摘 要：為了研究汽車(chē)在動(dòng)態(tài)工況下行駛路線、里程數(shù)、動(dòng)態(tài)氣象因素、氣相污染物、駕駛習(xí)慣等諸多因素對(duì)車(chē)輛腐蝕的影響，研究它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，選取熱軋酸洗鋼板作為標(biāo)準(zhǔn)板，首先，分別采用稱(chēng)量法和ICP法計(jì)算失重率，探討兩種方法對(duì)金屬腐蝕行為準(zhǔn)確度的影響；其次，采用失重法和灰度圖像識(shí)別分析動(dòng)態(tài)工況和氣候因子對(duì)金屬腐蝕量的影響；最后，探討數(shù)據(jù)挖掘的方法應(yīng)用于動(dòng)態(tài)路況下的腐蝕量數(shù)據(jù)和氣候環(huán)境數(shù)據(jù)，建立動(dòng)態(tài)工況環(huán)境中標(biāo)準(zhǔn)樣板腐蝕強(qiáng)度可視化模型，分析各因素對(duì)腐蝕的影響權(quán)重。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及驗(yàn)證的結(jié)果表明：該方法有較高的測(cè)試準(zhǔn)確性，對(duì)于全面了解中國(guó)不同地區(qū)的動(dòng)態(tài)工況對(duì)整車(chē)腐蝕行為影響具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞： 動(dòng)態(tài)腐蝕 氣候環(huán)境 數(shù)據(jù)處理 可視化分析 車(chē)用材料

汽車(chē)腐蝕不僅破壞車(chē)身外觀，而且影響功能和安全性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成交通事故，已引起汽車(chē)行業(yè)的高度重視。大氣腐蝕現(xiàn)象與氣候條件、地理環(huán)境以及空氣污染程度、類(lèi)型等有諸多聯(lián)系，這使得不同地區(qū)的大氣腐蝕具有不同的地域特征和內(nèi)在規(guī)律。英國(guó)早在20世紀(jì)60年代投放400個(gè)鋅灌試樣，研究不列顛全島的氣候與腐蝕影響關(guān)系，指導(dǎo)本國(guó)汽車(chē)行業(yè)技術(shù)改進(jìn)。與英國(guó)類(lèi)似，南澳Lowermurray區(qū)、巴塞羅那市、瑞士等地區(qū)均做過(guò)當(dāng)?shù)貧夂蚺c腐蝕影響研究。ISO 9223和GB/T 15957 都對(duì)大氣腐蝕性等級(jí)和污染氣體腐蝕性等級(jí)進(jìn)行了判定，分為C1到Cx 6個(gè)腐蝕等級(jí)，為腐蝕性判定提供了大致依據(jù)。

汽車(chē)作為日常交通工具，除需兼顧不同地區(qū)的氣候類(lèi)型外，其運(yùn)行工況亦是動(dòng)態(tài)行駛與靜態(tài)停放的結(jié)合，動(dòng)態(tài)行駛過(guò)程不僅受到外部大氣環(huán)境的影響，同時(shí)會(huì)有路面環(huán)境以及汽車(chē)局部腐蝕微環(huán)境的參與。潘玉霞等[4]通過(guò)對(duì)腐蝕的氣象因素和大氣污染物進(jìn)行歸納，分析了影響輸變電設(shè)備的主要環(huán)境因子和腐蝕變化規(guī)律。周希沅等、趙雪娥等通過(guò)對(duì)中國(guó)153個(gè)地區(qū)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、電流折算系數(shù)計(jì)算，建立中國(guó)飛機(jī)腐蝕結(jié)構(gòu)的分級(jí)和分區(qū)，很好地指導(dǎo)了靜止?fàn)顟B(tài)掛片的腐蝕研究。而對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)行業(yè)的借鑒性不足。為此必須充分采集汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程的信息，同時(shí)依據(jù)動(dòng)態(tài)行駛數(shù)據(jù)對(duì)氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行恰當(dāng)處理，從而研究汽車(chē)腐蝕與環(huán)境因子的影響規(guī)律。

汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程的行駛路線、里程數(shù)、動(dòng)態(tài)氣象因素、動(dòng)態(tài)污染物、駕駛習(xí)慣等諸多因素的影響，汽車(chē)腐蝕環(huán)境的數(shù)據(jù)采集和分析研究鮮有報(bào)道。本文基于汽車(chē)行駛工況和外部環(huán)境特點(diǎn)，建立了一套科學(xué)、合理的汽車(chē)動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)方法，將標(biāo)準(zhǔn)腐蝕樣板固定于汽車(chē)底盤(pán)，采集環(huán)境信息、行駛數(shù)據(jù)的同時(shí)采集車(chē)輛腐蝕信息。引入電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-AES)與掛片失重相結(jié)合的表征手段，合理控制短期腐蝕數(shù)據(jù)采集的檢測(cè)誤差。同時(shí)基于圖像灰度識(shí)別進(jìn)行腐蝕面積計(jì)算，基于行車(chē)路線模式識(shí)別對(duì)行駛數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制汽車(chē)腐蝕強(qiáng)度地圖，闡述了行駛工況、環(huán)境因子與汽車(chē)腐蝕的影響關(guān)系，探索了全新的汽車(chē)腐蝕環(huán)境的試驗(yàn)方法和研究體系。

1 試驗(yàn)與測(cè)試

1.1 掛片試樣制備

選用家轎車(chē)車(chē)身常用材料熱軋鋼板(SPHC)為試驗(yàn)用材，其化學(xué)成分如表1所示。試樣的制備按照GB/T 14165—2008標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行，通過(guò)線切割將SPHC鋼加工成50.8 mm×25.4 mm×2.7 mm板狀，每組3片平行試樣用于失重分析。在切割過(guò)程中盡可能避免對(duì)試片造成機(jī)械劃傷，對(duì)表面銹、氧化皮、毛刺和棱角打磨處理，隨后除污除油并用酒精脫水后置于干燥器中，最后進(jìn)行試樣封邊、外觀編號(hào)以便儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/span>

表1 標(biāo)準(zhǔn)腐蝕鋼板成分及一致性

支架材料：汽車(chē)搭載的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕樣片主要材質(zhì)是碳鋼，金屬材料與車(chē)身或底盤(pán)的金屬直接接觸會(huì)出現(xiàn)加速腐蝕，造成汽車(chē)腐蝕監(jiān)控過(guò)程的采樣誤差，故固定腐蝕樣片的支架及固定螺栓的材料為疏水非金屬聚合物(聚四氟乙烯)，安裝好后再將整個(gè)支架固定于底盤(pán)部位。

1.2 動(dòng)態(tài)掛片試驗(yàn)

選擇天津市為研究區(qū)域，挑選在津地區(qū)正常運(yùn)行的行駛路線基本覆蓋整個(gè)市區(qū)的3臺(tái)車(chē)輛為載體，掛片試驗(yàn)周期為3個(gè)月。將試樣固定在聚合物支架上進(jìn)而固定于車(chē)底盤(pán)某部位，試樣暴露面與車(chē)行駛方向平行且與地面垂直。試驗(yàn)前利用游標(biāo)卡尺測(cè)量每個(gè)儲(chǔ)存?zhèn)溆迷嚇拥拈L(zhǎng)寬高，使用精度等級(jí)為0.1 mg的精密分析天平稱(chēng)重，隨后將試樣固定于暴露架上。試驗(yàn)過(guò)程中每次按標(biāo)準(zhǔn)取下掛片，同時(shí)應(yīng)立即在相應(yīng)位置裝上全新待試驗(yàn)掛片試樣。

1.3 車(chē)輛行駛工況信息采集

為獲得天津市試驗(yàn)車(chē)輛實(shí)測(cè)工況特征參數(shù)數(shù)據(jù)，選取的3臺(tái)車(chē)輛采用自主行駛法，即車(chē)主根據(jù)自己的實(shí)際目的駕駛轎車(chē)的試驗(yàn)方法，方法未限定車(chē)主駕車(chē)時(shí)間和道路，更能體現(xiàn)車(chē)輛在正常駕駛下的使用實(shí)況，且每臺(tái)車(chē)輛都配備車(chē)載GPS系統(tǒng)，該系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)車(chē)輛的車(chē)速、GPS經(jīng)緯度和實(shí)時(shí)位置等，并可全天逐秒記錄返回?cái)?shù)據(jù)。同時(shí)要求合作車(chē)輛每周固定到檢測(cè)點(diǎn)一次，拆卸和更換相應(yīng)位置的樣板。

