多軸鉸接客車軸重檢測數(shù)據(jù)異常分析

樊興銳

湖南中車智行科技有限公司 湖南長沙 410013

雖然“電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)可編組鉸接車輛”屬于軌道交通十大制式之一，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)各地政府相關(guān)部門仍然按照道路交通車輛進(jìn)行規(guī)范化管理。因此該類型車輛在制造以及交付上路運(yùn)營的各環(huán)節(jié)，均需要參照國標(biāo)《道路運(yùn)輸車輛綜合性能要求和試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行檢測。其中車輛的制動(dòng)性能，與車輛的安全運(yùn)行和旅客的安全直接相關(guān)，因此是車輛性能檢測的核心項(xiàng)目，必須保證車輛合格且在投入營運(yùn)后需要定期檢測確保其性能達(dá)標(biāo)。然而由于車輛制式與普通道路運(yùn)輸客車的區(qū)別，現(xiàn)有的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)線并不適合于該類車輛的檢測。

車輛制動(dòng)性能檢測主要有兩種方式：一種是臺試法，即在室內(nèi)利用制動(dòng)測試臺模擬道路情況開展制動(dòng)試驗(yàn)以獲得測試數(shù)據(jù)；另一種是路試法，即在坡度不超過1%的平坦、干燥、清潔的混凝土或?yàn)r青路面，要求輪胎與路面之間的附著系數(shù)不低于0.7、風(fēng)速不超過5m/s時(shí)，以規(guī)定的速度行駛并制動(dòng)，以測量出制動(dòng)性能相關(guān)的數(shù)據(jù)。在制動(dòng)性能測試時(shí)與之相關(guān)的就是車輛的軸荷數(shù)據(jù)，若軸荷數(shù)據(jù)異常則車輛的制動(dòng)數(shù)據(jù)將失真，難以判斷車輛的真實(shí)性能。本文以智軌電車制動(dòng)性能臺試法檢測為例進(jìn)行說明，并分析了其軸荷數(shù)據(jù)異常的原因。

新制式車輛制動(dòng)性能檢測現(xiàn)狀和存在的問題

此類車輛是軌道交通制式在道路上的延伸，均由軌道交通車輛廠制造并按城市軌道交通運(yùn)營的方式進(jìn)行投建和運(yùn)維管理，基本于2017年以后才陸續(xù)推向市場，目前僅有部分城市在運(yùn)用，開通的路線暫不多。截至2021年全球該類型車輛運(yùn)用數(shù)量約120列左右，但已有數(shù)百個(gè)城市有引入此模式的意向。在國家對城市軌道交通規(guī)劃及批復(fù)收緊嚴(yán)控的背景下，該類型的公交解決方案預(yù)計(jì)將會迎來一波蓬勃發(fā)展。如何保證此類車輛的安全應(yīng)用，將是運(yùn)營公司和車輛制造廠不得不面臨的課題。

1.制動(dòng)性能檢測的難點(diǎn)

首先是車輛制式超出現(xiàn)有道路車輛的標(biāo)準(zhǔn)范圍，無檢測標(biāo)準(zhǔn)可直接使用。當(dāng)前已開通運(yùn)行的電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)可編組鉸接車輛共有3種，分別是ART（智軌電車）、DRT（數(shù)軌電車）和SRT（超級虛擬軌道電車）。其中ART車型為3輛編組結(jié)構(gòu)，車輛總長度在30～32m，軸數(shù)為6軸，軸荷在6～9T，各軸不等重。軸距為1700mm、2800mm、6000mm、6500mm和7000mm這幾類，遠(yuǎn)期規(guī)劃車型有4編組8軸和5編組10軸兩類，如圖1所示。其中DRT車輛暫為3編組結(jié)構(gòu)，總長度在30～33m，軸數(shù)為8軸，軸荷各軸不等但均超過5T，軸距為1500mm、1800mm、6250mm和7200mm這幾類，如圖2所示。其中SRT車型現(xiàn)為4編組6軸結(jié)構(gòu)，車輛長度35～38m，軸荷在7T～12T，如圖3所示。該類車型的共同特點(diǎn)是多軸驅(qū)動(dòng)，全軸均可轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，駕駛時(shí)無需調(diào)頭，換端操作即可，具備雙向駕駛功能。

