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摘要：“三高”试验是考验整车能否适应极端环境的重要依据，是整车开发和验证中的重要环节。本文介绍了高寒、高温、高原环境对重型柴油车性能的影响与“三高”试验项目，最后对环境模拟试验技术进行了简介。这对重型柴油车生产企业开展整车“三高”试验与建立科学有效的“三高”试验规范具有一定参考意义。
Abstract： "Three high" test is an important basis to test whether the vehicle can adapt to extreme environment， and it is an important link in vehicle development and verification. This paper introduces the influence of cold， high temperature and plateau environment on the performance of heavy-duty diesel vehicles and the "three high" test items， and finally introduces the environmental simulation test technology. It has certain reference significance for heavy-duty diesel vehicle manufacturers to carry out vehicle "three high" test and establish scientific and effective "three high" test specification.
关键词：高寒;高温;高原;三高;环境模拟
Key words： high cold;high temperature;plateau;three high;environmental simulation
中图分类号：U469.74 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0094-02
0 引言
我国地域辽阔，从北往南纬度跨度较大，从东往西海拔高度相差也很大，加之地形复杂多样，造就了我国多样的地域和气候特征。例如我国东北与内蒙古部分地区，冬季寒冷而漫长，积雪天数达全年三分之一，最低气温可达-50℃。新疆土鲁番地区，日照长、气温高、降水少，素有“火州”之称，夏季气温高达35～50℃。我国高原地区面积广阔，海拔2000m以上的地区占国土面积的33%以上，具有代表性的是青藏高原与云贵高原，特点是大气压力低、空气密度小、昼夜温差大、地形复杂等。重型柴油车作为交通运输的重要工具之一，在极端环境下运行，其性能与寿命将面临严酷的考验。
我国是世界上汽车使用环境最严酷的国家之一，但由于受整车制造企业技术能力的限制、成本考虑以及缺乏相关的试验规范等原因，大多数重型柴油车在设计和定型时未经过高寒、高温、高原试验，导致在极端环境地区存在车辆性能、寿命下降与市场占有率不高等一系列问题。因此，对新开发的重型柴油车进行“三高”试验非常重要且有必要[1]。本文重点介绍了高寒、高温、高原环境对重型柴油车性能的影响与“三高”试验项目，最后对环境模拟试验技术进行了简介，以期为重型柴油车生产企业开展整车“三高”试验与建立科学有效的“三高”试验规范提供一些参考。
1 高寒试验
1.1 高寒环境对整车的影响
①高寒环境下，柴油机吸入气缸的空气温度较低，同时气缸壁、气缸盖、活塞顶的温度也较低，导致气缸内压缩终了温度较低，空气与柴油混合气达不到自燃溫度。并且低温下柴油黏度增大，雾化性能较差，难以与空气形成均匀的混合气。润滑油低温下流动性变坏，导致各摩擦件间的运动阻力增大。同时蓄电池电解液在低温下放电能力急剧下降，造成起动电机起动力矩下降。以上因素共同作用，导致柴油机在高寒地区起动非常困难[1]。
