今天和大家聊聊汽車高原試驗是怎么做的。首先還是從發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)ECU的開發(fā)流程說起，在拿到項目之后，首先根據(jù)用戶的需要，要定制這個系統(tǒng)的配置，比如選擇什么樣的ECU能滿足用戶的要求，因為ECU為了節(jié)省成本會設(shè)計成不同型號，對于沒有必要的功能，對應(yīng)的控制元氣件也會取消，這樣可以最大限度降低成本，因此不同的ECU其軟件也會有所差別，同時也會選取對應(yīng)的傳感器、執(zhí)行器等。對于有特殊要求的零部件需要單獨的設(shè)計定制。待零部件選擇好后，就需做ECU的桌面標(biāo)定、臺架標(biāo)定、排放標(biāo)定、駕駛性標(biāo)定、OBD標(biāo)定等等。在車上完成基礎(chǔ)的標(biāo)定試驗之后就準(zhǔn)備做“三高”試驗。
 

作者：Cartech8/汽車工程師之家

1. 零部件的驗證、桌面標(biāo)定、臺架標(biāo)定，需要在發(fā)動機(jī)臺架實驗室完成，只需要發(fā)動機(jī)就行了，不需要將發(fā)動機(jī)裝在整車上進(jìn)行試驗。我們平時所說的最大功率最大扭矩，在臺架標(biāo)定的初期就必須完成，即在進(jìn)行正式標(biāo)定前就要完成，如功率、扭矩達(dá)不到要求生產(chǎn)廠家就必須進(jìn)行改進(jìn)，否則到標(biāo)定進(jìn)行到一定程度后才發(fā)現(xiàn)功率扭矩達(dá)不到要求，才進(jìn)行修改，很多工作就白做了。
 

2. 起動標(biāo)定、排放標(biāo)定、駕駛性標(biāo)定、OBD標(biāo)定、三高實驗等，發(fā)動機(jī)必須裝在整車上后才能進(jìn)行。也可同步進(jìn)行，但必須不同項目工程師經(jīng)常碰頭，討論自己標(biāo)定的內(nèi)容給對方可能造成的影響。排放、OBD標(biāo)定完成后需到國家指定的實驗室進(jìn)行認(rèn)證實驗，這是拿到車輛準(zhǔn)生證的必須條件。駕駛性標(biāo)定需得到主機(jī)廠的認(rèn)可，這個工作很多情況下是人的主觀感受，對于不同的人會有不同的駕駛感覺，是一個很費(fèi)功夫也很費(fèi)神的工作，需要和主機(jī)廠共同完成。

3. “三高”試驗是在極端苛刻、嚴(yán)格的環(huán)境中判斷車輛和發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的工作情況。同時需要進(jìn)行起動、駕駛性、OBD檢測、故障診斷等工作的標(biāo)定，第一次主要進(jìn)行標(biāo)定工作，會涉及到大量參數(shù)修改和驗證工作。之后有可能主機(jī)廠會對零部件、整車等進(jìn)行改進(jìn)，因此如果條件允許，還需要再來一次“三高”試驗進(jìn)行驗證考核。

所有標(biāo)定都完成之后，主機(jī)廠的設(shè)計如已經(jīng)完成，就可進(jìn)入標(biāo)定發(fā)放環(huán)節(jié)。這時發(fā)動機(jī)額ECU內(nèi)的數(shù)據(jù)基本凍結(jié)，讓發(fā)動機(jī)和車輛在各種工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時保證車輛的油耗、排放等都滿足要求。最后，標(biāo)定數(shù)據(jù)就可以刷入所有的車輛的車載電腦里，然后出廠上市。當(dāng)然，如是自動變速器、混動車輛、還會增加變速器標(biāo)定和電動機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的標(biāo)定工作。
 

下面言歸正傳， Cartech8和大家聊聊高原實驗。

一、為什么需要進(jìn)行高原實驗？
 

高原地區(qū)氣壓較低，空氣稀薄，燃燒所需要的燃油量和平原不同。必須讓發(fā)動機(jī)ECU能夠識別高原大氣壓力并對進(jìn)氣量進(jìn)行修正。在高原地區(qū)系統(tǒng)考核的重點是：對高度修正因子的調(diào)節(jié)，斷油修正，冷起動、熱起動和暖機(jī)起動，熱怠速，混合氣預(yù)調(diào)節(jié)，駕駛性能，爆震控制，在高負(fù)荷通過推遲點火提前角調(diào)節(jié)排氣溫度和催化器溫度，炭罐控制。從下圖你可以看到，隨著海拔的增高，空氣含氧量成下降趨勢。
 

