汽车动力性试验：爬坡试验综述

本文主要介绍爬坡试验分别从试验分类、试验设备、试验原理以及试验结果的应用等方面进行讲述。 

爬 坡 试 验

依据坡度的大小和长度，又将爬坡试验分为爬陡坡试验和爬长坡试验。爬陡坡试验一般在 10% 以上的陡坡路进行，GB/T 12539—2018《汽车爬陡坡试验方法》主要介绍了道路开展规定坡道爬坡试验、坡道起步试验、最大爬坡度试验等。爬长坡试验通常在坡度为12% 以下的长坡路进行，包括坡道最高车速试验、坡道加速试验等，以及针对行驶中冷却液和润滑油温度的热平衡试验、靠近热源的橡胶件和塑料件温度的热害试验等。

注：本文节选自工业和信息化部“十四五”规划教材《新能源汽车试验学》，本书可作为高等院校车辆工程、新能源汽车、交通工程及相关专业的教材，也可供有关研究人员、工程技术人员和管理人员参考。

作者：张代胜

一、试验工况及指标要求

爬坡试验的工况和评价指标的要求往往来源于实际道路情况，如汽车设计的最大爬坡度常常大于实际道路上的最大坡度。

放眼全球，即便是发达国家，依然有着大量的陡坡，如图 3-8 所示。但在我国，道路建设日新月异，越来越多的公路通过架桥梁、挖隧道来跨越山谷或者穿越山脊，即使是爬山公路也会通过盘旋环绕大山的方式来减小道路坡度，如图 3-9 所示。我国交通运输部颁发的 JTG D20—2017《公路路线设计规范》，对各级公路的最大纵坡以及最大坡长进行了规定，其中最大坡度为 10%。最大爬坡度一般设计要求：轿车和货车≥ 30%，越野车≥ 60%，远优于我国道路对应的坡度，这时除了最大爬坡度性能，企业和用户更加关注汽车在爬坡公路上影响通勤效率的指标，如坡道最高车速、坡道加速性能等。如某车企针对电动汽车制定了 4% 坡道最高车速的设计要求≥ 130km/h。

图 3-8    某国坡度达到 36% 的城市道路
 
图 3-9   张家界天门山公路

随着我国城市化的飞速发展，修建了越来越多的地下停车场坡道，车辆常常因堵车等因素停在坡道中间，此时坡道起步性能就显得尤为重要。我国住房和城乡建设部颁发的JGJ 100—2015《车库建筑设计规范》，对不同机动车库坡道的最大纵向坡度进行了规定，其中最大坡度为 15%。如某车企针对电动汽车制定了坡道起步的设计要求≥ 20%。

近年来，我国汽车企业不断开拓海外市场，2023 年出口各类汽车522 万辆，同比增长57.4%，其中出口新能源汽车 177 万辆。然而，出口汽车必须要考虑当地人员的驾驶习惯，道路的坡度、海拔情况，需要针对性地制定试验工况和指标要求。

二、爬陡坡试验

爬陡坡试验常常以道路上开展为主，转鼓上开展为辅。转鼓上可以准确模拟阻力，但很难模拟道路上汽车的前后轴荷变化和实际道路路面的摩擦系数。坡度越大，汽车前后轴荷变化越大，转鼓模拟陡坡试验的误差也就越大。

爬坡能力除了主要受到驱动力的影响，有时也会由轮胎与路面之间的附着系数决定其最大极限。因此除了在干燥、坚实的高附路上，还需要在冰、雪等低附路上开展爬陡坡试验。试验场地常见的高附标准坡道有20%、30%、40%、60% 等，图 3-10 所示为某试验场60% 高附坡道。常见的一半高附一半低附的对开坡道有 10%、12%、15%，图 3-11 所示为某试验场 15% 对开坡道。

图 3-10    某试验场 60% 高附坡道 

图 3-11   某试验场 15% 对开坡道

根据爬坡方式不同，分为两种试验：一种是从坡下平坦路处平稳起步后向上爬坡通过坡道，该种方式被称为规定坡道爬坡试验；另一种是在坡路中途紧急停车之后再起步加速行驶通过坡道，该种方式被称为坡道起步试验。下面以 GB/T 12539—2018为例介绍道路上开展爬陡坡试验的方法。

1、道路试验坡道要求

图3-12所示为道路示意图，测试路段坡道长度不小于20m，测试路段的前后设有渐变路段，坡前平直路段不小于 8m，允许以表面平整、干燥、坚实、坡度均匀的自然坡道（沥青路面或混凝土路面）代替。测试路段的纵向坡度变化率不大于 0.1%，横向变化率不大于3%。