1.4 環(huán)境數(shù)據(jù)采集

天津市環(huán)境數(shù)據(jù)采集依托天津市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，該中心依據(jù)車(chē)輛行駛范圍、污染源位置和人群主要分布范圍對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行合理布置，共設(shè)置15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中市區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)5個(gè)，郊區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)更新周期為1 h，監(jiān)測(cè)點(diǎn)詳細(xì)信息如表2所示。采集的環(huán)境因素種類(lèi)，參考現(xiàn)行的GB/T 28046.1—2012、GB/T 19292.1—2003、GB/T 3095—2012等標(biāo)準(zhǔn)，確定為溫度、濕度、降雨、NO2濃度、SO2濃度、CO濃度、O3濃度等對(duì)腐蝕有明顯影響的大氣污染物和自然氣象因素。考慮到整個(gè)試驗(yàn)期間溫度和濕度一直在較低水平，著重研究污染物的影響。

表2 天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息

1.5 腐蝕形貌測(cè)試

將不同周期的試樣從支架上取下后，立即用塑料薄膜密封防潮保存并記下相關(guān)車(chē)輛信息，放入箱內(nèi)運(yùn)回試驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)測(cè)試：①利用數(shù)碼相機(jī)拍照觀察暴露面宏觀腐蝕形貌，并按照國(guó)家腐蝕相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行記錄；②使用光鏡及ImagingPro專(zhuān)業(yè)圖像分析軟件觀測(cè)試樣暴露面的腐蝕面積占比。

1.6 失重測(cè)試

依據(jù)《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》(GB/T 16545—2015)中相關(guān)要求，在室溫下制備配比為500 mL鹽酸(ρ=1.19 g/mL)+500 mL蒸餾水+3.5 g六次甲基四胺的除銹液。對(duì)腐蝕試樣采用超聲波震蕩除銹，清洗時(shí)間為10 min。除銹完成后經(jīng)蒸餾水和酒精清洗，冷風(fēng)吹干后，利用分析天平稱(chēng)重，并記錄除銹后試樣質(zhì)量。同時(shí)用未腐蝕試樣校正除銹液對(duì)基體進(jìn)行腐蝕。樣品單位面積腐蝕失重測(cè)量通過(guò)式(1)計(jì)算。

式(1)中：r為單位面積腐蝕失重，g/m2；Δm為樣品失重，g；A為樣品表面積，m2。

通過(guò)收集銹蝕產(chǎn)物，采用精度較高的ICP-AES(電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜)儀器對(duì)銹蝕產(chǎn)物進(jìn)行Fe元素分析，結(jié)合鋼的組成成分進(jìn)而獲得失重?cái)?shù)據(jù)。

2 分析方法對(duì)腐蝕精度的影響

本次試驗(yàn)的汽車(chē)腐蝕動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集持續(xù)了3個(gè)月，是一個(gè)持續(xù)不斷采集的過(guò)程，搭載了標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試樣的車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，GPS裝置會(huì)實(shí)時(shí)回傳數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，由專(zhuān)人進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，同時(shí)與用戶(hù)車(chē)主定期進(jìn)行溝通和交流，采集每輛車(chē)運(yùn)行時(shí)間段的溫度、濕度、降雨量、SO2、NO2、CO、O3等環(huán)境信息。同時(shí)對(duì)定期拆卸取下的腐蝕試樣進(jìn)行信息記錄，執(zhí)行灰度圖像識(shí)別、標(biāo)準(zhǔn)除銹操作，同時(shí)將銹蝕產(chǎn)物單獨(dú)收集于酸溶液進(jìn)行ICP測(cè)試。測(cè)試結(jié)果結(jié)合行駛數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析。

前期試驗(yàn)表明：試樣腐蝕周期較短時(shí)，腐蝕量較小，腐蝕速率存在較大誤差。現(xiàn)引入ICP法計(jì)算腐蝕量，如圖1所示，通過(guò)ICP法與失重法進(jìn)行了對(duì)比，在運(yùn)行周期大于1個(gè)月后，一般認(rèn)為此時(shí)天平稱(chēng)重的誤差處于可以接受范圍內(nèi)，只有個(gè)別點(diǎn)偶然達(dá)到了最大誤差20.1%，結(jié)果示于表3。可以認(rèn)為ICP法與天平法得到的失重結(jié)果變化趨勢(shì)保持一致，該方法的結(jié)果可以用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析。

