国内外汽车除霜除雾系统标准分析

摘要：汽车的除霜除雾性能检测历来都是作为汽车主动安全性标准之一强制执行的。我国的国标与 ISO 标准及 EEC 标准比较接近，在一些关键指标如性能要求、可视区域确定上与 EEC 标准保持一致，但国标对试验设备、试验程序的说明不够详细，而且参考的 EEC 标准是 1977 年制定的，目前国外最新的标准或规范在试验条件及性能要求更加严格，实践证明某些通过国标测试的车辆已无法满足一些发达国家和地区的对除霜除雾系统性能的更高要求，有必要对国标重新进行修订，使其与国外同类标准保持同步，促进国内汽车产业技术水平提高。

0 前言

汽车除霜除雾系统性能好坏的评价标准一般是指：除霜除雾系统能否在规定时间内将关键可视区域内的挡风玻璃恢复透明。汽车除霜除雾系统的性能对车辆的安全行驶有重要影响，国际国内相关的政府部门、标准化组织、行业协会包括汽车制造商对此都十分重视。国际标准化组织（ISO）、欧洲经济共同体（EEC）、美国汽车工程师协会（SAE）、美国联邦汽车安全标准（FMVSS）、以及各大汽车制造商（如 GM、FORD 等）都对除霜除雾性能做出了严格规定，我国的国标（GB）也颁布了相应的汽车风窗玻璃除霜除雾系统的性能要求及实验方法。汽车的除霜除雾性能历来都是作为汽车的主动安全性标准强制执行，这意味着如果车辆无法通过某一国家或地区的除霜除雾系统性能检测，那么该车辆将无法在当地上市。而各个国家和地区由于自身国情的差别，往往在标准的制定上也是有区别的，因此各国的汽车除霜除雾标准不尽相同。目前国内某些企业就碰到了按国标进行除霜除雾系统性能检测试验能通过的车辆，到北美或欧洲就无法通过当地的除霜除雾性能检测，导致车辆无法进行入当地市场销售。这就迫切需要对目前国际上主要使用的一些除霜除雾标准进行分析，并与我国的国标进行对比，找出差别同时进行改进。

1 国内汽车除霜除雾系统相关标准

我国于 1984 开始制定了 JB3599-84《汽车风窗玻璃除霜系统试验方法》、JB3600-84《汽车风窗玻璃除雾系统试验方法》，在 1985 年制定了 JB3985-85《汽车风窗玻璃除霜系统性能要求》、JB3986-85《汽车风窗玻璃除雾系统性能要求》，在 1989 年又参考ISO 标准制定了 GB11555-89《汽车风窗玻璃除霜系统性能要求及试验方法》（等同于 ISO3468-1989）、GB11556-89《汽车风窗玻璃除霜系统性能要求及试验方法》（等同于 ISO3470-1989 ）。1994 年 ，GB11555-89 及 GB11556-89 也被替代，我国目前执行的除霜除雾标准是由长春汽车研究所起草的：GB11555-94《汽车风窗玻璃除霜系统性能要求及试验方法》、GB11556-94《汽车风窗玻璃除雾系统性能要求及试验方法》。

由于目前针对汽车除霜除雾系统执行的标准是GB11555-94、GB11556-94，因此本文主要对这两份现行标准进行分析。两份现行标准主要对术语定义、除霜除雾性能要求、可视区域确定、试验条件、试验设备及试验程序进行了规定，在其中除霜除雾性能要求、可视区域确定、试验条件及程序尤为重要。如果说 GB11555-89 及 GB11556-89 主要参考了 ISO标准，通过对 GB11555-94 及 GB11556-94 的详细分析，则可以认为现行标准主要参考了欧洲经济共同体标准（78/317/EEC），比较国标及 EEC 标准可发现两者在除霜除雾性能要求及可视区域（A 区、B区、A’区）确定方法上完全一致，但国标删减了许多重要内容。通过以上说明，可以发现我国的现行除霜除雾标准是吸取了 ISO 标准及欧洲 EEC 标准的经验后制定的，其中 ISO 标准为 1976 年制定后又于1989 年修订的版本，EEC 标准制定于 1977 年，年代都较早。在实验条件、实验设备及试验程序上，国标的说明也相对简单，本文将在下文的对比分析中详细介绍国标与国外除霜除雾标准的区别，以及这种区别在试验实际操作时带来的影响。

