張碧菡，李剛炎，楊 凡，趙 燃

(武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

0 引言

危險(xiǎn)貨物具有易燃易爆、腐蝕危害等特點(diǎn)，危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車輛發(fā)生事故危害性大、施救難度高，對(duì)社會(huì)具有嚴(yán)重的危害性[1]。全世界每年危險(xiǎn)貨物的運(yùn)輸達(dá)到40億噸，中國(guó)每年危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸約有4億噸，其中約有8%是通過公路運(yùn)輸[2]。采用掛車運(yùn)輸能夠提高運(yùn)輸效率、節(jié)省運(yùn)輸成本，是提高經(jīng)濟(jì)效益最有效的手段之一[3]。因此危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車運(yùn)輸中出現(xiàn)的問題亟待解決。

危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車行駛過程的安全性與氣壓電控制動(dòng)系統(tǒng)(Pneumatic Electronically Controlled Braking System，氣壓EBS)工作的可靠性密切相關(guān)，氣壓EBS性能是保障車輛行駛安全性和穩(wěn)定性的重要因素。2010年童成前根據(jù)ECER13對(duì)多軸汽車制動(dòng)性能進(jìn)行研究，提出多軸汽車制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[4]；2018年韓光現(xiàn)搭建BSD對(duì)車輛制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和制動(dòng)效能性能進(jìn)行研究，分析該車輛制動(dòng)系統(tǒng)[5]；2019年許暢對(duì)重型車輛氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和遲滯特性進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)氣室壓力快速增長(zhǎng)的同時(shí)避免車輪抱死[6]。本文通過分析與氣壓EBS有關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，找尋國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)差異，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析，對(duì)我國(guó)氣壓EBS的技術(shù)要求提出一定的參考和建議。

1 危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車氣壓EBS關(guān)聯(lián)的國(guó)內(nèi)外法規(guī)概述

2020年的JT/T 1285《危險(xiǎn)貨物道路運(yùn)輸營(yíng)運(yùn)車輛安全技術(shù)條件》中危險(xiǎn)貨物是采用N、O類車輛運(yùn)輸[7]。針對(duì)N、O類車輛的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)，一個(gè)是2014年的GB12676《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》[8]；另一個(gè)是2017年的GB7258《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》[9]，危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車必須滿足這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。國(guó)外有關(guān)車輛技術(shù)要求的法規(guī)體系主要以歐標(biāo)ECE和美標(biāo)FMVSS為主，其他國(guó)家法規(guī)基本參照這兩大體系制定。聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(Economic Commission for Europe，ECE)頒布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是ECER13《Uniform Provisions Concerning The Approval Of Vehicles Of Categories M, N And O With Regard To Braking》[10]，GB12676參考ECER13制定車輛技術(shù)要求。聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)(Federal Motor Vehicle Safety Standards，F(xiàn)MVSS)頒布的FMVSS121《Air Brake Systems》[11]著重關(guān)注零部件性能和系統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)試[12]。本文通過對(duì)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB12676和GB7258對(duì)比，再與FMVSS121進(jìn)行對(duì)比，分析中美兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)差異，找尋針對(duì)危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車的氣壓EBS的標(biāo)準(zhǔn)可借鑒之處。

2 面向危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車氣壓EBS的GB12676和GB7258的試驗(yàn)與性能要求分析

2.1 面向危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車氣壓EBS的GB12676的試驗(yàn)與性能要求

2.1.1 行車制動(dòng)系統(tǒng)

GB12676中行車制動(dòng)系統(tǒng)的性能要求如表1所示。

表1 GB12676中行車制動(dòng)系統(tǒng)的性能要求

2.1.2 駐車制動(dòng)系統(tǒng)

牽引車的駐車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)能使?jié)M載汽車列車在12%上、下坡道上保持靜止，采用手控裝置時(shí)控制力不應(yīng)超過600 N；采用腳控裝置時(shí)控制力不應(yīng)超過700 N；掛車裝備的駐車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)能滿足當(dāng)掛車與牽引車脫掛時(shí)使?jié)M載掛車在18%的上、下坡道上保持靜止，施加在控制裝置上的力不應(yīng)超過600 N。

