工程师是如何给车辆做高原试验的

本文想和大家聊聊汽车高原试验是怎么做的。

首先还是从发动机控制系统ECU的开发流程说起，在拿到项目之后，首先根据用户的需要，要定制这个系统的配置，比如选择什么样的ECU能满足用户的要求，因为ECU为了节省成本会设计成不同型号，对于没有必要的功能，对应的控制元气件也会取消，这样可以最大限度降低成本，因此不同的ECU其软件也会有所差别，同时也会选取对应的传感器、执行器等。对于有特殊要求的零部件需要单独的设计定制。待零部件选择好后，就需做ECU的桌面标定、台架标定、排放标定、驾驶性标定、OBD标定等等。在车上完成基础的标定试验之后就准备做“三高”试验。



1. 零部件的验证、桌面标定、台架标定，需要在发动机台架实验室完成，只需要发动机就行了，不需要将发动机装在整车上进行试验。我们平时所说的最大功率最大扭矩，在台架标定的初期就必须完成，即在进行正式标定前就要完成，如功率、扭矩达不到要求生产厂家就必须进行改进，否则到标定进行到一定程度后才发现功率扭矩达不到要求，才进行修改，很多工作就白做了。



2. 起动标定、排放标定、驾驶性标定、OBD标定、三高实验等，发动机必须装在整车上后才能进行。也可同步进行，但必须不同项目工程师经常碰头，讨论自己标定的内容给对方可能造成的影响。排放、OBD标定完成后需到国家指定的实验室进行认证实验，这是拿到车辆准生证的必须条件。驾驶性标定需得到主机厂的认可，这个工作很多情况下是人的主观感受，对于不同的人会有不同的驾驶感觉，是一个很费功夫也很费神的工作，需要和主机厂共同完成。



3. “三高”试验是在极端苛刻、严格的环境中判断车辆和发动机管理系统的工作情况。同时需要进行起动、驾驶性、OBD检测、故障诊断等工作的标定，第一次主要进行标定工作，会涉及到大量参数修改和验证工作。之后有可能主机厂会对零部件、整车等进行改进，因此如果条件允许，还需要再来一次“三高”试验进行验证考核。

所有标定都完成之后，主机厂的设计如已经完成，就可进入标定发放环节。这时发动机额ECU内的数据基本冻结，让发动机和车辆在各种工况下正常运转，同时保证车辆的油耗、排放等都满足要求。最后，标定数据就可以刷入所有的车辆的车载电脑里，然后出厂上市。当然，如是自动变速器、混动车辆、还会增加变速器标定和电动机系统相关的标定工作。

下面言归正传，跟大家聊聊高原实验。

一、为什么需要进行高原实验？



高原地区气压较低，空气稀薄，燃烧所需要的燃油量和平原不同。必须让发动机ECU能够识别高原大气压力并对进气量进行修正。在高原地区系统考核的重点是：对高度修正因子的调节，断油修正，冷起动、热起动和暖机起动，热怠速，混合气预调节，驾驶性能，爆震控制，在高负荷通过推迟点火提前角调节排气温度和催化器温度，炭罐控制。从下图你可以看到，随着海拔的增高，空气含氧量成下降趋势。



二、高原实验有哪些内容？

1. 高原压力估算，即ECU必须知道现在是否是在高原，有的车辆配备大气压力传感器，通过读取传感器的压力值，就可判断出现在是否在高原环境。有的发动机系统没有装大气压力传感器，这就只有通过估算来判断当前是否工作于高原情况。怎么估算呢？通过进气压力传感器，每次启动时就会读取进气压力传感器值，车辆在行驶过程中，根据一定的算法也能正确估算当前的大气压力值。这是高原修正最基本的参数，没有它，ECU会不知道当前是否在高原，也就谈不上是否修正。



2. 高原进气修正，首先我们讨论个2问题：

如果不修正会有问题吗？

我们所说的高原上发动机没有力，修正了就有力了吗？

首先，与大家探讨第一个问题，不修正有问题吗？如果海拔不是很高应该也没有什么问题，海拔高了肯定有问题。因为电控发动机的工作原理就是，通过进气压力传感器或者进气流量传感器精确计算发动机的进气量，正常情况下发动机工作于理论空燃比工况(即14.7公斤空气烧掉1公斤汽油，详细介绍见cartech8的另一篇文章《动力性匹配之几张表搞定一辆车的动力性》)，然后根据进气量计算要喷多少油。我们用在平原和高原相同发动机转速、相同进气压力的工况作为例子，大家都知道在高原上外部的环境压力不一样，因此进入发动机的进气量肯定不一样，因此需要修正。如不修正就会使得计算的进气不准确，因此喷油也不准确。如果海拔不高，误差不是很大，ECU自身有个自学习功能，它会将这个值修正过来（这个修正过程会相当长时间）。如果相差大了，自学习功能由于其他原因被限制做了，是无法修正过来，就会造成喷油不准，系统出现过稀过浓，甚至报故障。因此高原上ECU自学习的监控也是一个非常重要的工作。

另外一个问题，我们所说的高原上发动机没有力，修正了就有力了吗？非也。修正后ECU能准确计算发动机进气量，而正如前面Cartech8提到的，部分工况发动机始终工作于理论空燃比。因此，空气少了，油也成比例减少。因此要增加输出力只能增加节气门开度，这个在《动力性匹配之几张表搞定一辆车的动力性》里有详细描述。因此，修正并不增加力，要增加力只能增加空气，因此涡轮增压效果就有了。