图 3-12   道路示意图

2、规定坡道爬坡

将汽车变速杆置于最低档，如有副变速器也将其置于最低档，自动档汽车变速杆置于D档，全驱车使用全轮驱动。将汽车停于接近坡道区域的平直路段上。起步后将加速踏板踩到底，在测试路段采集汽车的车速及转速变化数据，爬坡中车速不断升高或趋于稳定通过测试路段，则爬坡成功并记录平均车速。第一次爬坡失败时，分析爬坡失败的原因。如爬坡过程中转速未达到最大转矩点，可放宽车辆前端距坡道区域的距离，使车辆进入测试 路段前转速提升至最大转矩点，再进行第二次，但不超过两次。

3、最大爬坡度

如果爬坡能力有富余，可以爬更陡的坡，而此时又没有更陡规定坡度的坡道，则可通过增加装载质量或采用变速器较高一档（如Ⅱ档）进行试验，按式（3-3）折算为最大设计总质量下，变速器使用最低档时的爬坡度（最大爬坡度）：

4、坡道起步

坡道起步的难易程度和起步后加速能力是非常重要的试验。除了在常规环境下进行，还要进行高原适应性试验，另外还会进行开空调的试验。

当汽车处于测试路段时，靠自身制动系统停住，将变速杆放入空档，熄火 2min，再起步爬坡，记录通过 10m 的时间和末车速。最大坡道起步试验方法可以参照最大爬坡度的质量调整方法。

三、爬长坡试验

爬长坡试验对动力性经济性、热平衡热害性能的开发有着重要的意义。一方面需要开展真实道路上的适应性试验，检验汽车能否更强地适应当地路况和环境；另一方面需要开展带环境模拟的转鼓试验台试验，可以准确重复模拟环境温度、光照强度、道路坡度等参数，便于试验开发过程中的方案选型验证。本节参照某企业标准介绍在转鼓上开展坡道最高车速、在道路和转鼓上开展坡道热平衡热害试验方法。

1、坡道最高车速试验

坡道最高车速试验一般在转鼓试验台上进行。常用的坡道最高车速设定的坡度有：3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%等，电动汽车主要测试 4% 和 12% 两种坡道最高车速。

以电动汽车4%坡道为例进行介绍。除了将转鼓试验台进行阻力设定外，还需要将转鼓模拟的坡道设置为4%，将试验车的质量设置为最大设计总质量，转鼓会自动换算出坡道阻力，并增加到转鼓电机模拟阻力中。试验过程中，需要将加速踏板踩到底使试验车辆加速或使用适当变速档位使车辆加速。确定试验车辆能够达到并持续行驶 1km 的最高车速，同时，记录持续行驶 1km 的时间 T，用式（3-4）计算结果：

2、坡道热平衡热害试验

在道路上开展坡道热平衡热害试验的关键是选择合适的路段。选择路段时，需要考虑总坡长、平均坡度、海拔、弯道限速等道路的条件因素，也需要考虑当地环境温度、光照强度、湿度、风速等气象条件因素，还需要考虑当地车流量、物流运输等后勤条件。我国各车企常在夏季选择新疆吐鲁番地区的某些道路开展试验。例如，G3012 吐库高速，起点在 63km 标牌处，海拔 783m，终点在 79km 标牌处，海拔 1510m，道路总长度 16km，平均坡度 4.3%（图3-13）。夏季 6—8 月，该试验路段气温常常超过 40℃，光照强度常常超过1000W/m2。

试验过程中，除全程记录各试验道路的环境温度、湿度、光照强度、气压等气象条件外，还要记录热平衡热害的温度以及能耗等关键数据，并标注汽车极限转矩、空调切断、仪表报警等现象发生的试验路段和对应车速。试验结束后对试验数据进行分析处理。

在转鼓试验台上开展该类试验相对容易，试验常常在配置温控和阳光模拟的转鼓实验室进行，工况设定如下：120km/h 爬 4% 坡，90km/h 爬 7% 坡，60km/h 爬 9% 坡，40km/h 爬 12% 坡等，环境温度 35℃和光照强度 1000W/m2 等参数设置。图 3-14 所示为某转鼓实验室，48in 四驱转鼓试验台，环境温度控制范围 −40 ~ 60℃，光照强度控制范围 0 ~ 1200W/m2。

图 3-13    G3012 吐库高速试验段 

图 3-14   带温控和阳光模拟的转鼓实验室

注：本文节选自工业和信息化部“十四五”规划教材《新能源汽车试验学》，本书可作为高等院校车辆工程、新能源汽车、交通工程及相关专业的教材，也可供有关研究人员、工程技术人员和管理人员参考。

作者：张代胜