2.1.3 應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)距離S(m)和平均減速度dm(m/s2)應(yīng)滿足下列要求：

其中：v為車速,m/s。

采用手控裝置時(shí)控制力不超過600 N；采用腳控裝置時(shí)控制力不超過700 N，控制裝置應(yīng)在便于駕駛員迅速操作的位置。

2.1.4 響應(yīng)時(shí)間

促動(dòng)時(shí)間為0.2 s時(shí)，從開始促動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)控制裝置至制動(dòng)氣室壓力達(dá)到穩(wěn)態(tài)最大壓力值(0.7 MPa)75%時(shí)經(jīng)歷時(shí)間不應(yīng)超過0.6 s；對(duì)裝有氣壓制動(dòng)控制管路的掛車，模擬裝置從控制管路中產(chǎn)生的壓力達(dá)到0.065 MPa至掛車制動(dòng)氣室壓力達(dá)到目標(biāo)壓力(0.65 MPa)75%經(jīng)歷時(shí)間不應(yīng)超過0.4 s。

2.2 面向危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車氣壓EBS的GB7258的試驗(yàn)與性能要求

2.2.1 行車制動(dòng)系統(tǒng)

GB7258中對(duì)行車制動(dòng)系統(tǒng)的性能要求如表2所示。

表2 GB7258中對(duì)行車制動(dòng)系統(tǒng)的性能要求

2.2.2 駐車制動(dòng)系統(tǒng)

在空載狀態(tài)下駐車制動(dòng)裝置應(yīng)能保證機(jī)動(dòng)車在坡度為20%、附著系數(shù)為0.7的坡道上正、反兩個(gè)方向保持不動(dòng)，時(shí)間應(yīng)大于等于2 min；手操作時(shí)控制力不超過600 N，腳操作時(shí)控制力不超過700 N。

2.2.3 響應(yīng)時(shí)間

采用氣壓制動(dòng)汽車進(jìn)行測(cè)試時(shí)從踩下制動(dòng)踏板到最不利制動(dòng)氣室響應(yīng)時(shí)間≤0.6 s；對(duì)具有牽引功能的汽車從踩下制動(dòng)踏板到主掛間氣壓控制管路接頭延長(zhǎng)管路末端響應(yīng)時(shí)間≤0.4 s；采用氣壓制動(dòng)的掛車進(jìn)行測(cè)試時(shí)從主掛間氣壓控制管路接頭處到最不利制動(dòng)氣室響應(yīng)時(shí)間≤0.4 s。

2.2.4 釋放時(shí)間

汽車制動(dòng)完全釋放時(shí)間(從松開制動(dòng)踏板到制動(dòng)消除所需要的時(shí)間)對(duì)三軸及三軸以上汽車應(yīng)小于等于1.2 s。

2.3 面向危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車氣壓EBS的GB12676和GB7258的比較

(1) GB12676是針對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)提出的標(biāo)準(zhǔn)，GB7258是針對(duì)整車提出的標(biāo)準(zhǔn)。

(2) GB7258針對(duì)制動(dòng)初速度為30 km/h的空載和滿載車輛做了規(guī)定要求，GB12676針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)類型規(guī)定高速時(shí)制動(dòng)距離和平均減速度，且車輛是滿載情況下測(cè)試，假設(shè)制動(dòng)初速度30 km/h，計(jì)算出的制動(dòng)距離11.42 m≥10.5 m，GB12676的制動(dòng)距離要求較低，且只適用于較高初始速度。

(3) GB12676對(duì)牽引車和半掛車駐車制動(dòng)系統(tǒng)要求進(jìn)行了區(qū)分，滿載車輛分別在坡度12%、18%的坡道上測(cè)試，對(duì)路面附著系數(shù)無明確要求；GB7258對(duì)其沒有進(jìn)行區(qū)分，空載車輛在坡度20%坡道上測(cè)試，路面附著系數(shù)為0.7，GB12676針對(duì)不同車輛類型要求不同但坡度較小。