2 国外对汽车除霜除雾系统的相关标准

国外对汽车安全性十分重视，许多国际组织及行业协会或政府机构都为汽车除霜除雾系统制定了相应的标准，主要有：国际标准化组织 ISO 于 1976年制定 1989 年修订的：ISO 3468《乘用车挡风玻璃除霜系统试验方法》、ISO 3470《乘用车挡风玻璃除雾系统试验方法》；美国汽车工程师协会 SAE 于1964 年制定制定 2003 年修订的 SAE J902《乘用车挡风玻璃除霜系统》，并未检索到关于除雾系统的SAE 标准；美国联邦汽车安全标准 FMVSS 制定的FMVSS 103《挡风玻璃除霜及除雾系统》；欧洲经济共同体 EEC 于 1977 年制定 78/317/EEC《机动车辆玻璃表面除霜和除雾系统》。

除此以外各大汽车生产商也提出了各自的企业内部汽车除霜除雾系统标准，其中最具代表性的是通用汽车的全球规范：GMW 3049 《乘用车除霜系统最大性能认可试验》、GMW 3043 《乘用车除雾系统最大性能认可试验》。

3 国内外除霜除雾标准对比分析

由于我国汽车工业最早引进的德国技术，所以国标也与 EEC 标准比较类似，与 SAE、GM 等美国标准有较大区别，本文将对这些标准进行综合分析，并比较其中的差别。

3.1 除霜除雾性能要求

国标对除霜除雾的性能要求与EEC标准完全一致，如除霜性能要求（除雾性能要求与除霜类似）为：试验开始后 20min 时，至少应将 A 区的 80％面积的霜除净；试验开始后 25min 时，至少应将 A′区的 80%面积的霜除净；试验开始后 40min 时，至少应将 B 区的 95％面积的霜除净；其中 A 区为关键可视区域。而 SAE 标准对除霜性能的要求为：30min内，将挡风玻璃 C 区 100％的面积恢复透明，将 A区 80％的面积恢复透明，其中 C 区为关键可视区域。

上述两种性能要求由于规定的时间以及可视区域的确定方法有差别，所以不具备可比性。从理论上来说关键可视区域是否透明对保持驾驶员视野清晰尤为重要，因此适当放宽时间要求，但关键可视区域需 100％恢复透明的性能要求显得更为合理。在实际操作中，判断关键可视区域是否 100％恢复透明也确实比判断是否有 80％的面积恢复透明更为方便。

3.2 试验设备

在国标、ISO 标准及 EEC 标准中，对控制环境温度的设备的描述为低温室（cold chamber），而在SAE 标准中对如何测定底盘功率进行了详细的描述，这表明其所需的设备至少包含底盘测功仪。在GMW3049 中，规定则更为详细明确，要求使用环模风洞（Climatic wind tunnel），并具有可调车速（最小 50km/h）、可调风速（最小 50km/h）、可调环境温度（最低温度-30℃）的功能及底盘测功仪。

低温室只有在温度控制方面能达到环模风洞的水平，在风速、车速、太阳辐射、湿度等方面都是不具备精确控制的功能。国标中对风速的要求即“低温室空气流速应低于 2.2m／s”；对车速没有要求（可能由于一般的低温室没有转毂及底盘测功仪），由于发动机工作状态决定了除霜除雾系统所能获得的热量从而对除霜除雾性能产生影响，所以国标中有一项规定“变速器空档时的发动机转速应接近但不超过最大功率相应转速的 50％”。目前国内很多企业的实验室是根据国标配置的，除霜除雾试验的环境控制设备比较简单，采用的是一个和冷库类似的低温室，然后在其中安装一个风机以达到国标对冷空气循环的要求。