圖1 ART車型結(jié)構(gòu)示意

圖2 DRT車型結(jié)構(gòu)示意

圖3 SRT車型結(jié)構(gòu)示意

其次是現(xiàn)有社會檢測站的各檢測線均不具備對該類車型的檢測能力。目前僅有車輛制造廠針對性地開發(fā)了專用檢測線，用于車輛的研發(fā)與測試，并適用于車輛生產(chǎn)下線后至交付前的首次測試。社會各地的車輛檢測站在檢測站出入場地、檢測線總長度、設(shè)備配置、檢驗(yàn)程序及檢測方法上面均滿足不了測試要求。車輛交付各地使用后的周期性（定期）檢測、臨時(shí)檢測、特殊檢測（車橋維修、更換后）均無法在社會檢測站進(jìn)行，只能通過運(yùn)營單位自建檢測站用于測試。

最后是滿足路試條件的場地極少，采用路試法進(jìn)行測試實(shí)現(xiàn)難度較大。雖然路試法是測試車輛制動(dòng)性能最直接、最有效的方法，但由上一節(jié)可知路試法對場地和測試環(huán)境的要求較高，而且由于車輛制式的原因，相比于普通道路交通車輛，對場地的要求更嚴(yán)格，畢竟軸重、車長、駕駛方式等方面有較大區(qū)別。且現(xiàn)階段僅少數(shù)專業(yè)的車輛制造廠內(nèi)有測試條件，不利于車輛交付后的周期性檢測。

2.臺試法檢測數(shù)據(jù)異常描述

以ART車型的檢測為例，在制造廠內(nèi)其臺試法借鑒了新能源客車的檢測線，制動(dòng)檢測時(shí)用的測試臺為單一的滾筒反力式正反轉(zhuǎn)制動(dòng)檢測臺，如圖4所示。軸重測試臺采用單一功能的ACLZ-10型板式雙輪軸重臺，如圖5所示。測量時(shí)先測量軸重，然后測制動(dòng)力，進(jìn)而換算出軸荷比從而得出制動(dòng)性能的相關(guān)結(jié)論。在車輛測試時(shí)，多次出現(xiàn)制動(dòng)阻滯力異常波動(dòng)的現(xiàn)象。其關(guān)鍵原因就是軸荷數(shù)據(jù)的“減重”和“加重”現(xiàn)象明顯且毫無規(guī)律。從數(shù)據(jù)的差異上看有這些情況：一是同軸數(shù)據(jù)有左右偏差，但并沒有集中出現(xiàn)在某一側(cè)，而是隨機(jī)分布；二是同軸數(shù)據(jù)有雙向偏差，即車輛按不同方向進(jìn)入檢測臺時(shí)所測出的數(shù)據(jù)也不一致；三是異軸數(shù)據(jù)跳躍大，一次性全軸（整車）通過率低。

圖4 制動(dòng)檢測臺示意

圖5 軸重臺示意

數(shù)據(jù)異常原因分析

針對上述的異常情況，全面梳理了人、機(jī)、料、法、環(huán)、測各方面的原因，最后聚焦于設(shè)備及安裝、操作方法和測試線總布置這幾個(gè)方面。

1.測試臺元器件因素

鑒于數(shù)據(jù)異常，首先懷疑的是測試臺有故障，請了設(shè)備廠家對制動(dòng)臺和軸重臺進(jìn)行了全面細(xì)致的檢查，最后結(jié)論是檢測臺狀態(tài)良好，并無故障。還約請了第三方檢測機(jī)構(gòu)，對檢測臺的傳感器等關(guān)鍵測量部件進(jìn)行了檢定和校準(zhǔn)，并比較了近兩年的數(shù)據(jù)，見表1和表2。結(jié)果表明，檢測臺各傳感器和測量精度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。由此基本可以斷定，數(shù)據(jù)異常并非是由測試臺元器件的原因造成的。