(4) GB7258對(duì)牽引車和半掛車響應(yīng)時(shí)間要求一致；GB12676要求不一致，相比牽引車，規(guī)定要求半掛車反應(yīng)更為迅速。在同樣壓力變化下，GB7258比GB12676牽引車要求響應(yīng)時(shí)間短0.2 s。

(5) GB12676沒有要求制動(dòng)釋放時(shí)間，GB7258中提出相應(yīng)要求，并規(guī)定危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車的制動(dòng)完全釋放時(shí)間應(yīng)小于或等于1.2 s。

3 面向危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車氣壓EBS的FMVSS121的試驗(yàn)與性能要求

3.1 常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)

滿載和輕載車輛在初速度60 mph(96.56 km/h)時(shí)進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)，完成6次測(cè)試中至少有一次應(yīng)符合：制動(dòng)距離D≤280 ft(85.34 m)；試驗(yàn)過程中不允許出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象；車輛任何部分不得超出車道寬。

3.2 應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)

在行車制動(dòng)系統(tǒng)中出現(xiàn)一處失效時(shí)，滿載和輕載車輛在初速度60 mph(96.56 km/h)時(shí)進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)，完成6次測(cè)試中至少有一次應(yīng)符合：制動(dòng)距離D≤613 ft(186.84 m)；車輛任何部分不得超出車道寬。

3.3 制動(dòng)穩(wěn)定性

一段半徑為500 ft(152.4 m)的彎曲道路上，摩擦因數(shù)為0.5，輕載車輛進(jìn)行踏板全行程制動(dòng)，車輛的初速度選取30 mph(48.28 km/h)和最高車速75%的較小者。車輛在連續(xù)的4次制動(dòng)過程中至少有3次能符合：在12 ft(3.658 m)寬的路面平穩(wěn)停車；車輛任何部分不得超出車道寬。

3.4 駐車制動(dòng)系統(tǒng)

滿載和輕載車輛在光滑干燥的混凝土、坡度為20%的上、下坡道上都能保持靜止。

3.5 行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間

試驗(yàn)方法：在制動(dòng)儲(chǔ)氣筒初始?jí)毫_(dá)到100 psi(0.69 MPa)時(shí)，踩下制動(dòng)踏板，直到每個(gè)氣室中氣壓升到60 psi(0.41 MPa)。

標(biāo)準(zhǔn)要求：對(duì)于牽引車，整個(gè)過程用時(shí)不得超出0.45 s；對(duì)于設(shè)計(jì)用于拖帶裝備氣壓制動(dòng)系統(tǒng)車輛的掛車(不包含掛車運(yùn)輸車)，整個(gè)過程用時(shí)不得超出0.50 s；對(duì)于掛車運(yùn)輸車，整個(gè)過程用時(shí)不得超出0.55 s；對(duì)于未設(shè)計(jì)用于拖帶裝備氣壓制動(dòng)系統(tǒng)車輛的掛車，整個(gè)過程用時(shí)不得超出0.60 s。

3.6 行車制動(dòng)釋放時(shí)間

試驗(yàn)方法：在每個(gè)氣室的初始?jí)毫_(dá)到95 psi(0.66 MPa)時(shí)，松開制動(dòng)踏板，直到氣壓降到5 psi(0.03 MPa)。

標(biāo)準(zhǔn)要求：對(duì)于牽引車，整個(gè)過程用時(shí)不得超出0.55 s；對(duì)于設(shè)計(jì)用于拖帶裝備氣壓制動(dòng)系統(tǒng)車輛的掛車(不包含掛車運(yùn)輸車)，整個(gè)過程用時(shí)不得超出1 s；對(duì)于掛車運(yùn)輸車，整個(gè)過程用時(shí)不得超出1.1 s；對(duì)于未設(shè)計(jì)用于拖帶裝備氣壓制動(dòng)系統(tǒng)車輛的掛車，整個(gè)過程用時(shí)不得超出1.2 s。

4 面向危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車氣壓EBS的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

