重型載貨車輛行車制動性能加載檢測的研究

陳南峰、谷占勛、應(yīng)朝陽

(1.石家莊華燕交通科技有限公司，石家莊050081，中國；2.公安部交通管理科學研究所，無錫214151，中國)

重型載貨車輛行車制動性能加載檢測的研究

陳南峰、1谷占勛、1應(yīng)朝陽2

(1.石家莊華燕交通科技有限公司，石家莊050081，中國；2.公安部交通管理科學研究所，無錫214151，中國)

本文簡述了重型載貨車輛行車制動性能加載檢測研究過程。針對我國使用現(xiàn)行臺試制動性能檢測設(shè)備進行重型載貨車輛行車制動性能檢測時，車輛滿載狀態(tài)制動性能檢測操作性差的缺陷，參照德國用張緊帶拉壓法和臺架舉升法加載檢測的經(jīng)驗，進行了方案設(shè)計與樣機制造；最終使用樣機進行試驗并對試驗數(shù)據(jù)進行了分析，研究了我國實行重型載貨車輛行車制動性能加載檢測的可行性，提出現(xiàn)階段擬采用的加載檢測方法——部分加載法，即單獨采用臺架舉升法舉升一定高度進行檢測，并探討未來如何檢測滿載制動性能。

重型載貨車輛；行車制動性能；加載檢測；臺架舉升法

引言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國高速公路里程不斷增加，帶動了物流行業(yè)的飛速發(fā)展，重型載貨車輛已經(jīng)成為我國道路運輸車輛的主體，主要為多軸貨車和汽車列車。重型載貨車輛在日常使用中經(jīng)常處于滿載乃至超載狀態(tài)，滿載狀態(tài)與空載狀態(tài)下的車輛質(zhì)量及制動能力要求差距巨大，而我國目前主要使用臺試方法對重型載貨車輛空載狀態(tài)進行制動性能檢測，無法真實反映車輛滿載狀態(tài)制動性能，使用路試方法對車輛滿載制動性能進行檢測存在諸多弊端，因此對重型載貨車輛滿載制動性能進行臺試檢測已經(jīng)是我國制動性能檢測的迫切需求。

1 國外經(jīng)驗

1.1 德國制動檢測要求

在德國，重型載貨汽車各分泵的制動氣壓管路裝有氣壓傳感器標準連接接口；在實施制動檢驗時，通過連接無線氣壓傳感器能測到該部位的氣壓（見圖1），一般滿載氣壓為8.5bar。

依據(jù)德國檢驗要求，機動車制動檢測時最小制動氣壓應(yīng)達到1.7bar，否則必須加載后檢測，而全掛車、半掛車在空載檢測制動過程中制動測試能力不夠，制動氣壓并未達到最低檢測要求，此時測到的制動力與滿載運輸時差異太大，需進行加載檢測。

1.2 外推法

外推法是德國采用的判斷制動力是否合格的方法，其依據(jù)是制動力與制動氣壓呈正比，根據(jù)廠商是否提供參考數(shù)據(jù)采用不同方式判斷。

1）一點法

實測一個點，在氣壓為P時測到制動力F；另將基準點固定設(shè)置為在0.4 bar氣壓時制動力為0。從而依據(jù)兩點構(gòu)成的線性關(guān)系，計算得到滿負荷氣壓時（如8.5bar）的制動力，作為滿載制動力。

a) 如廠商提供的參考值為5.0bar制動氣壓下每一軸需達到2500KN制動力，按照2010/48/EEC規(guī)定，如圖2所示，根據(jù)參考數(shù)據(jù)作設(shè)計限值線，即不同制動氣壓下需達到的制動力最小值曲線，設(shè)計限制線與橫坐標軸交點為即將產(chǎn)生制動力的制動氣壓值。案例1、案例2為兩次測試，根據(jù)測得的制動氣壓及制動力在坐標系中作出對應(yīng)點。案例1對應(yīng)點位于設(shè)計限值線以下，判定不合格；案例2對應(yīng)點位于設(shè)計限值線以上，判定合格。

b）如廠商未提供參考數(shù)據(jù)，可按照最大總質(zhì)量及合格制動率計算。

示例：

設(shè)定總質(zhì)量18t的兩軸車，最大制動氣壓8.5bar，合格制動率為50%，則合格滿載制動力為：18t*50%=9000KN。

假如實測得到2.0bar制動氣壓時前軸制動力為1200KN，后軸制動力為1000KN，則2.0bar制動氣壓時總制動力為2200KN。

滿載整車制動力計算：（8.5-0.4）bar/（2.0-0.4）bar×2200KN=11137.5KN。

判定：11137.5KN大于9000KN，則車輛滿載制動力合格。

2）兩點法

構(gòu)成直線的兩個點均由實測得到，從而依據(jù)兩點構(gòu)成的線性關(guān)系，計算得到滿負荷氣壓時（如8.5bar）的制動力，作為滿載制動力。