②冬季环境温度较低时，车辆前挡风、主副驾侧玻璃容易起雾，这将直接影响驾驶员的视线，从而造成一定的安全隐患。
③低温环境下，静态与行车时车辆的快速升温和保温能力急剧下降，降低了车辆的驾乘舒适性。
④高寒地区，冬季路面长时间被冰雪覆盖，使得路面摩擦系数降低。在车辆制动时，易出现车轮抱死，导致车辆出现甩尾、侧翻，严重危害车辆与驾驶员安全。
⑤极端低温环境下，存在橡胶件低温老化、发硬、变形，导致密封失效;塑料件变得硬脆，抗冲击性强度等机械性能下降;在大负荷及撞击情况下，金属件出现冷脆现象而损坏;管路易结冰破裂，导致漏油、漏水、漏气;机油黏度增大，磨损加剧;电器件易失效等问题，整车可靠性大大降低。
1.2 重型柴油车高寒试验
根据高寒环境对重型柴油车整车性能的影响，重型柴油车主要高寒试验项目及试验标准如表1所示。国内大多主机厂通常选择黑龙江省黑河市或内蒙古呼伦贝尔市牙克石地区作为整车高寒试验场地。以上地区建有专门的冬季汽车试验场地，试验时间通常为每年11月中旬至次年1月底。高寒试验前，需将整车油液更换为低温用油液，使用当地标号柴油，随车携带备用蓄电池、电源连接线等。 2 高温试验
2.1 高温环境对整车的影响
①高温环境下，进气温度较高，增加了发动机的热负荷;流经散热器温度升高，使散热器散热效率下降;较高的环境温度减少了发动机机体、气缸盖表面向外的散热，发动机舱易产生积热;当发动机温度过高时，易导致润滑油变稀、氧化变质，发动机出现拉瓦和限扭等问题。
②较高的环境温度对驾驶室隔热通风能力与空调降温性能是一个巨大的考验。
③高温下，橡胶件、塑料件材料性能改变，结构强度减弱，易导致润滑与密封失效。
④车辆工作时，发动机与排气系统向周围辐射大量的热量，使附近燃油管路、气制动管路、线束等老化、破裂，降低了整车的可靠性。
2.2 重型柴油车高温试验
重型柴油车主要高温试验项目及参考试验标准如表2所示。高温试验一般选择在每年6-8月份，在新疆吐鲁番进行。吐鲁番属于独特的暖温带大陆性干旱荒漠气候，因地处盆地之中，四周高山环抱，增热迅速、散热慢。三亚位于我国海南的最南端，地处低纬度，属于典型的热带海洋性季风气候，部分厂家也会选择7月份在三亚进行高温、湿热适应性试验。
3 高原试验
3.1 高原环境对整车的影响
①高原地区大气温度与压力均较低，据统计：海拔每上升1000m，大气温度则下降6.5℃，大气压力下降9%。在低温与低气压的双重因素影响下，柴油机进气温度和压力下降，缸内混合气过浓，起动阻力和摩擦阻力增大，起动困难程度远超过低海拔地区。
②气压低，空气密度小，发动机过量空气系数减小，混合气过浓，导致燃烧不充分，后燃性严重，燃油消耗量大、排放恶化。
③空气稀薄、空气含氧量低，发动机进气量减少、燃烧不充分，导致发动机输出功率和扭矩随着海拔升高而明显下降，具体表现为车辆驱动力不足，行驶速度和爬坡能力下降。
④海拔越高，水的沸点越低，海拔高度达4000m以上时，水沸点已下降至90℃以下。另外，由于高原空气密度降低，使得冷卻风扇进风量减小，冷却系统的散热效果显著下降。因此，高原地区使用的柴油车工作时极易出现发动机开锅现象。同时，由于燃烧不充分、后燃现象严重，排气温度较高，可能导致后处理系统催化器永久损坏[3]。
⑤高原地区空气含尘量大，使空气滤清器的滤清效率下降，降尘能力降低。这一方面增加了发动机的进气阻力使发动机的功率进一步降低，另一方面导致发动机气缸、活塞积炭增多，喷油嘴孔易堵塞，引起发动机怠速不稳定，缸套磨损加剧等问题。
⑥高原地区日照时间长、紫外线辐射强、昼夜温差大，整车易出现外露件老化、失效，油漆起包、脱落等现象。
3.2 重型柴油车高原试验
重型柴油车主要高原试验项目及参考试验标准如表3所示。高原试验一般在青藏高原开展，试验场地位于青海昆仑山口附近，海拔高度4500m左右。有些汽车厂家会在青藏公路不利于通行时，选择在云贵高原进行整车高原试验。
4 三高环境模拟试验
