黃宇太， 呂小剛

(江西凱馬百路佳客車有限公司， 南昌 330013)

美國客車市場潛力巨大，隨著我國客車工業(yè)飛速發(fā)展，當(dāng)前有很多企業(yè)將客車銷售到了美國。美國汽車法規(guī)體系非常完善，其中客車設(shè)計(jì)主要依據(jù)FMVSS體系。該法規(guī)主要以保障安全為主，是汽車進(jìn)入美國市場的準(zhǔn)入門檻。FMVSS對(duì)整車和零部件都提出了要求，即都要符合DOT認(rèn)證?？蛙囋O(shè)計(jì)初期選型時(shí)，應(yīng)選擇符合DOT認(rèn)證的零部件，這是前提。本文主要從客車整車設(shè)計(jì)的角度介紹幾個(gè)主要FMVSS法規(guī)的特點(diǎn)，所引用的均為2017年10月1日的版本。

1 FMVSS 103和SAE J381—2009風(fēng)擋除霜除霧系統(tǒng)

針對(duì)乘用車除霜除霧性能，F(xiàn)MVSS 103[1]引用了SAE J902—2011[2]標(biāo)準(zhǔn)，后者詳細(xì)規(guī)定了試驗(yàn)方法。針對(duì)客車除霜除霧系統(tǒng)，F(xiàn)MVSS 103并沒有作強(qiáng)制要求,只要求車輛配有除霜除霧系統(tǒng)即可。針對(duì)美國部分州在冬天存在極寒天氣的情況，美國客車行業(yè)在慣例上一般依據(jù)SAE J381—2009[3]來進(jìn)行除霜測試(暫未檢索到關(guān)于客車除霧系統(tǒng)的SAE標(biāo)準(zhǔn))，該法規(guī)規(guī)定了客車除霜系統(tǒng)測試方法和性能要求。在法規(guī)日趨嚴(yán)格的情況下，不排除后續(xù)FMVSS 103也引用SAE J381—2009對(duì)客車除霜性能作強(qiáng)制要求的可能，因此對(duì)于客車風(fēng)擋除霜除霧，將SAE J381—2009作為設(shè)計(jì)依據(jù)是合理且必要的。

SAE J381—2009針對(duì)客車除霜系統(tǒng)的測試流程簡述如下：先將待測車輛提前放入-18 ℃±1 ℃的冷庫中預(yù)備4 h；按照0.05 mL/cm2的標(biāo)準(zhǔn)往前擋玻璃上噴水來制造結(jié)冰層；噴完水后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將水溫升至65 ℃±3 ℃(注意發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)過程必須保證在噴水后30～40 min內(nèi)完成)；測試開始，將除霜機(jī)開至最大，溫度調(diào)至最高，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)為零，開始計(jì)時(shí)；用照相機(jī)每隔5 min拍下前擋玻璃的除霜情況；計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)為30 min時(shí)，測試結(jié)束。整個(gè)測試過程中(含預(yù)熱階段)記錄除霜機(jī)進(jìn)出水溫度、冷庫溫度以及出風(fēng)溫度，得到如圖1所示的曲線，該曲線可以很好地反映試驗(yàn)過程。

圖1 除霜過程相關(guān)物理量的溫度變化曲線

該試驗(yàn)主要從3個(gè)方面評(píng)判測試結(jié)果：

1) 針對(duì)單片式前擋玻璃,A區(qū)、C區(qū)的除霜面積應(yīng)分別達(dá)到80%和99%；針對(duì)多片式前擋玻璃，A區(qū)和C區(qū)的除霜面積應(yīng)分別達(dá)到65%和84%。在SAE J381—2009中，首先定義了4個(gè)與SAE眼橢圓相切的平面：與車輛縱向中心面垂直并與水平面呈一定夾角的上下兩平面；與水平面垂直并與車輛縱向中心平面呈一定夾角的左右兩平面。根據(jù)設(shè)定的夾角值，以上4平面與前擋玻璃相交形成的區(qū)域，定義了A區(qū)和C區(qū)。其中A區(qū)的左右平面與車輛縱向平面的左右夾角分別為18°、65°，上下平面與水平面的上下夾角分別為7°、14°；C區(qū)的左右夾角分別為18°、25°，上下夾角分別為1°、11°。如圖2所示。

2) 針對(duì)駕駛員窗玻璃除霜，假如駕駛員需要通過駕駛員窗玻璃看后視鏡，應(yīng)使駕駛員能夠看到FMVSS 111規(guī)定的后視鏡面最小面積,針對(duì)客車，最小可視面積為323 cm2且必須為平面鏡部分。

