觀光車輛制動性能試驗方法的研究和解讀

侯敬波 趙騰 劉兵 王元強

摘? 要：制動性能是觀光車的重要安全指標，本文對觀光車輛的制動結(jié)構(gòu)和重要參數(shù)指標進行了分析，重點對制動性能試驗方法，包括行車制動、坡道駐車制動熱衰減和熱恢復試驗進行了研究和解讀。

一、引言

近些年隨著我國旅游行業(yè)的蓬勃發(fā)展，觀光車輛行業(yè)也得到了井噴式的發(fā)展，越來越多的人們的在景區(qū)旅游時喜歡乘坐觀光車輛，觀光車輛給人們帶來便利的同時，也不時的會有人對車輛的安全產(chǎn)生質(zhì)疑。觀光車輛屬于特種設(shè)備行業(yè)，因此社會對觀光車輛的安全關(guān)注度很高，車輛的使用安全就尤為重要。

對于觀光車輛，制動性能是其最為關(guān)鍵的安全性能指標之一，關(guān)系著觀光車輛的安全使用。目前，觀光車輛標準體系尚不健全，現(xiàn)有的標準體系中僅在產(chǎn)品標準中涉及到觀光車輛的制動性能試驗，均并未對觀光車輛制動試驗方法形成單獨的試驗方法標準，對制動性能試驗研究不夠深入。筆者在參與國家標準《非公路用旅游觀光車輛制動性能試驗方法》的研究和起草，通過該標準的制定將填補觀光車制動檢驗方法標準的空白，完善觀光車的標準體系。通過建立試驗方法標準，提升觀光車設(shè)計的科學性、規(guī)范性和整體技術(shù)水平，為保障非公路用旅游觀光車使用安全提供了技術(shù)支撐。

二、制動性能指標

制動是駕駛員在發(fā)現(xiàn)緊急情況后采取的本能也是最為關(guān)鍵的操作。制動信號多久傳遞到執(zhí)行元件，執(zhí)行元件能夠使車輛產(chǎn)生多大的減速度，車輛需要多長的制動距離方可停下，這些直接決定車輛是否能夠逃避危險或者決定事故的破壞程度。所以制動性能是車輛最為重要的性能指標，由制動力、制動減速度、制動距離、熱衰減能力和駐車制動能力所體現(xiàn)。

三、制動裝置結(jié)構(gòu)

觀光車輛的制動結(jié)構(gòu)主要分為盤式制動和鼓式制動，其結(jié)構(gòu)原理圖見圖1和圖2。由于盤式制動和鼓式制動結(jié)構(gòu)上的不同，各自有著不同的優(yōu)缺點可以概括為：1、鼓式制動器的造價便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計，由于車速一般不是很高，制動蹄的耐用程度也比盤式制動器高，而且在獲得相同制動力矩的情況下，鼓式制動裝置的制動鼓的直徑比盤式要小很多;2、盤式制動器的散熱性能很好，制動系統(tǒng)的反應(yīng)也比較快速，可做高頻率的剎車動作。與鼓式制動器向比較下，盤式制動的構(gòu)造簡單，且容易維修。3、鼓式制動器散熱性要差很多，其次制動力穩(wěn)定性不足，在不同路面上制動變化很大，不易于掌控，在連續(xù)踩剎車時可能會造成制動衰退而使制動失靈。另外，鼓式制動器在使用一段時間后，要定期調(diào)校制動蹄的空隙，甚至要把整個制動鼓拆出清理累積在內(nèi)的剎車粉;4、盤式制動器的造價較為昂貴，它不太適合一些特殊環(huán)境，比如沙石較多的情況下會容易損壞剎車盤。另外，盤式制動的摩擦片與剎車盤之間的摩擦面積較鼓式剎車的小，制動的力量也較小，而且摩擦片的磨損較大，更換頻率較高。

根據(jù)觀光車的使用特性，低速車輛使用鼓式制動器較為適宜，但由于有些時候需要較快的反應(yīng)制動反應(yīng)速度，同時還要考慮到多次制動后的熱衰減效應(yīng)，觀光車一般采用前輪盤式制動后輪鼓式制動。也有部分產(chǎn)品均采用鼓式制動。觀光車的制動系統(tǒng)由行車制動和停車制動兩套系統(tǒng)，而行車制動又更為關(guān)鍵。

四、制動性試驗方法的研究

4.1行車制動試驗

制動距離與車輛的行駛安全有直接的關(guān)系，它是指車輛速度為V0 時，從駕駛員開始操縱制動控制裝置（制動踏板）到車輛完全停住為止所駛過的距離。制動距離與制動初速度、制動踏板力，地面附著條件，車輛載荷等許多因素有關(guān)。從制動的全過程來看，總共包括駕駛員見到信號后作出行動反應(yīng)，制動起作用、持續(xù)制動和放松制動器四個階段。一般所指制動距離是開始才踩到制動踏板到完全停車的距離。