为保证车辆在极端苛刻、严酷的环境中能够正常可靠的运行，汽车厂商需对新开发产品进行高寒、高温、高原实地试验，但此方法费时费力且成本较高。环境模拟试验技术的出现，为各汽车厂商提供了解决此类问题的方法。环境模拟试验可以模拟汽车在道路上行驶时的气候条件（风速、温度、湿度、大气压、海拔高度、日照、淋雨等）与车辆在道路上的实际行驶工况。环境模拟试验室主要包括环境模拟系统和底盘测功机等。环境模拟系统利用空气制冷（或加热）模拟高、低温环境，可模拟温度范围为-50～60℃。采用卤化金属照明灯或红外线灯模拟太阳光光谱的日照。利用空气除湿与加湿系统控制调节环境舱内的湿度。高原环境模拟通常有两种方法：一是通过发动机进气节流、排气抽真空的方法模拟高原环境下发动机进、排气压力，这种方法成本较低;二是通过降低整个舱内大气压力来模拟高原低气压环境，与车辆在真实高原环境运行情况较一致，可模拟0～6000m的海拔高度[4]，但试验室建设成本较昂贵。环境模拟试验可复现自然条件，具有不受时间、地点、季节及天气限制与节省时间、试验经费等优点。随着我国汽车工业的快速发展，我国环境模拟试验技术取得了长足的进步和发展，与国外差距迅速缩小。环境模拟试验技术是未来汽车环境试验的重点发展方向，具有广阔的应用前景。
5 结论
我国地形复杂，涵盖了高原、高寒、高温等众多极端环境。重型柴油车在极端环境下运行，其功能、性能和寿命均会受到影响。为使车辆能够最大限度地适应多种环境，增强整车的可靠性，提高整车品质，在重型柴油车产品开发时，对整车进行高寒、高温、高原试验，非常重要且有必要。随着我国汽车行业对汽车环境适应性的逐渐重视和环境试验技术的不断完善与进步，“三高”试验在后续车辆开发过程中也将会起着更加重要的作用。
参考文献：
[1]安相壁.汽车试验工程[M].北京：国防工业出版社，2006：283-291.
[2]何西常，张众杰，张云飞，等.柴油机冷起动研究现状[J].内燃机，2012（04）：1-4，18.
[3]赵康波，张志平，郭全俊.环境温度对增压车型性能的影响与优化[J].客车技术，2019（01）：15-20.
[4]许翔，刘瑞林，董素荣，等.车辆高原环境模拟试验技术发展现状综述[J].装备环境工程，2012，9（06）：63-66，116.
Abstract： "Three high" test is an important basis to test whether the vehicle can adapt to extreme environment， and it is an important link in vehicle development and verification. This paper introduces the influence of cold， high temperature and plateau environment on the performance of heavy-duty diesel vehicles and the "three high" test items， and finally introduces the environmental simulation test technology. It has certain reference significance for heavy-duty diesel vehicle manufacturers to carry out vehicle "three high" test and establish scientific and effective "three high" test specification.
关键词：高寒;高温;高原;三高;环境模拟
Key words： high cold;high temperature;plateau;three high;environmental simulation