在ISO 21069 Part 2氣頂液和純液壓制動系統(tǒng)中的兩點法介紹如下：

該方法只有在氣/液轉(zhuǎn)換器正常且轉(zhuǎn)換系數(shù)已知的情況下使用。在某些情況下，利用液壓壓力直接測量的評價需要確保精確計算轉(zhuǎn)換系數(shù)。

第一點為略高于可測量到制動力的制動器壓力pL及該壓力下測得的制動力FL。第二點為臨近車輪抱死極限測得制動器壓力pH及制動力FH，該制動力為最大可用制動力。

其中，plad為滿載的設(shè)計制動器壓力。

1.3 加載方式

德國的機動車檢測機構(gòu)提出的制動性能加載檢測的方法和裝置，以滾筒式制動試驗臺為基礎(chǔ)，可分為張緊帶拉壓法、臺架舉升法及兩種方法并用三種方法。

2.3.1 張緊帶拉壓法

張緊帶拉壓法通過固定或可移動的液壓裝置向被測軸施加向下的拉力，通過拉力模擬載荷。結(jié)構(gòu)如圖3所示，在車輛通過制動臺檢測制動性能時，將張緊帶掛于被檢軸車軸或?qū)?yīng)的車架處，液壓裝置通過張緊帶向下拉拽車軸，模擬車輛載荷不斷增加，達到被檢軸加載檢測的目的。

該方法具有便于改造、不需對臺架本身進行改動、價格低、可用于各種軸加載的優(yōu)點。但由于需要人工在車輛底部掛接張緊帶并調(diào)整松緊度，檢測耗時長、不易操作。

2.3.2 臺架舉升法

臺架舉升法通過舉升臺架將其它軸的載荷轉(zhuǎn)移至被測軸，從而增加被測軸的軸荷。如圖4所示，在檢測并裝軸時，通過舉升臺架將被檢軸抬高，使并裝軸其它軸軸荷向被檢軸轉(zhuǎn)移，從而達到被檢軸軸荷增加的目的。

該方法不需要額外人工操作，檢測耗時短；但改造費用高、只適用于三軸及三軸以上的多軸車輛及帶并裝軸的掛車。

2.3.3 兩種方法并用

張緊帶拉壓法和臺架舉升法一起使用，從而達到最佳的加載效果。該方法將張緊帶連接到車輛（無需向下拉拽車輛），臺架向上舉升，使張緊帶向下拉拽被檢軸，通過軸荷轉(zhuǎn)移及拉力模擬軸荷，增加被檢軸的軸荷。

該方法具有對車型適應(yīng)性好、加載效果好的優(yōu)點，但改造費用高、檢測耗時長。

2 方案設(shè)計

針對我國目前采用的臺試設(shè)備檢測車輛滿載狀態(tài)制動性能操作性差的缺陷，我們可以借鑒德國的經(jīng)驗，進行加載檢測。由于我國重型載貨車輛制動管路中沒有安裝壓力測量傳感器標準連接接口，無法按照德國方法使用推算的方式檢測車輛滿載制動力，如果檢測車輛滿載制動力，只能將被檢軸軸荷加載至滿載軸荷，采用張緊帶拉壓法和臺架舉升法并用的方法對車輛進行加載檢測。

2.1 加載力的確定

GB 1589-2004《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》中，4.2.1規(guī)定單軸最大允許軸荷為11500kg，4.2.2規(guī)定并裝雙軸軸荷之和最大允許20000kg，并裝三軸軸荷之和最大允許24000kg。因而針對單軸實施加載檢測時，其加載后軸荷不應(yīng)超過11500kg。

2.2 舉升高度、舉升速度、舉升力的確定

2.2.1 舉升力

加載制動臺樣機擬定以13t滾筒反力式制動臺為基礎(chǔ)研制，因此舉升重量應(yīng)能滿足舉升滾筒反力式制動臺最大承載軸荷與臺架本身重量之和。

2.2.2 舉升高度

臺體舉升高度應(yīng)保證在試驗環(huán)節(jié)使被檢軸軸荷發(fā)生明顯變化，同時不應(yīng)舉升過高以免造成安全隱患，擬定樣機設(shè)計最大舉升高度為250mm。