圖1 ICP法與失重法誤差

表3 ICP法與失重法誤差

ICP法作為汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)樣板的腐蝕檢測(cè)手段，可適用于汽車(chē)腐蝕動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系中。此外，根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中的觀察，當(dāng)車(chē)輛運(yùn)行周期逐漸延長(zhǎng)，路面石子擊打可能會(huì)直接擊中底盤(pán)懸掛的鋼板，造成鋼板本體重量損失，此時(shí)天平法得到的失重值比真實(shí)值偏大；當(dāng)腐蝕累積到一定程度，鋼板全面腐蝕之后發(fā)生銹蝕產(chǎn)物的堆積，一旦在車(chē)輛震動(dòng)、顛簸后銹蝕產(chǎn)物蓬松脫落，ICP法回收的生銹產(chǎn)物不足，測(cè)得的鋼板失重會(huì)比真實(shí)值偏小。因此在長(zhǎng)期的項(xiàng)目運(yùn)維中，ICP法與天平法共同作為汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)樣板的檢測(cè)手段可以互補(bǔ)，減少腐蝕檢測(cè)的數(shù)據(jù)誤差。

失重法作為行業(yè)公認(rèn)的腐蝕檢測(cè)手段，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可以較好反映材料的腐蝕狀態(tài)，但缺少樣品表面更多的實(shí)際信息。為此，引入了銹蝕面積占比的概念，統(tǒng)計(jì)鋼板生銹區(qū)域占總面積的比例。通過(guò)摸索設(shè)置合理的灰度區(qū)間，利用顯微鏡軟件內(nèi)置二值算法，對(duì)腐蝕圖像進(jìn)行生銹部位進(jìn)行識(shí)別，如圖2和圖3所示。

圖2 圖像灰度識(shí)別裝置

圖3 腐蝕試樣觀察視場(chǎng)分布

圖4 圖像灰度識(shí)別銹蝕 (×50)

圖4是同一腐蝕試樣10個(gè)不同視場(chǎng)顯微圖像，圖4(a)是視場(chǎng)1原始顯微鏡照片，圖4(b)是視場(chǎng)1圖像識(shí)別，銹蝕區(qū)域標(biāo)紅色。逐一對(duì)比10個(gè)不同視場(chǎng)，圖像識(shí)別效果比較理想，可以較為靈敏地識(shí)別出生銹位置所在。而傳統(tǒng)判斷方法是格點(diǎn)法，利用透明網(wǎng)格紙計(jì)算格點(diǎn)數(shù)目獲取銹蝕面積。當(dāng)遇到極不規(guī)則的形狀或銹點(diǎn)過(guò)小無(wú)法分辨時(shí)，產(chǎn)生較大的主觀誤差，而圖像識(shí)別獲取的生銹面積比例可精確到小數(shù)點(diǎn)后第二位。該方法很大程度上減少了由于人為操作和檢測(cè)人員個(gè)體差異導(dǎo)致的腐蝕面積計(jì)算誤差，且操作標(biāo)準(zhǔn)化后可進(jìn)一步提升生銹面積計(jì)算的準(zhǔn)確率和效率，適用于汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)樣板的定期腐蝕檢測(cè)，同樣可推廣至其他工業(yè)領(lǐng)域。

銹蝕面積比例與失重法一樣，都可作為標(biāo)準(zhǔn)樣板腐蝕等級(jí)判定的重要依據(jù)。試驗(yàn)過(guò)程中為排除局部過(guò)腐蝕、嚴(yán)重點(diǎn)腐蝕導(dǎo)致的腐蝕穿孔對(duì)結(jié)果造成的干擾，判斷腐蝕過(guò)程是否均勻，針對(duì)汽車(chē)腐蝕失重與銹蝕面積比例做了分析，如圖5所示。不同車(chē)輛銹蝕面積增加的比例與失重的趨勢(shì)大體一致[圖5(a)]，2號(hào)車(chē)有最大的平均腐蝕面積比例，1號(hào)車(chē)與3號(hào)車(chē)比例相當(dāng)。具體到每輛車(chē)，1、2、3號(hào)車(chē)的失重增加趨勢(shì)與銹蝕面積比例增加趨勢(shì)同樣保持一致[圖5(b)～圖5(d)]，這表明提出的灰度圖像識(shí)別計(jì)算銹蝕面積占比的方法很好地反映了汽車(chē)腐蝕規(guī)律，該方法配合使用可作為汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)樣板的腐蝕評(píng)價(jià)依據(jù)。