二、高原實驗有哪些內(nèi)容？

1. 高原壓力估算，即ECU必須知道現(xiàn)在是否是在高原，有的車輛配備大氣壓力傳感器，通過讀取傳感器的壓力值，就可判斷出現(xiàn)在是否在高原環(huán)境。有的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)沒有裝大氣壓力傳感器，這就只有通過估算來判斷當(dāng)前是否工作于高原情況。怎么估算呢？通過進(jìn)氣壓力傳感器，每次啟動時就會讀取進(jìn)氣壓力傳感器值，車輛在行駛過程中，根據(jù)一定的算法也能正確估算當(dāng)前的大氣壓力值。這是高原修正最基本的參數(shù)，沒有它，ECU會不知道當(dāng)前是否在高原，也就談不上是否修正。
 

2. 高原進(jìn)氣修正，首先我們討論個2問題：

如果不修正會有問題嗎？ 

我們所說的高原上發(fā)動機(jī)沒有力，修正了就有力了嗎？

首先，cartech8和大家探討第一個問題，不修正有問題嗎？如果海拔不是很高應(yīng)該也沒有什么問題，海拔高了肯定有問題。因為電控發(fā)動機(jī)的工作原理就是，通過進(jìn)氣壓力傳感器或者進(jìn)氣流量傳感器精確計算發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，正常情況下發(fā)動機(jī)工作于理論空燃比工況(即14.7公斤空氣燒掉1公斤汽油，詳細(xì)介紹見cartech8的另一篇文章《動力性匹配之幾張表搞定一輛車的動力性》)，然后根據(jù)進(jìn)氣量計算要噴多少油。我們用在平原和高原相同發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、相同進(jìn)氣壓力的工況作為例子，大家都知道在高原上外部的環(huán)境壓力不一樣，因此進(jìn)入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量肯定不一樣，因此需要修正。如不修正就會使得計算的進(jìn)氣不準(zhǔn)確，因此噴油也不準(zhǔn)確。如果海拔不高，誤差不是很大，ECU自身有個自學(xué)習(xí)功能，它會將這個值修正過來（這個修正過程會相當(dāng)長時間）。如果相差大了，自學(xué)習(xí)功能由于其他原因被限制做了，是無法修正過來，就會造成噴油不準(zhǔn)，系統(tǒng)出現(xiàn)過稀過濃，甚至報故障。因此高原上ECU自學(xué)習(xí)的監(jiān)控也是一個非常重要的工作。

另外一個問題，我們所說的高原上發(fā)動機(jī)沒有力，修正了就有力了嗎？非也。修正后ECU能準(zhǔn)確計算發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，而正如前面Cartech8提到的，部分工況發(fā)動機(jī)始終工作于理論空燃比。因此，空氣少了，油也成比例減少。因此要增加輸出力只能增加節(jié)氣門開度，這個在《動力性匹配之幾張表搞定一輛車的動力性》里有詳細(xì)描述。因此，修正并不增加力，要增加力只能增加空氣，因此渦輪增壓效果就有了。

3. 起動修正，這個工作對標(biāo)定工程師來說，是重點，會花很多時間去處理和修正。為什么？因為起動階段，我們前面提到的空氣和燃油14.7:1的比例關(guān)系是不成立的。起動階段發(fā)動機(jī)是開環(huán)控制的，也就是氧傳感器還沒正常工作。也就是高原上進(jìn)氣變了，發(fā)動機(jī)自身工作阻力變了，加上發(fā)動機(jī)開環(huán)控制，因此起動修正不可避免。在高原試驗中，會驗證車子的冷啟動和熱啟動，熄火之后馬上的啟動等等。要求是必須一次啟動成功，整個標(biāo)定程序就是模擬消費(fèi)者買車后在海拔高的地方發(fā)動機(jī)啟動情況。
 

4. 高原實驗路線圖，高原實驗是逐步展開的，也就是說從平原逐步上山，每隔一定海拔高度進(jìn)行一次實驗，這個根據(jù)各個公司而定，海拔越高，這個間隔就越小。最高一般都會超過4000米?，F(xiàn)在比合適的高原線路有好幾條，如川西的康定和九寨是兩條不錯的選擇，甘肅的祁連山，青海的格爾木等等。
 

5. OBD實驗，OBD是英文On-Board Diagnostic的縮寫，中文翻譯為“車載診斷系統(tǒng)”。這個系統(tǒng)隨時監(jiān)控發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀況和尾氣后處理系統(tǒng)的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有可能引起排放超標(biāo)的情況，會馬上發(fā)出警示。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，故障燈(MIL)或檢查發(fā)動機(jī)(Check Engine)警告燈亮，同時OBD系統(tǒng)會將故障信息存入存儲器，通過標(biāo)準(zhǔn)的診斷儀器和診斷接口可以以故障碼的形式讀取相關(guān)信息。根據(jù)故障碼的提示，維修人員能迅速準(zhǔn)確地確定故障的性質(zhì)和部位。

