l件。我國各車企常在夏季選擇新疆吐魯番地區(qū)的某些道路開展試驗。例如，G3012 吐庫高速，起點在 63km 標(biāo)牌處，海拔 783m，終點在 79km 標(biāo)牌處，海拔 1510m，道路總長度 16km，平均坡度 4.3%（圖3-13）。夏季 6—8 月，該試驗路段氣溫常常超過 40℃，光照強度常常超過1000W/m2。

試驗過程中，除全程記錄各試驗道路的環(huán)境溫度、濕度、光照強度、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)注汽車極限轉(zhuǎn)矩、空調(diào)切斷、儀表報警等現(xiàn)象發(fā)生的試驗路段和對應(yīng)車速。試驗結(jié)束后對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理。

在轉(zhuǎn)鼓試驗臺上開展該類試驗相對容易，試驗常常在配置溫控和陽光模擬的轉(zhuǎn)鼓實驗室進行，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℃和光照強度 1000W/m2 等參數(shù)設(shè)置。圖 3-14 所示為某轉(zhuǎn)鼓實驗室，48in 四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓試驗臺，環(huán)境溫度控制范圍 ?40 ~ 60℃，光照強度控制范圍 0 ~ 1200W/m2。

圖 3-13    G3012 吐庫高速試驗段 

圖 3-14   帶溫控和陽光模擬的轉(zhuǎn)鼓實驗室

注：本文節(jié)選自工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材《新能源汽車試驗學(xué)》，本書可作為高等院校車輛工程、新能源汽車、交通工程及相關(guān)專業(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