3 汽車(chē)行駛工況對(duì)腐蝕影響

3.1 汽車(chē)行駛工況腐蝕分析

汽車(chē)的運(yùn)行工況是動(dòng)態(tài)行駛與靜態(tài)停放的結(jié)合，分析汽車(chē)行駛過(guò)程工況與腐蝕失重的關(guān)系對(duì)于研究外部環(huán)境對(duì)汽車(chē)腐蝕的影響尤為關(guān)鍵。不同車(chē)輛由于運(yùn)行環(huán)境、行駛強(qiáng)度、司機(jī)行為等條件不同，失重與運(yùn)行時(shí)間呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)[圖6(a)]。

圖5 運(yùn)行時(shí)間與銹蝕面積比例

圖6 運(yùn)行時(shí)間與失重量關(guān)系圖

可知1號(hào)車(chē)主用車(chē)時(shí)間較短里程數(shù)累積較慢[圖6(c)]，其腐蝕失重增加速率卻與3號(hào)車(chē)相當(dāng)[圖6(a)]。通過(guò)觀察兩臺(tái)車(chē)的運(yùn)行速度[圖6(d)]，1號(hào)車(chē)平均速度大于3號(hào)車(chē)平均速度，故1號(hào)車(chē)在里程數(shù)相差較大的情況下失重很快增加到與3號(hào)車(chē)相當(dāng)?shù)乃絒圖6(a)]。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)3臺(tái)車(chē)的單位里程失重量發(fā)現(xiàn)1號(hào)車(chē)大于3號(hào)車(chē)，結(jié)合平均速度推測(cè)1號(hào)車(chē)車(chē)主駕駛習(xí)慣較為激烈，引起了更多的道路泥水飛濺和砂石沖擊，故其腐蝕狀態(tài)達(dá)到了與3號(hào)車(chē)差不多的程度。2號(hào)車(chē)失重量隨時(shí)間增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1號(hào)車(chē)和3號(hào)車(chē)[圖6(a)]，分析里程數(shù)與平均速度可知其運(yùn)行的平均速度為3臺(tái)車(chē)中最快[圖6(d)]，其單位里程的失重量同樣最高[圖6(d)]。故2號(hào)車(chē)在里程數(shù)累積較快，駕駛行為更加激烈的條件下，其腐蝕失重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另外2臺(tái)車(chē)也比較容易理解[圖6(a)、圖6(d)]。腐蝕失重與里程數(shù)增加同樣有著正相關(guān)關(guān)系[圖6(b)]，只是其作用程度要小于平均速度對(duì)腐蝕失重的影響。

圖7 試驗(yàn)階段車(chē)輛行駛路線可視化分析及統(tǒng)計(jì)

3.2 汽車(chē)行駛工況腐蝕可視化建模

依據(jù)歐洲行駛工況ECE15測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮各個(gè)行駛工況參數(shù)對(duì)車(chē)用材料動(dòng)態(tài)腐蝕影響的強(qiáng)弱，故選用了貼合本研究且能詳細(xì)準(zhǔn)確描述試驗(yàn)車(chē)輛行駛實(shí)況的車(chē)輛行駛時(shí)間、怠速時(shí)間、行駛里程、運(yùn)行速度作為特征數(shù)，并應(yīng)用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)車(chē)輛的全駕駛狀態(tài)進(jìn)行解析。基于MATLAB語(yǔ)言編譯專(zhuān)門(mén)針對(duì)本研究的車(chē)輛行駛工況自動(dòng)分析軟件進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)處理，并最終獲得在規(guī)定腐蝕時(shí)間內(nèi)代表試驗(yàn)車(chē)輛行駛實(shí)況的特征數(shù)，同時(shí)以可視化形式再現(xiàn)某試驗(yàn)階段車(chē)輛在天津市的行駛路線軌跡圖用于輔助分析，如圖7所示(在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，對(duì)試驗(yàn)涉及的需要解析獲得的特征數(shù)按照如下原則處理。怠速時(shí)間：行駛車(chē)速為零的連續(xù)工況；行駛時(shí)間：非怠速時(shí)間的試驗(yàn)時(shí)間；運(yùn)行速度：不包括怠速時(shí)間的車(chē)輛平均行駛車(chē)速)。通過(guò)1、2、3號(hào)車(chē)行駛區(qū)域概率統(tǒng)計(jì)分析，如表4所示，可以發(fā)現(xiàn)，1號(hào)車(chē)主要行駛區(qū)域集中在天津是河北區(qū)，2號(hào)車(chē)主要行駛區(qū)域?yàn)樘旖蚴形髑鄥^(qū)，3號(hào)車(chē)主要行駛區(qū)域?yàn)樘旖蚴袞|麗區(qū)。