2.2.3 舉升速度

兼顧檢測效率與穩(wěn)定性、安全性，擬定舉升速度為20mm/s。

2.3 樣機研制

為適應(yīng)試驗所需舉升力、舉升行程、舉升速度的要求，采用液壓舉升方式并可用張緊帶拉拽的方案設(shè)計與制造了樣機，通過計算機軟件編程與外圍電路實施測量與控制。

3 試驗及試驗分析

3.1 試驗方案

根據(jù)擬定的加載方案，采用張緊帶拉壓法與臺架舉升法并用的方法進行制動性能加載檢測試驗；同時單獨采用臺架舉升法進行制動性能加載試驗，分析各種車型在舉升過程中被檢軸軸荷變化及制動性能變化。

3.1.1 張緊帶拉壓法與臺架舉升法并用：

（1）查詢試驗車技術(shù)參數(shù)，確定各軸滿載軸荷。

（2）通過軸荷檢驗臺測量各軸空載軸荷，用平板制動臺稱出并裝軸空載軸荷之和對并裝軸空載軸荷做驗證。

（3）將被檢軸加載后目標軸荷設(shè)定為該軸滿載軸荷，對被檢軸加載并進行制動性能檢測。

3.1.2 臺架舉升法：

（1）查詢試驗車技術(shù)參數(shù)，確定各軸滿載軸荷。

（2）通過軸荷檢驗臺測量試驗車各軸空載軸荷，用平板制動臺稱出并裝軸空載軸荷之和對并裝軸空載軸荷做驗證。

（3）按舉升高度測量，以制動臺前滾筒上母線為基準，依次按舉升到離地高0、43mm、100mm、200mm、250mm分別檢測各軸軸荷及制動性能。

3.2 試驗分析

目前，制動性能加載檢測試驗已針對不同車型進行了測試，包括兩軸車（4輛），多軸單車（5輛）、汽車列車（9輛），特種車輛（4輛），試驗小結(jié)如下：

3.2.1 舉升法和拉壓法并用加載檢測

采用臺架舉升法和張緊帶拉壓法并用對一臺帶雙并裝軸車輛進行3次被檢軸滿負荷加載試驗，測取加載軸荷及加載制動力。

（1）對加載軸荷取平均值，計算加載軸荷與滿載軸荷的百分比。如表1所示，加載軸荷接近滿載軸荷，該方法可行。

（2）使用張緊帶時，需要專門人員在地坑中長時間操作，將兩條張緊帶掛于車軸或車架上，占用人員、耗費時間；在將張緊帶掛于車軸或車架上時，該部位積累的灰塵及油污容易掉落，工作環(huán)境差；張緊帶在使用過程中一旦發(fā)生破損斷裂，易給工作人員造成傷害，安全系數(shù)低。

3.2.2 舉升加載檢測

取舉升離地高度0、43mm、100mm、200mm、250mm共5個點進行了舉升加載試驗，按車軸分布狀態(tài)，將試驗數(shù)據(jù)分為兩軸車、雙轉(zhuǎn)向軸、雙并裝軸、三并裝軸分類統(tǒng)計與分析。用各試驗軸在同一舉升高度下測得的軸荷與空載軸荷（水平安裝的輪重儀測得）的百分比對舉升過程中的軸荷變化進行分析；用各試驗軸在同一舉升高度下測得的制動率A（加載軸制動力與空載軸荷計算所得制動率）、制動率B（加載軸制動力與加載軸荷計算所得制動率）對舉升過程中的制動率變化進行分析。小結(jié)如下：

表1 臺架舉升法和張緊帶拉壓法并用加載軸重

（1）兩軸車在舉升過程中軸重與制動力變化很小。如圖5所示。

（2）雙轉(zhuǎn)向軸在舉升過程中軸重變化較大，如圖6所示。此次試驗中帶雙轉(zhuǎn)向軸車輛多為半掛牽引車，實際使用中轉(zhuǎn)向輪無制動力或制動力很小，因此不進行制動率分析。