而在根据国外标准进行的汽车除霜除雾系统性能试验中，除了控制温度以外，对试验的每一个阶段都有明确的风速和车速的要求（参见表 1）。车速的控制主要还是为了确定发动机的工作状态，通过规定档位设置再规定该档位下的车速，而车速通过油门调节器控制，如此能保证精确控制发动机的状态，形成了对车速控制的标准，这显然比国标中由操作人员主观控制发动接转速更为科学。另外，国外试验时还会规定太阳辐射及相对湿度，因此环模风洞是必不可少的。

3.3 关键可视区域确定

4.1 可见，各个标准在关键可视区域的确定方法上也是有很大差别的，目前最主要方法有两种，一种是 EEC 标准中提出的 V 点确定法（即国标采用的方法）；另一种是 SAE 提出的眼椭球法。

EEC 标准中用于确定关键可视区域的 V 点即表征驾驶员眼睛位置的点，通常用两个不同的点 V1、V2 点来表示 V 点的不同位置，这些位置通过座椅靠背角度、R 点（座椅基准点）等参数确定。关键可视区域 A 区的具体确定方法见图 1，通过 V 点向前延伸的四个平面于挡风玻璃外表面相交的封闭区域即可视区域，四个平面分别为：

①通过 V1 和 V2 点且在 X 轴的左侧与 X 轴成 13°角的铅垂平面；

②通过 V1 点，与 X 轴成 3°仰角且与 Y 轴平行的平面。

③通过 V2 点，与 X 轴成 1°俯角且与 Y 轴平行的平面。

④通过 V1 和 V2 点，向 X 轴的右侧与 X 轴成 20°角的铅垂平面。

EEC标准中B区的确定方法与A区类似，只是角度发生改变，而A’区是是以车辆纵向中心平面为基准面，与A区域相对称的区域。

在 SAE 标准中，首先需参考 SAE J941 的相关规定得到眼椭球（参见图 2），其次根据与车辆参考平面所成的不同角度在眼椭球上作左、右、上、下四个切平面与前挡风玻璃相交，具体角度见表 2。

通过以上分析，可见 EEC 标准和 SAE 标准分别采用的两种方法对关键可视区域进行确定都是非常科学的，而且两种方法的本质都是采用四个视角平面与玻璃外表面相交来构成封闭的可视区域。国标采用也是 EEC 标准的方法，EEC 标准中确定可视区域首先需确定座椅靠背角度、R 点、V 点、H 点等参数，整个过程非常复杂，虽然 GB11555-94、GB11556-94 描述的方法与 78/317/EEC 相比简单很多，但使用时需结合 GB11562-94《汽车驾驶员前方视野要求及测量》和 GB11563-1995《汽车 H 点确定程序》来确定 V1、V2 点及 H 点。

在实际操作中，测试人员指出如果按照国标规定的一系列操作程序在实车上确定关键可视区域将非常复杂，而且需要采用一些专用工具（如 GB11563规定的三维 H 点装置），基本不具备可操作性；目前测试人员采用的方法是在整车数模中确定挡风玻璃关键可视区域（数模中一般已经有 H 点、V 点等参考点），然后以 1:1 的比例打印在纸上，再把纸贴在玻璃表面即可画出相应的可视区域，随着三维制图软件技术以及我国汽车工业的发展，新开发的车型都有整车数模，这使采用这种方案具备了可行性。

在国外的标准中，还有一种非常简便的确定关键可视区域的方法，即 GMW3043 中的方法。对于挡风玻璃设计参数（如挡风玻璃面积、倾角）在一般范围内的车型，可采用如下方法确定关键可视区域。首先将挡风玻璃在长度方向四等分，在高度方向上三等分，按图 3 所示确定关键可视区域尺寸，再将图 3 确定的区域按图 4 所示平移，确定关键可视区域的位置。