中图分类号：U469.74 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0094-02
0 引言
我国地域辽阔，从北往南纬度跨度较大，从东往西海拔高度相差也很大，加之地形复杂多样，造就了我国多样的地域和气候特征。例如我国东北与内蒙古部分地区，冬季寒冷而漫长，积雪天数达全年三分之一，最低气温可达-50℃。新疆土鲁番地区，日照长、气温高、降水少，素有“火州”之称，夏季气温高达35～50℃。我国高原地区面积广阔，海拔2000m以上的地区占国土面积的33%以上，具有代表性的是青藏高原与云贵高原，特点是大气压力低、空气密度小、昼夜温差大、地形复杂等。重型柴油车作为交通运输的重要工具之一，在极端环境下运行，其性能与寿命将面临严酷的考验。
我国是世界上汽车使用环境最严酷的国家之一，但由于受整车制造企业技术能力的限制、成本考虑以及缺乏相关的试验规范等原因，大多数重型柴油车在设计和定型时未经过高寒、高温、高原试验，导致在极端环境地区存在车辆性能、寿命下降与市场占有率不高等一系列问题。因此，对新开发的重型柴油车进行“三高”试验非常重要且有必要[1]。本文重点介绍了高寒、高温、高原环境对重型柴油车性能的影响与“三高”试验项目，最后对环境模拟试验技术进行了简介，以期为重型柴油车生产企业开展整车“三高”试验与建立科学有效的“三高”试验规范提供一些参考。
1 高寒试验
1.1 高寒环境对整车的影响
①高寒环境下，柴油机吸入气缸的空气温度较低，同时气缸壁、气缸盖、活塞顶的温度也较低，导致气缸内压缩终了温度较低，空气与柴油混合气达不到自燃溫度。并且低温下柴油黏度增大，雾化性能较差，难以与空气形成均匀的混合气。润滑油低温下流动性变坏，导致各摩擦件间的运动阻力增大。同时蓄电池电解液在低温下放电能力急剧下降，造成起动电机起动力矩下降。以上因素共同作用，导致柴油机在高寒地区起动非常困难[1]。
②冬季环境温度较低时，车辆前挡风、主副驾侧玻璃容易起雾，这将直接影响驾驶员的视线，从而造成一定的安全隐患。
③低温环境下，静态与行车时车辆的快速升温和保温能力急剧下降，降低了车辆的驾乘舒适性。
④高寒地区，冬季路面长时间被冰雪覆盖，使得路面摩擦系数降低。在车辆制动时，易出现车轮抱死，导致车辆出现甩尾、侧翻，严重危害车辆与驾驶员安全。
⑤极端低温环境下，存在橡胶件低温老化、发硬、变形，导致密封失效;塑料件变得硬脆，抗冲击性强度等机械性能下降;在大负荷及撞击情况下，金属件出现冷脆现象而损坏;管路易结冰破裂，导致漏油、漏水、漏气;机油黏度增大，磨损加剧;电器件易失效等问题，整车可靠性大大降低。
1.2 重型柴油车高寒试验
根据高寒环境对重型柴油车整车性能的影响，重型柴油车主要高寒试验项目及试验标准如表1所示。国内大多主机厂通常选择黑龙江省黑河市或内蒙古呼伦贝尔市牙克石地区作为整车高寒试验场地。以上地区建有专门的冬季汽车试验场地，试验时间通常为每年11月中旬至次年1月底。高寒试验前，需将整车油液更换为低温用油液，使用当地标号柴油，随车携带备用蓄电池、电源连接线等。 2 高温试验
2.1 高温环境对整车的影响
①高温环境下，进气温度较高，增加了发动机的热负荷;流经散热器温度升高，使散热器散热效率下降;较高的环境温度减少了发动机机体、气缸盖表面向外的散热，发动机舱易产生积热;当发动机温度过高时，易导致润滑油变稀、氧化变质，发动机出现拉瓦和限扭等问题。
②较高的环境温度对驾驶室隔热通风能力与空调降温性能是一个巨大的考验。
③高温下，橡胶件、塑料件材料性能改变，结构强度减弱，易导致润滑与密封失效。
④车辆工作时，发动机与排气系统向周围辐射大量的热量，使附近燃油管路、气制动管路、线束等老化、破裂，降低了整车的可靠性。
2.2 重型柴油车高温试验
重型柴油车主要高温试验项目及参考试验标准如表2所示。高温试验一般选择在每年6-8月份，在新疆吐鲁番进行。吐鲁番属于独特的暖温带大陆性干旱荒漠气候，因地处盆地之中，四周高山环抱，增热迅速、散热慢。三亚位于我国海南的最南端，地处低纬度，属于典型的热带海洋性季风气候，部分厂家也会选择7月份在三亚进行高温、湿热适应性试验。