表4 1、2、3號(hào)車(chē)天津市各區(qū)行駛概率分析

4 氣候環(huán)境因子對(duì)腐蝕的影響

4.1 氣候環(huán)境因子腐蝕分析

汽車(chē)腐蝕不僅受到車(chē)輛行駛工況的影響，外部大氣環(huán)境的影響同樣不可忽視。由于討論的汽車(chē)腐蝕試驗(yàn)發(fā)生在冬季，溫度和濕度均較低且相對(duì)穩(wěn)定，故主要針對(duì)環(huán)境污染物對(duì)汽車(chē)腐蝕的影響進(jìn)行分析。依據(jù)ISO 9223、GB/T 19292.1、GB/T 15957、GBT 4796等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)初始污染物數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將相應(yīng)氣體數(shù)據(jù)按照濃度劃分為不同等級(jí)，見(jiàn)表5；并計(jì)算車(chē)輛在相應(yīng)運(yùn)行時(shí)間段的氣候因子累積量，同時(shí)對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖模式識(shí)別處理，得到車(chē)輛在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)行駛的概率，將SO2、NO2、CO、O3等因子累積量根據(jù)在各區(qū)域的行駛概率分配給3臺(tái)車(chē)，作為其在行駛過(guò)程中的環(huán)境輸入量。

為進(jìn)一步分析外部環(huán)境因子對(duì)汽車(chē)腐蝕的影響，引入了灰色關(guān)聯(lián)分析，具體計(jì)算分為以下步驟。

(1) 確定參考數(shù)列X0(k)和指標(biāo)數(shù)列Xi(k)。本研究中以腐蝕量作為參考數(shù)列X0(k)，各個(gè)環(huán)境因素指標(biāo)數(shù)據(jù)作為指標(biāo)數(shù)列Xi(k)。

(2) 對(duì)參考數(shù)列和指標(biāo)數(shù)列利用初值化像法進(jìn)行無(wú)量綱化，得到標(biāo)準(zhǔn)化序列Y0(k)和Yi(k)：

圖8 3輛運(yùn)營(yíng)車(chē)的灰色關(guān)聯(lián)分析

(3) 逐個(gè)計(jì)算指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化序列和參考標(biāo)準(zhǔn)化序列對(duì)應(yīng)元素的絕對(duì)值差值Δi：

Δi=|Yi(k)-Y0(k)|    (4)

表5 空氣污染物濃度的腐蝕性等級(jí)劃分

4種污染物累積量的灰色關(guān)聯(lián)結(jié)果如圖8所示，綜合3輛車(chē)不同等級(jí)的環(huán)境因子來(lái)看，污染物氣體濃度與汽車(chē)腐蝕現(xiàn)象正相關(guān)，高濃度的污染物氣體更容易促進(jìn)汽車(chē)腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，而SO2與NO2兩種污染物氣體對(duì)腐蝕的影響要略微大于CO和O3的影響。通過(guò)圖8(b)～圖8(d)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)氣體NO2，P4級(jí)別的NO2濃度對(duì)腐蝕的促進(jìn)作用最為明顯，是該氣體影響腐蝕的最敏感濃度區(qū)間。對(duì)氣體O3，P4～P5等級(jí)濃度的O3對(duì)汽車(chē)腐蝕的貢獻(xiàn)作用最大，這表明這一濃度區(qū)間的O3最容易促進(jìn)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。氣體NO2、CO、O3都是在較高等級(jí)的濃度下對(duì)腐蝕有明顯促進(jìn)作用。而SO2在低等級(jí)(低濃度)下就對(duì)腐蝕有明顯作用[圖8(b)～圖8(d)]，隨著SO2濃度升高，高等級(jí)的SO2氣體反而對(duì)腐蝕反應(yīng)的促進(jìn)作用反而略微下降，這表明SO2氣體在低濃度下就可有效促進(jìn)汽車(chē)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 氣候環(huán)境因子腐蝕可視化建模