对于挡风玻璃倾斜角度过大、面积过大或采用该方法无法确定关键可视区域的车型，可采用上述的 V 点确定法或眼椭球法。

目前在可视区域确定方面：V 点确定法和眼椭球法比较科学，适用于所有的车型，但比较复杂；而 GMW3043 中的方法比较简便，但对于设计比较特别的车型不能适用。在实际操作中，在整车数模中确定可视区域的方法是最为可行的，但这是工程师们通过实践摸索出来的，还缺少一个统一的操作规范或标准。

3.4 试验条件

3.4.1 结霜温度

各个标准对结霜温度的规定也是有很大区别的，ISO 3468 及 78/317/EEC 规定，整个试验过程中保持环境温度为-8±2℃或-18±3℃；SAE J902 则规定结霜温度为-18℃；GMW 3409 对试验过程中控制温度的规定非常详细，其中规定结霜温度与测试温度一致为-6℃，但结霜完成后需将霜层保持 30～40 分钟，这段时间内，环模温度需上升至-4℃；而国标的规定为-18℃。可见对结霜温度的规定各种标准的差别是非常大的。

而结霜温度的不同将对霜层的性质产生很大影响，主要是霜层的平均固体含有率（含冰率）于结霜温度成正比例关系[10]，结霜温度越高，霜层含冰率也越高，含冰率高意味着霜层更加致密。

3.4.2 喷水量

各个标准对喷水量的规定主要分为两种：国标、ISO 标准、EEC 标准及 SAE 标准的规定都约为0.044g/cm2；GMW 规范中的喷水量则为为 0.18g/cm2，约为其他标准的 4 倍。喷水量加大的直接效果就是霜层厚度增加，而在 4.4.1 中已经说明 GMW3409 的结霜温度更高将导致霜层含冰率提高，更加致密。因此，如果采用 GMW 3409 规范进行试验，在挡风玻璃上产生的霜层将比其他标准更厚更致密，显然这样的霜层更难清除，对汽车除霜系统的性能要求也更高，而在所用标准中 GMW 3409 是2001 年制定的最新规范，更具有现实的参考价值。

3.4.3 试验车辆工况

由于汽车除霜除雾时的热量都是由发动机冷却水提供，而发动机的散热量由发动机运行工况决定，因此各个标准对试验车辆的运行工况都进行了规定。

国标及 EEC 标准中都规定“变速器空档时的发动机转速应接近但不超过最大功率相应转速的 50％”；ISO 标准也规定空挡时发动机转速不能超过最大功率相应转速的 50％；同时也说明如果需要采用底盘测功仪的话，车速应控制在 40km/h；SAE 标准的规定为发动机空挡时转速不超过 1500rpm＋50rpm，或者在厂商推荐档位下控制车速为 40km/h，同时SAE标准对底盘测功仪如何模拟道路载荷进行了详细说明，可见试验车辆工况确定的重要性。GMW 规范对试验车辆工况的规定更为详细，除霜测试阶段规定车速为 50km/h，同时通过表格对不同车辆的档位设置进行了严格要求。

4 结论

通过对国内外汽车除霜除雾系统标准的对比分析发现，各种标准存在较大差异，其中 GMW 规范2001 年制定是最新的版本具有较高参考价值，同时作为汽车制造商制定的规范具有典型性，而从结霜温度及喷水量来看 GMW 规范的要求也是最为严格的。我国的国标与 ISO 标准及 EEC 标准比较接近，在一些关键项目如性能要求、可视区域确定上与EEC 标准保持一致，同时也发现国标对试验设备、试验程序的说明不够详细，而且参考的 EEC 标准是1977 年制定的，而目前消费者及政府部门对汽车除霜除雾系统越来越重视，要求也在不断提高，有必要对国标重新进行修订。