實際測試中，為了便于評價和比對，測試觀光車選取一個基本的初速度20km/h，對于一般的觀光車均可達到此速度值，同時可根據(jù)實際測試情況將初速度設(shè)置為20±2km/h的一個測試范圍，下圖為實際測試曲線，見圖3，在測試過程中通過GPS可以分別記錄了制動初速度，制動距離和制動踏板力，完整的記錄了試驗中的重要數(shù)據(jù)，反映了車子的制動性能。

制動力的大小對制動距離的大小有著重要的影響，確定了制動距離的限值之后還必須要確定制動力的大小。查詢相關(guān)標準GB 7258、J2258、B56.8中對制動器應(yīng)承受的力和制動距離試驗時的制動力限值。我們選取最為嚴格的技術(shù)要求，制動器承受力限值為不小于1125N，試驗時的制動力限值為不大于500N。由于制動調(diào)整的狀態(tài)不佳，或使用不當磨損。個別車輛制動時間會產(chǎn)生制動跑偏，這時就需要考核車輛的制動穩(wěn)定性。通常采用車寬加上0.4m作為制動距離的試驗通道，主要在測試過程中車輛不從通道中跑出可視為車輛制動穩(wěn)定性足夠。

通過分析，觀光車的制動距離的測試技術(shù)要求及參數(shù)設(shè)定可以歸納為表1。

4.2坡道駐車制動試驗

坡道駐車試驗驗證的是車輛的駐車制動能力。車輛的駐車制動性能不佳也會產(chǎn)生安全事故。車輛在規(guī)定的坡道上受車輛的重力的影響會延著坡道的方向下滑，駐車制動在輪胎處產(chǎn)生的制動力矩應(yīng)能平衡車輛的下滑量。延坡道方向力的平衡方程為：

4T/r=MgSinθ------------------------（1）

其中：

T-----------------制動器的制動力矩;

r-----------------車輪的半徑;

M----------------車輛滿載自重;

θ----------------需要制動的坡道值。

大多數(shù)觀光車的行車制動和駐車制動的執(zhí)行機構(gòu)相同，但操作機構(gòu)不同。標準中規(guī)定，觀光車的駐車制動的操作機構(gòu)為機械式手操作手柄。J2258和B56.8分別規(guī)定了車輛駐車制動的坡度要求和手制動力，見表2。考慮到觀光車法規(guī)要求其最大設(shè)計爬坡度為15%，所以選取15%即8.5°作為坡道停車的駐車坡度值，腳操作力不大于450N，手操作力不大于300N。觀光列車的制動坡道數(shù)值可選定7%。

具體的試驗方法就是，樣機呈滿載狀態(tài)，正反兩個反向在規(guī)定的15%坡道上駐車制動，用推拉力計測試操作力的大小。停車5分鐘觀察車輛是否下滑。需要注意的時，對于電機驅(qū)動的車輛，在做此項試驗時應(yīng)將電源切斷，以避免電機反響制動對試驗結(jié)果的影響。也可采用牽引桿拉力的測試方法來計算可以滿足的坡道駐車坡度，此時要注意的是測試時應(yīng)測量駐車制動產(chǎn)生的制動力。

4.3熱衰減和熱恢復試驗

制動距離和牽引桿拉力試驗都是在冷態(tài)情況下測量的，是制動系統(tǒng)制動性能在冷態(tài)狀態(tài)下的體現(xiàn)。由于車輛工作制時長，在使用過程中會頻繁或長時間的進行行車制動，制動器摩擦片長時間工作或?qū)е掳l(fā)熱從而降低制動制動效果。熱衰減和熱恢復試驗就是為了驗證車輛當摩擦片發(fā)熱后制動系統(tǒng)的制動維持能力的試驗。

在實際使用過程中，使制動器摩擦片發(fā)熱的兩個直接原因就是頻繁的進行行車制動和長時間的進行行車制動。首先我們先來研究頻繁的行車制動。標準B56.8和J2258中都規(guī)定了10次制動，車輛在使用過程中，連續(xù)的10次制動已經(jīng)可以認為滿足車輛的一般使用要求。另外我們再來研究下長時間的行車制動導致發(fā)熱的情況，B56.8和J2258標準中規(guī)定的方法相同，但測試要求略有不同。被測試車輛車輛踩下制動踏板使被其與牽引負荷車之前產(chǎn)生一個規(guī)定的拉力（公式2為J2258規(guī)定或公式3為B56.8規(guī)定），以被測車輛40%至50%的最大行駛速度拖行30.5m（J2558規(guī)定）或61m（B56.8規(guī)定）的±15%范圍內(nèi)，使摩擦片發(fā)熱。然后立即進行制動距離測定。

F=（0.242） MLVW--------------------------（2）

F=Ffr+ （0.342） MLVW ----------------------（3）

其中：

Ffr -----------使車輛自由狀態(tài)運行時對車輛施加的牽引力;

MLVW--------觀光車滿載重量;

0.242-------車輛重量在14度坡道上的向下分量系數(shù);