3. 起动修正，这个工作对标定工程师来说，是重点，会花很多时间去处理和修正。为什么？因为起动阶段，我们前面提到的空气和燃油14.7:1的比例关系是不成立的。起动阶段发动机是开环控制的，也就是氧传感器还没正常工作。也就是高原上进气变了，发动机自身工作阻力变了，加上发动机开环控制，因此起动修正不可避免。在高原试验中，会验证车子的冷启动和热启动，熄火之后马上的启动等等。要求是必须一次启动成功，整个标定程序就是模拟消费者买车后在海拔高的地方发动机启动情况。



4. 高原实验路线图，高原实验是逐步展开的，也就是说从平原逐步上山，每隔一定海拔高度进行一次实验，这个根据各个公司而定，海拔越高，这个间隔就越小。最高一般都会超过4000米。现在比合适的高原线路有好几条，如川西的康定和九寨是两条不错的选择，甘肃的祁连山，青海的格尔木等等。

5. OBD实验，OBD是英文On-Board Diagnostic的缩写，中文翻译为“车载诊断系统”。这个系统随时监控发动机的运行状况和尾气后处理系统的工作状态，一旦发现有可能引起排放超标的情况，会马上发出警示。当系统出现故障时，故障灯(MIL)或检查发动机(Check Engine)警告灯亮，同时OBD系统会将故障信息存入存储器，通过标准的诊断仪器和诊断接口可以以故障码的形式读取相关信息。根据故障码的提示，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。

其实OBD分为两个功能。一是零部件故障检测功能，零部件发生故障时，能够及时检测出来，并采取措施尽可能保证车辆能够行驶到维修点，即所谓的跛行回家功能。二是排放检测功能，不允许排放超标，OBD计算是非常复杂的，有超级多检测限制，因此也需要在高原上进行验证其是否工作正常，会不会出现误报。今后cartech8有机会会和大家探讨。

6. 驾驶性验证、变速器验证。在高海拔的情况下，ECU、TMS（变速器控制系统）最主要的特征就是同样油门开度，动力扭矩会降低很多，在低扭矩的情况下，对驾驶员的换挡控制会产生很大影响。驾驶员踩踏板深度同样的情况下，得到的扭矩是不一样的，如果还按照平原环境中踩踏板深度来感知驾驶员的意图就会产生问题。所以在高原试验中需要加以修正，在不同的海拔高度做标定试验，查看换挡的平顺性和时机。





7. 爆震检测也是一个非常重要的工作，高原上大油门开度的工作情况增多了，加上很多上坡路段，这些都是很容易出现爆震的工况。因此，爆震监控的工作不可少。

三、整车厂在高原需要做的工作:

1. 高原上，气压减少，水的沸点降低，从下表可以看到4000米海拔时，水的沸点只有八十几度。如果散热器盖开启压力设置不合适就会造成发动机开锅，产生大量气体，发动机散热效果明显降低。另外，由于高原上空气密度低，散热器体积流量不变，但质量流量大大降低，海拔每升高1000m，质量流量下降8%，实际上降低了风扇的冷却效果，和散热水箱的冷却效果。高原上对发动机冷却系统进行验证也必不可少。



2. 高原试验还可做制动标定等，高原试验特别是下坡，松油门后，如果发动机的真空度发生变化，会对制动真空助力产生影响，因此高原实验也需验证制动性能。

四、高原环境仓

由于高原实验，需要大量的人力物力成本，而且有时间限制，高原实验一般在5-10月展开，其它时间由于高海拔地区气温低、路边容易结冰，比较危险。因此高原实验仓出现了。它最大的好处是，不受时间地域限制，虽时可以展开相关标定和验证工作。缺点，还是不可能完全模拟真实的高原环境。



1.汽车高原环境模拟试验室现状

外发达国家在20 世纪70 年代开始筹建汽车高原环境模拟试验室,如荷兰TNO 公司的气候海拔环境模拟试验室、美国Ford 汽车公司的全天候汽车性能试验室和德国BMW 公司的高原环境模拟试验室。相对国外先进的汽车测试技术,汽车高原环境模拟试验室在国内刚刚兴起,目前还处于起步阶段。因项目投资大、风险性高,国内中国汽车技术研究中心建成一座整车高原环境模拟试验室。

2.基本结构及功能

汽车高原环境模拟试验室结构如图所示,各部分主要功能如下:

1)外围壳体:主要作用为承担试验室内外压力差,一般采用混凝土(早期试验室)或钢结构制成。

2)保温舱体:用于试验室保温,一般使用聚氨酯发泡板。

3)压力模拟系统:用于模拟高原地区的低气压环境,由新风系统和尾气排出系统共同组成。

4)温度模拟系统:用于试验室内的温度控制。

5)湿度模拟系统:用于试验室内的湿度控制。

6)迎面风机:模拟汽车在实际道路行驶过程中的空气流动,试验过程中需与车速保持一致。

7)阳光模拟系统:模拟不同地区的光照强度,一般为600kW/m2 ~1200kW/m2 。

8)循环风系统:均匀布置试验区域内的空气。

9)安全控制系统:用于监测试验室内一氧化碳和碳氢化合物含量,避免人员伤亡。