圖9 天津地區(qū)年均汽車(chē)腐蝕強(qiáng)度地圖

以天津市15個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集的氣候因素和環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)作為插值節(jié)點(diǎn)，利用4格點(diǎn)樣條函數(shù)內(nèi)插算法，繪制天津市大氣腐蝕環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)地圖，如圖9(b)～圖9(d)所示的SO2、CO、O3數(shù)據(jù)地圖都能很好地實(shí)現(xiàn)稀疏數(shù)據(jù)格點(diǎn)間的數(shù)據(jù)漸變性。進(jìn)而根據(jù)文獻(xiàn)關(guān)于氣候環(huán)境因素推算碳鋼腐蝕速率建模的計(jì)算方法，推得本研究中各個(gè)氣候環(huán)境因素對(duì)SPHC鋼板腐蝕速率作用的權(quán)值，如表6所示。基于此權(quán)值繪制氣候環(huán)境綜合腐蝕強(qiáng)度地圖，如圖9(a)所示。由于氯離子主要分布在距海岸線250 m 以?xún)?nèi)，而試驗(yàn)車(chē)輛行駛區(qū)域主要在市郊非近海區(qū)域，所以本試驗(yàn)車(chē)輛腐蝕受氯離子影響較小，主要是由于其他污染性環(huán)境因素的影響。考慮到車(chē)輛試驗(yàn)期間屬于冬季，天津市區(qū)排污嚴(yán)重空氣流通較差，大量污染性氣體留存市區(qū)，故市區(qū)相對(duì)于郊區(qū)腐蝕等級(jí)較高，與圖9(a)腐蝕強(qiáng)度由中心市區(qū)向四周遞減趨勢(shì)一致

表6 天津市氣候環(huán)境對(duì)SPHC鋼板腐蝕速率作用權(quán)

5 結(jié)論

論述了一種針對(duì)汽車(chē)腐蝕的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方法，研究腐蝕檢測(cè)、行駛工況、外部氣候環(huán)境等對(duì)汽車(chē)腐蝕的影響，得到以下結(jié)論。

(1) 通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比和誤差分析證明提出的ICP法完全適合汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)板的檢測(cè)要求，采用的灰度圖像識(shí)別方法可以更準(zhǔn)確地判斷生銹面積占標(biāo)準(zhǔn)板的比例。

(2 )結(jié)合汽車(chē)行駛工況大數(shù)據(jù)，闡述了汽車(chē)運(yùn)行時(shí)間、里程數(shù)、平均速度對(duì)汽車(chē)腐蝕的影響程度，平均速度要大于里程數(shù)的影響。

(3) 根據(jù)外部環(huán)境和氣候大數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析了污染物在不同濃度條件下對(duì)腐蝕的影響關(guān)系，建立灰色關(guān)聯(lián)模型，大體而言高濃度的污染物氣體對(duì)汽車(chē)腐蝕促進(jìn)作用更為顯著。

(4) 對(duì)腐蝕數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、行駛大數(shù)據(jù)等進(jìn)行可視化分析，基于行車(chē)路線進(jìn)行模式識(shí)別，分析了車(chē)輛習(xí)慣行駛區(qū)域與腐蝕的關(guān)系，同時(shí)根據(jù)環(huán)境因子的權(quán)重繪制動(dòng)態(tài)腐蝕強(qiáng)度地圖，多角度闡述了環(huán)境因子與汽車(chē)腐蝕的影響關(guān)系。在汽車(chē)動(dòng)態(tài)腐蝕研究中建立一套全新的試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)收集與分析體系，在滿(mǎn)足天津地區(qū)汽車(chē)腐蝕環(huán)境研究的基礎(chǔ)上，可推廣至其他城市進(jìn)行全國(guó)動(dòng)態(tài)腐蝕影響因素的研究。