其實OBD分為兩個功能。一是零部件故障檢測功能，零部件發(fā)生故障時，能夠及時檢測出來，并采取措施盡可能保證車輛能夠行駛到維修點，即所謂的跛行回家功能。二是排放檢測功能，不允許排放超標(biāo)，OBD計算是非常復(fù)雜的，有超級多檢測限制，因此也需要在高原上進(jìn)行驗證其是否工作正常，會不會出現(xiàn)誤報。今后cartech8有機(jī)會會和大家探討。

6. 駕駛性驗證、變速器驗證。在高海拔的情況下，ECU、TMS（變速器控制系統(tǒng)）最主要的特征就是同樣油門開度，動力扭矩會降低很多，在低扭矩的情況下，對駕駛員的換擋控制會產(chǎn)生很大影響。駕駛員踩踏板深度同樣的情況下，得到的扭矩是不一樣的，如果還按照平原環(huán)境中踩踏板深度來感知駕駛員的意圖就會產(chǎn)生問題。所以在高原試驗中需要加以修正，在不同的海拔高度做標(biāo)定試驗，查看換擋的平順性和時機(jī)。
 

7. 爆震檢測也是一個非常重要的工作，高原上大油門開度的工作情況增多了，加上很多上坡路段，這些都是很容易出現(xiàn)爆震的工況。因此，爆震監(jiān)控的工作不可少。

三、整車廠在高原需要做的工作:

1. 高原上，氣壓減少，水的沸點降低，從下表可以看到4000米海拔時，水的沸點只有八十幾度。如果散熱器蓋開啟壓力設(shè)置不合適就會造成發(fā)動機(jī)開鍋，產(chǎn)生大量氣體，發(fā)動機(jī)散熱效果明顯降低。另外，由于高原上空氣密度低，散熱器體積流量不變，但質(zhì)量流量大大降低，海拔每升高1000m，質(zhì)量流量下降8%，實際上降低了風(fēng)扇的冷卻效果，和散熱水箱的冷卻效果。高原上對發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行驗證也必不可少。
 

2. 高原試驗 還可做制動標(biāo)定等，高原試驗特別是下坡，松油門后，如果發(fā)動機(jī)的真空度發(fā)生變化，會對制動真空助力產(chǎn)生影響，因此高原實驗也需驗證制動性能。

四、高原環(huán)境倉

由于高原實驗，需要大量的人力物力成本，而且有時間限制，高原實驗一般在5-10月展開，其它時間由于高海拔地區(qū)氣溫低、路邊容易結(jié)冰，比較危險。因此高原實驗倉出現(xiàn)了。它最大的好處是，不受時間地域限制，雖時可以展開相關(guān)標(biāo)定和驗證工作。缺點，還是不可能完全模擬真實的高原環(huán)境。
 

1.汽車高原環(huán)境模擬試驗室現(xiàn)狀

外發(fā)達(dá)國家在20 世紀(jì)70 年代開始籌建汽車高原環(huán)境模擬試驗室,如荷蘭TNO 公司的氣候海拔環(huán)境模擬試驗室、美國Ford 汽車公司的全天候汽車性能試驗室和德國BMW 公司的高原環(huán)境模擬試驗室。相對國外先進(jìn)的汽車測試技術(shù),汽車高原環(huán)境模擬試驗室在國內(nèi)剛剛興起,目前還處于起步階段。因項目投資大、風(fēng)險性高,國內(nèi)中國汽車技術(shù)研究中心建成一座整車高原環(huán)境模擬試驗室。

2.基本結(jié)構(gòu)及功能

汽車高原環(huán)境模擬試驗室結(jié)構(gòu)如圖所示,各部分主要功能如下:

1)外圍殼體:主要作用為承擔(dān)試驗室內(nèi)外壓力差,一般采用混凝土(早期試驗室)或鋼結(jié)構(gòu)制成。

2)保溫艙體:用于試驗室保溫,一般使用聚氨酯發(fā)泡板。

3)壓力模擬系統(tǒng):用于模擬高原地區(qū)的低氣壓環(huán)境,由新風(fēng)系統(tǒng)和尾氣排出系統(tǒng)共同組成。

4)溫度模擬系統(tǒng):用于試驗室內(nèi)的溫度控制。

5)濕度模擬系統(tǒng):用于試驗室內(nèi)的濕度控制。

6)迎面風(fēng)機(jī):模擬汽車在實際道路行駛過程中的空氣流動,試驗過程中需與車速保持一致。

7)陽光模擬系統(tǒng):模擬不同地區(qū)的光照強(qiáng)度,一般為600kW/m2 ~1200kW/m2 。

8)循環(huán)風(fēng)系統(tǒng):均勻布置試驗區(qū)域內(nèi)的空氣。

9)安全控制系統(tǒng):用于監(jiān)測試驗室內(nèi)一氧化碳和碳?xì)浠衔锖?避免人員傷亡。