表1 軸（輪）重儀檢測結(jié)論

表2 制動(dòng)檢驗(yàn)臺檢測結(jié)論

2.檢測方法和操作因素

該檢測線使用的檢測方法為國標(biāo)GB7258所推薦的分軸檢測法，即采用單一的測試臺逐軸進(jìn)行檢測，直至完成全部測試過程，如圖6所示。首先，這種模式下由于軸距的不同，對駕駛?cè)说鸟{駛技術(shù)水平要求較高，尤其是車速和停車精度。通過觀察發(fā)現(xiàn)，在人工駕駛模式下，每軸（輪）進(jìn)入檢測臺的角度和速度均有差異，雖然會造成一定程度的誤差，但對測量精度的影響效果有限。其次，檢測之前是否核查車內(nèi)異物，是否對空載時(shí)的車內(nèi)異物進(jìn)行清除，滿載時(shí)負(fù)載（沙袋）的碼放是否整齊、均勻也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。但從數(shù)據(jù)來看，偏差極大，最大偏差約30%，且無論空載還是滿負(fù)荷，極個(gè)別輪的偏差能到數(shù)百千克，并非是異物和不平衡堆放負(fù)載的原因。最后可能是胎壓的因素，胎壓以及懸架氣囊（空氣彈簧）的壓力會影響車輛的水平度，進(jìn)而使各軸的載荷分布不均。經(jīng)證實(shí)，通過胎壓和氣囊壓力的調(diào)整的確能夠改善測量數(shù)據(jù)，但并非能保證全部通過率，還有其他原因使數(shù)據(jù)異常。

圖6 分軸檢測（輥輪反力式正反制動(dòng)測試臺）原理示意

3.檢測臺結(jié)構(gòu)和基建因素

由上述分析可知，造成數(shù)據(jù)異常的原因是車體在測量時(shí)存在水平度超差，而檢測臺的水平度也是造成車體不平的原因之一。一是檢測臺安裝時(shí)橫向方向的水平度（臺體本身的地基原因），二是檢測臺與檢測線地面的高差，三是檢測臺各輪所在區(qū)域（臺板）的左右水平度（設(shè)備安裝原因）。經(jīng)檢測，軸重臺左右方向上兩塊臺板有2mm的高度差（未超出設(shè)備基礎(chǔ)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的允許值），臺體基礎(chǔ)左右方向上無高度差，臺體上表面與周圍地面無高度差（水平較好）。制動(dòng)臺基礎(chǔ)左右無高度差，但縱向上與非檢測軸距臺體6～7.5m區(qū)域有20mm高度差，且整個(gè)檢測線在橫向和縱向上有3‰的放水坡度。即測試臺地基與檢測線地基雖在一個(gè)平面內(nèi)但所在的平面非水平面，從而直接造成了單輪和單軸數(shù)據(jù)的異常。且如圖7和圖8所示，該檢測線的測試臺并不具備水平度自動(dòng)調(diào)整的功能，因此難以通過設(shè)備的因素減小測量誤差，僅能靠調(diào)整胎壓等手段輔助控制。

圖7 軸重臺結(jié)構(gòu)示意

圖8 制動(dòng)臺結(jié)構(gòu)示意

4.檢測線布置因素

檢測線布局如圖9所示，檢測過程如圖10所示（圖中A為制動(dòng)臺，B為軸重臺，C為移動(dòng)蓋板，D為可調(diào)車速臺，E為固定車速臺）。實(shí)際檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不同軸距的某型車輛通過該檢測線時(shí)，一次通過率較其他車型明顯很低。通過觀察，當(dāng)車輛進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，非檢測端的車輛（見圖10中的中間車第3軸低于檢測端的第2軸）相當(dāng)于非檢測的中間車對正在檢測的第一節(jié)車有一個(gè)翹起的作用，造成檢測軸數(shù)據(jù)失真。而使兩節(jié)車體不在同一平面的原因是，該檢測線中間有一個(gè)可移動(dòng)的測速臺，其移動(dòng)的蓋板約40mm厚。當(dāng)車輛完成車速測量時(shí)，進(jìn)入軸重臺、制動(dòng)臺時(shí)剛好車輛中間兩個(gè)非測量軸壓在蓋板上，使車輛之間產(chǎn)生高度差，從而影響測量結(jié)果。說明檢測線各檢測臺之間的間隔距離以及共線布置的方式對檢測結(jié)果有較大影響。