3 高原试验
3.1 高原环境对整车的影响
①高原地区大气温度与压力均较低，据统计：海拔每上升1000m，大气温度则下降6.5℃，大气压力下降9%。在低温与低气压的双重因素影响下，柴油机进气温度和压力下降，缸内混合气过浓，起动阻力和摩擦阻力增大，起动困难程度远超过低海拔地区。
②气压低，空气密度小，发动机过量空气系数减小，混合气过浓，导致燃烧不充分，后燃性严重，燃油消耗量大、排放恶化。
③空气稀薄、空气含氧量低，发动机进气量减少、燃烧不充分，导致发动机输出功率和扭矩随着海拔升高而明显下降，具体表现为车辆驱动力不足，行驶速度和爬坡能力下降。
④海拔越高，水的沸点越低，海拔高度达4000m以上时，水沸点已下降至90℃以下。另外，由于高原空气密度降低，使得冷卻风扇进风量减小，冷却系统的散热效果显著下降。因此，高原地区使用的柴油车工作时极易出现发动机开锅现象。同时，由于燃烧不充分、后燃现象严重，排气温度较高，可能导致后处理系统催化器永久损坏[3]。
⑤高原地区空气含尘量大，使空气滤清器的滤清效率下降，降尘能力降低。这一方面增加了发动机的进气阻力使发动机的功率进一步降低，另一方面导致发动机气缸、活塞积炭增多，喷油嘴孔易堵塞，引起发动机怠速不稳定，缸套磨损加剧等问题。
⑥高原地区日照时间长、紫外线辐射强、昼夜温差大，整车易出现外露件老化、失效，油漆起包、脱落等现象。
3.2 重型柴油车高原试验
重型柴油车主要高原试验项目及参考试验标准如表3所示。高原试验一般在青藏高原开展，试验场地位于青海昆仑山口附近，海拔高度4500m左右。有些汽车厂家会在青藏公路不利于通行时，选择在云贵高原进行整车高原试验。
4 三高环境模拟试验
为保证车辆在极端苛刻、严酷的环境中能够正常可靠的运行，汽车厂商需对新开发产品进行高寒、高温、高原实地试验，但此方法费时费力且成本较高。环境模拟试验技术的出现，为各汽车厂商提供了解决此类问题的方法。环境模拟试验可以模拟汽车在道路上行驶时的气候条件（风速、温度、湿度、大气压、海拔高度、日照、淋雨等）与车辆在道路上的实际行驶工况。环境模拟试验室主要包括环境模拟系统和底盘测功机等。环境模拟系统利用空气制冷（或加热）模拟高、低温环境，可模拟温度范围为-50～60℃。采用卤化金属照明灯或红外线灯模拟太阳光光谱的日照。利用空气除湿与加湿系统控制调节环境舱内的湿度。高原环境模拟通常有两种方法：一是通过发动机进气节流、排气抽真空的方法模拟高原环境下发动机进、排气压力，这种方法成本较低;二是通过降低整个舱内大气压力来模拟高原低气压环境，与车辆在真实高原环境运行情况较一致，可模拟0～6000m的海拔高度[4]，但试验室建设成本较昂贵。环境模拟试验可复现自然条件，具有不受时间、地点、季节及天气限制与节省时间、试验经费等优点。随着我国汽车工业的快速发展，我国环境模拟试验技术取得了长足的进步和发展，与国外差距迅速缩小。环境模拟试验技术是未来汽车环境试验的重点发展方向，具有广阔的应用前景。
5 结论
我国地形复杂，涵盖了高原、高寒、高温等众多极端环境。重型柴油车在极端环境下运行，其功能、性能和寿命均会受到影响。为使车辆能够最大限度地适应多种环境，增强整车的可靠性，提高整车品质，在重型柴油车产品开发时，对整车进行高寒、高温、高原试验，非常重要且有必要。随着我国汽车行业对汽车环境适应性的逐渐重视和环境试验技术的不断完善与进步，“三高”试验在后续车辆开发过程中也将会起着更加重要的作用。
参考文献：
[1]安相壁.汽车试验工程[M].北京：国防工业出版社，2006：283-291.
[2]何西常，张众杰，张云飞，等.柴油机冷起动研究现状[J].内燃机，2012（04）：1-4，18.
[3]赵康波，张志平，郭全俊.环境温度对增压车型性能的影响与优化[J].客车技术，2019（01）：15-20.
[4]许翔，刘瑞林，董素荣，等.车辆高原环境模拟试验技术发展现状综述[J].装备环境工程，2012，9（06）：63-66，116.