（3）雙并裝軸在舉升過程中軸重及制動力變化較大，如圖7、圖8所示。

（4）三并裝軸在舉升過程中軸重及制動力變化較大，如圖9、圖10所示。

3.3 試驗結(jié)論

（1）兩軸車在舉升過程中軸荷變化不超過2%，制動率變化不超過5%。舉升式加載對兩軸車無效。

（2）雙轉(zhuǎn)向軸第一軸在舉升至200mm過程中軸荷出現(xiàn)一定增長，但幅度不大，舉升達到200mm以上時軸荷不再增加，呈下降趨勢，原因是此時第二軸已完全離地；第二軸在舉升至100mm時軸荷大幅度增加，達到滿載軸荷的70%以上，個別車輛軸荷甚至超過滿載軸荷，為防止車軸過載不再做后續(xù)點的舉升加載試驗。對雙轉(zhuǎn)向軸，采用臺架舉升方式加載效果明顯。

（3）雙并裝軸舉升至100mm時被檢軸軸荷出現(xiàn)一定增長，舉升至200mm時，被檢軸軸荷出現(xiàn)大幅度增長，其中第一軸變化更為明顯。在舉升至250mm過程中，雙并裝軸另一軸基本不會離地，被檢軸軸荷一直呈增長趨勢。對雙并裝軸，采用臺架舉升方式加載效果明顯。

（4）三并裝軸舉升至100mm時被檢軸軸荷出現(xiàn)一定增長，舉升至200mm過程中，大部分并裝三軸另兩軸逐漸離地，被檢軸軸荷出現(xiàn)大幅度增長，其中前兩軸軸荷增加更為明顯，最后軸因自重較大加載軸荷增加比例比前兩軸小。被檢軸外的另兩軸離地后，被檢軸軸荷不再明顯增加，甚至略有下降。對三并裝軸，采用臺架舉升方式加載效果明顯。

（5）隨著加載軸荷增長，加載軸制動力與空載水平測量到的軸荷計算所得制動率增加，但加載軸制動力與加載狀態(tài)測量到的軸荷計算所得制動率下降。

在我國最新發(fā)布的GB21861-2014中要求車輛舉升至離地100mm，從試驗數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，對于雙轉(zhuǎn)向軸其前軸增加了15%左右，第二軸增加了60%左右；對于雙并裝軸其前軸增加了30%左右，第二軸增加了10%左右；對于三并裝軸其第一軸增加了130%左右，第二軸增加了90%左右，第三軸增加了50%左右。

后續(xù)試驗中將增加試驗車型，加密100mm～200mm舉升高度間的試驗點，研究與確定最終較為合理的加載舉升高度。

4 結(jié)束語

根據(jù)試驗及試驗數(shù)據(jù)分析，在我國實行重型載貨車輛行車制動性能加載檢測是可行的。采用張緊帶拉壓法和臺架舉升法并用可以檢測車輛滿載狀態(tài)制動性能，但檢測時間長、安全系數(shù)低、操作性較差。因此在我國現(xiàn)階段建議采用部分載荷加載檢測法，即單獨采用臺架舉升法舉升一定高度，增加制動檢測能力，具體舉升高度有待進一步試驗確定。未來應(yīng)論證在我國重型載貨車輛制動管路中加裝壓力測量傳感器的可行性與必要性，便于參照德國經(jīng)驗進行模擬滿載檢測。

[1] 重型載貨車輛安全技術(shù)檢驗專題研討會資料

[2] ISO 21069 Road vehicles - Test of braking systems on vehicles with a maximum authouized total mass of over 3.5t using a roller brake tester

Research on heavy laden vehicle brake performance load testing

CHEN Nanfeng GU Zhanxun YING Zhaoyang
(Shijiazhuang Huayan Traffic Technology Co., Ltd. Shijiazhuang 050081, China The Ministry of Public Security Traffic Management Research Institute, Wuxi 214151, China)

This paper briefly describes the load heavy laden vehicles driving braking performance testing research process. Braking performance of heavy laden vehicle detection in view of our country present stage braking performance testing equipment, Vehicles loaded with defects of the brake performance test, With reference to Germany with tensioning belt tension and compression and gantry lifting method load testing experience, has carried on the design and prototype manufacturing; Finally using the prototype test and the test data are analyzed, Study on the feasibility of China's implementation of the heavy-duty vehicle braking performance of the load test, Proposed the present stage loading test methods - part of the proposed loading method, namely single gantry lifting method is used to lift a certain height, and discusses how to detect heavy braking performance in the future.

Heavy laden vehicle; driving braking performance; load detection; gantry lifting method

基金資助：道路交通安全公安部重點實驗室（公安部交通管理科學研究所）開放課題2014ZDSYSKFKT 4-1