圖9 檢測線布局示意

圖10 檢測過程示意

由于該檢測線需要檢測不同軸距的車輛，且該車型為雙軸全時(shí)驅(qū)動(dòng)，因此測量轉(zhuǎn)速時(shí)需要同時(shí)測量前后兩個(gè)軸。所以設(shè)置了兩個(gè)轉(zhuǎn)速臺，其中靠近軸重臺的一個(gè)為可調(diào)式轉(zhuǎn)速臺。為便于測試，一方面，需要在車速測量結(jié)束后將車輛開出檢測線，重新調(diào)整可移動(dòng)車速臺及其蓋板的位置，使其避開檢測端的車輛，然后再將車輛開進(jìn)檢測線開始軸重和制動(dòng)的測量。另一方面需要調(diào)整檢測線設(shè)備的程序，使其支持上述的操作過程。雖然該種操作方式可以減小誤差，但操作較麻煩且用時(shí)多。

反思與建議

綜上所述，造成數(shù)據(jù)異常的根本原因是車輛各軸位置不穩(wěn)定，檢測時(shí)車體水平狀態(tài)長期處于非平衡狀態(tài)而致使各軸載荷不均勻，加之通過式的檢測模式使整車以波動(dòng)的形式進(jìn)出檢測線，而最終呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)異常的現(xiàn)象。因此要控制測量精度，減小測量誤差的關(guān)鍵是控制車輛的穩(wěn)定性，尤其是各車廂的水平度，而影響車輛水平度的因素見表3，主要優(yōu)化建議有兩點(diǎn)，一是優(yōu)化檢測方法和檢測臺結(jié)構(gòu)，二是優(yōu)化檢測線的布置方式。

表3 影響車輛性能測試的因素

1.檢測方法即檢測臺優(yōu)化

首先減少檢測臺的數(shù)量，越少的檢測臺意味著越少的基建施工量，則會改善基礎(chǔ)和檢測線的沉降量，同時(shí)也降低非檢測軸對檢測軸的影響，可以采用軸重制動(dòng)復(fù)合檢測臺代替單一功能的檢測臺，在不移車的前提下完成測試。其次是采用單節(jié)檢測的方式，同時(shí)對一節(jié)車廂進(jìn)行測量，如圖11所示，以期保證單節(jié)車廂的水平度，此外由于檢測次數(shù)的減少也會降低累積誤差。最后采用帶水平度補(bǔ)償?shù)臋z測臺，當(dāng)檢測到水平度超差時(shí)臺體自動(dòng)升降調(diào)整各（點(diǎn)位）輪的高度差，以補(bǔ)償水平度超差對測量結(jié)果的影響。

圖11 單節(jié)檢測示意

2.檢測線總布置

檢測線布置方面主要有三點(diǎn)，一是調(diào)整各檢測臺體的間距，使車輛在檢測時(shí)互不影響其功能的發(fā)揮，布置時(shí)宜避開車輛各軸所在的位置。二是調(diào)整各工位的設(shè)置，可以合理布置檢測工位，如制動(dòng)檢測與燈光檢測共線布置、車速檢測與側(cè)滑檢測共線布置。三是采用分線布置的方式，不同的檢測分布在不同的車道內(nèi)，不僅可以降低干擾，還能縮短檢測線廠房的長度，同時(shí)有利于提高檢測效率和設(shè)備利用率。

結(jié)語

電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)可編組鉸接車輛的生產(chǎn)制造和檢驗(yàn)測試已然成為了一個(gè)新的行業(yè)，對于其車輛綜合性能的檢測，尤其是檢測線的設(shè)置，無論是制造廠還是各線路的運(yùn)營單位均應(yīng)積極創(chuàng)造檢測條件，以利于車輛的安全營運(yùn)。規(guī)劃設(shè)計(jì)檢測線時(shí)應(yīng)充分考慮車輛的結(jié)構(gòu)和制式，以及檢測設(shè)備的適用性、穩(wěn)定性和通用性。檢測線建造和施工時(shí)，需考慮場地的條件，要滿足車輛通行和調(diào)檢的要求，因地制宜布置各檢測工位，并保證地面和設(shè)備基礎(chǔ)的水平度符合檢測精度要求，提高設(shè)備和場地的利用率。文中所述的幾種優(yōu)化方案隨著車輛的推廣應(yīng)用，逐漸在已開通線路運(yùn)營城市的檢測線上得到了驗(yàn)證，且效果良好，希望該經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚪o同行在多軸車輛檢測方面提供參考。