0.342-------車輛重量在20度坡道上的向下分量系數(shù)。

該試驗方法是模擬車輛在不同坡度（14度或20度）上為保證車輛穩(wěn)定在一個較低的水平（40%～50%）而使制動踏板維持在一定狀態(tài)，保證一定的制動效能維持一段距離（30.5m或61m），制動器摩擦片發(fā)熱后，驗證車輛的制動能力。通過大量的測試，車輛的自由狀態(tài)時的阻力即Ffr很小，可以忽略不計。另外考慮到觀光車的實際使用工況，14度（25%）基本已經(jīng)可以滿足車輛的最大使用坡度，試驗距離選取為100m。

熱衰減后制動距離的限值采用國際比較推薦的，數(shù)值為冷態(tài)下測試限值的120%，按前文給出的限值計算，應(yīng)≤6m。同樣，當制動器溫度冷卻到常溫后，其制動能力也應(yīng)恢復到原來的狀態(tài)，制動距離的限值仍為≤5m。這就是熱衰減恢復試驗，簡稱為熱恢復試驗。

具體的試驗方法如下：

觀光車呈滿載狀態(tài)，用牽引杠或鋼絲繩與牽引車相連，牽引車和被測車之間應(yīng)裝有拉力傳感器。啟動牽引車緩慢拉動被測車，使被測車車速達到其最大車速的40%～50%，緩慢踩下被測車的制動踏板，使牽引車產(chǎn)生一個向前的牽引力，牽引力的數(shù)值由公式（3）確定。維持該行駛狀態(tài)，行駛100m，使制動器發(fā)熱。然后按制動距離規(guī)定的方法再次進行制動距離的測試。

制動熱衰減試驗為：觀光車輛經(jīng)過制動熱衰減試驗后，待制動器溫度恢復至環(huán)境溫度后或靜置1h，再按制動距離規(guī)定的方法再次進行制動距離的測試。

4.4觀光列車的特殊要求

觀光列車相比觀光車在制動安全方面提出了更高的要求。觀光列車的制動操縱裝置分為人力液壓式制動操縱裝置、氣壓式制動操縱裝置和電剎制動。人力液壓式制動機構(gòu)構(gòu)造簡單，工作可靠，但是沒有助力作用，操縱費力，相比較后兩種更為安全可靠、操作輕便、方便的實施行車制動、緊急制動和安全制動（即起步保證），但是費用比較高。觀光列車的制動系統(tǒng)由牽引車制動系統(tǒng)和掛車制動系統(tǒng)兩部分組成。依據(jù)GB 7258和觀光列車自身的產(chǎn)品特點，觀光列車的制動系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：

4.4.1觀光列車制動系統(tǒng)氣壓試驗

儲氣筒的容量應(yīng)保證在額定工作氣壓且不繼續(xù)充氣的情況下，觀光列車在連續(xù)五次踩到底的全行程制動后，儲氣筒內(nèi)的壓力仍能保持不低于起步氣壓。

對應(yīng)的試驗方法為：觀光列車啟動后，制動氣壓達到額定工作氣壓且不繼續(xù)充氣的情況下，連續(xù)5次全行程踩下制動踏板，在此期間，觀察制動系統(tǒng)是否報警，制動充氣泵是否啟動。

4.4.2車廂斷開后制動試驗

觀光列車行駛中車廂突然脫鉤分離導致制動管路或制動信號線斷裂時，車廂制動系統(tǒng)應(yīng)立即制動，并能使脫離車廂在規(guī)定坡道上停車。車廂停止后，應(yīng)可以方便地解除駐車狀態(tài)，如需使用專用工具，應(yīng)隨車配備。

對應(yīng)的試驗方法為：試驗前，應(yīng)檢查確認被試車廂的制動結(jié)構(gòu)是否為常閉式且無異常情況。

將一節(jié)車廂用叉車或其他搬運設(shè)備放置或牽引至規(guī)定的設(shè)計爬坡度的坡道上，此時車廂為制動狀態(tài)。用車載或外接氣泵給制動器加壓（如果使用電制動的系統(tǒng)，外接電源給制動器通電），釋放制動器使之靠重力作用下坡，前輪運行2米后切斷氣壓輸送或斷電使制動器閉合，車廂應(yīng)開始減速并完全停止，記錄前輪在該段時間內(nèi)行駛的距離。試驗時應(yīng)注意安全，坡道的終點處應(yīng)擺放木頭擋板，以防止制動失效后車廂沖出坡道，同時也應(yīng)防止車廂從坡道的側(cè)面跌落。

五.結(jié)束語

制動性能是使行駛中的觀光車輛按要求迅速減速以至停止的能力。制動性能的好壞，對車輛完成任務(wù)，提高生產(chǎn)效率及保證行駛的安全起著很重要的作用。隨著觀光車輛在使用中存在的磨損和保養(yǎng)維修不及時，都會對后續(xù)車輛的使用造成安全的影響?？紤]到車輛在使用中的不確定性，部分企業(yè)希望通過智能化、自動化控制使觀光車輛具有自動限速制動功能，當車輛達到規(guī)定限速時，行車制動功能應(yīng)自動起作用，降低到規(guī)定的使用車速，通過主動和被動功能降低車速，從而保證車輛更加的安全。