3) 在Y-Y線之前的側(cè)面玻璃，表面至少要有70%的霜能夠被除干凈。關(guān)于SAE J381—2009中 Y-Y線的定義如圖2所示。

圖2 SAE J381—2009中若干定義

為提高除霜效率，現(xiàn)階段大客車也有用電加熱玻璃來替代或者輔助傳統(tǒng)的吹風(fēng)式除霜系統(tǒng)的，但需要解決鎢絲嵌入玻璃后導(dǎo)致視野受影響的問題和整個(gè)除霜系統(tǒng)的可靠性問題。

國內(nèi)適用于乘用車的GB 11555—2009[4]與SAE J381—2009類似，其定義了A、A′、B 3個(gè)區(qū)域考察除霜效果；適用于M3類車輛除霜系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)只有JT/T 216—2006[5]，該標(biāo)準(zhǔn)與SAE J381—2009存在很大不同。JT/T 216—2006采用左右雨刮片運(yùn)動(dòng)覆蓋區(qū)域面積作為除霜考察區(qū)域，試驗(yàn)時(shí)可以開動(dòng)車輛用自然風(fēng)吹玻璃，其要求明顯比SAE J381—2009低。國內(nèi)客車設(shè)計(jì)人員多為按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常針對(duì)我國北方和南方地區(qū)設(shè)定不同的工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文推薦國內(nèi)客車也可以參照SAE J381—2009進(jìn)行設(shè)計(jì)和測試。

2 FMVSS 121氣制動(dòng)系統(tǒng)

FMVSS中有多個(gè)法規(guī)分別對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的部分零部件和整個(gè)系統(tǒng)提出了要求。如FMVSS 106[6]是針對(duì)制動(dòng)軟管和接頭的標(biāo)準(zhǔn)，在整車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選取符合FMVSS 106要求的軟管接頭，這是前提。FMVSS 121[7]與國標(biāo)GB 12676—2014[8]類似，是針對(duì)整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，它的部分指標(biāo)要比國標(biāo)更嚴(yán)格，而且FMVSS 121非常關(guān)注關(guān)鍵零部件的性能和系統(tǒng)的靜態(tài)測試。關(guān)鍵零部件主要有空壓機(jī)、儲(chǔ)氣筒、氣壓表、制動(dòng)開關(guān)、ABS系統(tǒng)、制動(dòng)器等。設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行必要的校核和匹配計(jì)算(如空壓機(jī)排量、儲(chǔ)氣筒容積等)，相關(guān)的文獻(xiàn)有很多，本文不贅述。

靜態(tài)測試的難點(diǎn)是制動(dòng)作用時(shí)間和釋放時(shí)間，要求每個(gè)制動(dòng)氣室滿足以下要求：

1) 在對(duì)應(yīng)儲(chǔ)氣筒壓力為100 psi (0.689 MPa)時(shí)，從踩下制動(dòng)踏板至其制動(dòng)氣室內(nèi)部氣壓達(dá)到60 psi(0.414 MPa)的時(shí)間小于0.45 s。 而GB 12676—2014規(guī)定制動(dòng)時(shí)從開始促動(dòng)控制裝置至最不利的車軸上的制動(dòng)力達(dá)到相應(yīng)的規(guī)定制動(dòng)效能(制動(dòng)氣室壓力達(dá)到穩(wěn)態(tài)最大壓力的75%，約為0.5～0.6 MPa)所經(jīng)歷的時(shí)間不應(yīng)超過0.6 s，如果加上促動(dòng)時(shí)間則不應(yīng)超過0.8 s?？梢?，GB 12676—2014相對(duì)于FMVSS 121要求更低。

2) 在制動(dòng)氣室初始?jí)毫?5 psi(0.655 MPa)時(shí)，從松開制動(dòng)踏板至其制動(dòng)氣室內(nèi)部氣壓降為5 psi(0.034 MPa)的時(shí)間小于0.55 s。GB 12676—2014對(duì)釋放時(shí)間則沒有要求。

FMVSS 121要求車輛上的所有制動(dòng)器都需要測試，并不定義最不利的制動(dòng)氣室，并且在ABS起效和失效狀態(tài)下要分別測試。為保證能通過FMVSS 121制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間測試，儲(chǔ)氣筒的布置應(yīng)合理，應(yīng)盡量靠近車橋；前后軸均應(yīng)采用繼動(dòng)閥并靠近車橋；制動(dòng)管路的布置應(yīng)平順，盡量減少拐彎。為保證能通過釋放時(shí)間測試，快放閥的位置也應(yīng)盡量靠近車橋。前軸氣室的釋放時(shí)間要滿足要求，對(duì)制動(dòng)總泵的要求就很高了。在實(shí)踐中，有時(shí)甚至需要犧牲制動(dòng)總泵消聲器的部分消聲性能來滿足釋放時(shí)間的要求。

FMVSS 121規(guī)定，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)應(yīng)按一定順序來進(jìn)行，針對(duì)客車，其規(guī)定有滿載和輕載兩種狀態(tài)，并且對(duì)路面摩擦系數(shù)進(jìn)行了規(guī)定。另外，F(xiàn)MVSS 121動(dòng)態(tài)制動(dòng)測試中考核的指標(biāo)比國標(biāo)少，但制動(dòng)距離和制動(dòng)穩(wěn)定性比國標(biāo)嚴(yán)格。比如滿載行車制動(dòng)測試中，要求在60 mph(96.6 km/h)的初速下，在摩擦系數(shù)為0.9的路面上制動(dòng)距離少于85.4 m；而根據(jù)國標(biāo)按此初速計(jì)算出來的制動(dòng)距離要求為86.6 m。

GB 12676—2014的評(píng)價(jià)指標(biāo)通常為：制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度、控制力和穩(wěn)定性等，沒有輕載這個(gè)狀態(tài)，也沒有對(duì)摩擦系數(shù)進(jìn)行明確規(guī)定。

3 FMVSS 217緊急出口和窗戶的保持與釋放

FMVSS 217[9]規(guī)定位于側(cè)圍的緊急出口只能用外推式應(yīng)急窗，而不能通過擊碎玻璃的形式。國內(nèi)最新的GB 7258—2017[10]中規(guī)定車長大于7 m的公路客車、旅游客車和未設(shè)置乘客站立區(qū)的公共汽車也應(yīng)配置外推式應(yīng)急窗。對(duì)其提出具體要求的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)為QC/T 1030—2016[11]，其內(nèi)容與FMVSS 217類似，但仍有很多不同，主要不同之處如下：

關(guān)于外推窗的釋放，F(xiàn)MVSS 217對(duì)外推窗的開啟機(jī)構(gòu)及其開啟力的規(guī)定更為詳盡。比如，其規(guī)定，如果采用了旋轉(zhuǎn)式開啟的鎖止手柄(國內(nèi)最常見的形式)，無論鎖止機(jī)構(gòu)位于高施力區(qū)還是低施力區(qū)，都不能大于90 N。而QC/T 1030—2016標(biāo)準(zhǔn)則沒有類似要求。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)旋轉(zhuǎn)式開啟的外推窗解鎖把手的開啟力偏大，普遍在150 N以上。為了能夠通過開啟力的測試，通常需要將把手做得更長一些。另外不同于國標(biāo)的是，安全窗打開以后， FMVSS 217允許用手推住玻璃，不需要?dú)鈴椈身斪?，只要推力不大?70 N即可。開啟角度大小只要允許長軸50 cm、短軸33 cm的橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)360°形成的橢圓體在其長軸處于水平位置時(shí)通過即可。QC/T 1030—2016標(biāo)準(zhǔn)要求外推窗開啟后能保持在滿足一定通過性的開啟位置并且有提示報(bào)警音。這就要求外推窗帶有氣彈簧撐桿裝置以及電子報(bào)警裝置。

在國內(nèi)找到的外推窗供應(yīng)商，大多只生產(chǎn)符合QC/T 1030—2016的外推窗。如果將這種外推窗直接安裝到出口美國的客車上，是不符合FMVSS 217要求的。

關(guān)于外推窗的保持，F(xiàn)MVSS 217與QC/T 1030—2016兩者的測試要求基本相同，故本文不討論。

與國標(biāo)GB 13094—2017[12]類似， FMVSS 217也對(duì)整車逃生窗洞口總面積有要求，一般不小于座位數(shù)(含駕駛員)乘以432 cm2，單側(cè)不小于總要求面積的40%。在計(jì)算總面積時(shí)，單片窗戶面積不能超過3 458 cm2。據(jù)此計(jì)算，美國市場常見的41座到57座的客車均需在每側(cè)各安裝至少3個(gè)外推窗才能滿足要求。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)則要求外推窗提供的最大出口能夠內(nèi)接一定尺寸的長方形即算一個(gè)出口，總出口數(shù)量符合要求即可。

4 結(jié)束語

本文基于實(shí)際試驗(yàn)情況，介紹了美國FMVSS系列中與客車整車設(shè)計(jì)關(guān)系較大的幾個(gè)主要法規(guī)的特點(diǎn)，著重講述了不同于國標(biāo)并容易導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的部分，需要在設(shè)計(jì)時(shí)給予充分考慮。 另外，F(xiàn)MVSS 207&210[13-14]座椅系統(tǒng)以及安全帶的錨固相關(guān)內(nèi)容也需要重點(diǎn)關(guān)注，其相關(guān)文獻(xiàn)較多，本文不再討論。