(1) GB12676和GB7258中只有空載和滿載兩種情況，但FMVSS121中引入了輕載的概念，對(duì)車輛不同裝載量更細(xì)化。

(2) GB12676和GB7258有制動(dòng)距離、平均減速度和響應(yīng)時(shí)間等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而美標(biāo)FMVSS121更注重零部件和系統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)試，針對(duì)空壓機(jī)、儲(chǔ)氣筒等零部件做了相應(yīng)規(guī)定。在車輛道路試驗(yàn)的常規(guī)制動(dòng)中車輛分別在滿載和輕載狀態(tài)下進(jìn)行初速度60 mph(96.56 km/h)制動(dòng)試驗(yàn)，要求制動(dòng)距離D≤280 ft(85.34 m)，假設(shè)初速度60 mph(96.56 km/h)，GB12676計(jì)算出的制動(dòng)距離不超過86.20 m≥85.34 m，由此可見，美標(biāo)對(duì)車輛制動(dòng)距離要求更嚴(yán)格，但無平均減速度要求。

(3) GB12676對(duì)牽引車和半掛車駐車制動(dòng)系統(tǒng)要求進(jìn)行了區(qū)分，滿載車輛分別在坡度12%、18%的坡道上測(cè)試，對(duì)路面附著系數(shù)無明確要求；GB7258沒有對(duì)其進(jìn)行區(qū)分，空載車輛在路面附著系數(shù)0.7、坡度20%坡道上測(cè)試；FMVSS121對(duì)其也沒有進(jìn)行區(qū)分，滿載和輕載車輛在坡度20%的上、下坡道上保持靜止，針對(duì)滿載車輛，美標(biāo)要求坡度更高，但并未針對(duì)牽引車和半掛車進(jìn)行區(qū)分。

(4) 為了滿足車輛行駛過程中平順性和穩(wěn)定性要求，引入制動(dòng)壓力變化率來對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析，制動(dòng)壓力變化率作為危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車響應(yīng)特性的重要指標(biāo)，反映了車輛平順性要求。制動(dòng)壓力變化率為[13]：

(1)

其中：p為制動(dòng)壓力；t為制動(dòng)時(shí)間。

GB12676規(guī)定牽引車和掛車供能管路壓力分別不能超過0.7 MPa和0.65 MPa。中美標(biāo)準(zhǔn)的制動(dòng)壓力變化率對(duì)比如表3所示。

從表3得知：GB12676中牽引車比掛車壓力變化率限值較小，說明要求掛車快速制動(dòng)，但制動(dòng)平順性要求較低，GB12676比GB7258的壓力變化率限值小，說明GB12676更要求車輛平順性，平穩(wěn)停車；FMVSS121針對(duì)不同車型響應(yīng)時(shí)間要求劃分更細(xì)致，牽引車比掛車制動(dòng)壓力變化率限值大，說明要求牽引車快速制動(dòng)，同時(shí)掛車平穩(wěn)停下，對(duì)于未安裝EBS的掛車比安裝EBS的掛車響應(yīng)時(shí)間的制動(dòng)變化率限值小，說明由于沒有EBS的控制，未安裝EBS的掛車制動(dòng)性能較差，制動(dòng)平順性要求高；GB12676和GB7258針對(duì)牽引車和掛車制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間有相應(yīng)規(guī)定，F(xiàn)MVSS121不僅針對(duì)牽引車和掛車制動(dòng)時(shí)的響應(yīng)時(shí)間有相應(yīng)規(guī)定，而且針對(duì)不同掛車類型有不同響應(yīng)時(shí)間要求；FMVSS121比GB12676和GB7258的掛車的制動(dòng)壓力變化率限值都小，美標(biāo)相比于制動(dòng)的快速反應(yīng)，更加注重車輛的平穩(wěn)制動(dòng)。

表3 中美標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)壓力變化率的對(duì)比

(5) GB7258和FMVSS121對(duì)制動(dòng)釋放時(shí)間有相應(yīng)規(guī)定，GB12676并沒有相應(yīng)規(guī)定；GB7258中要求對(duì)牽引車和掛車的制動(dòng)完全釋放時(shí)間應(yīng)小于或等于1.2 s，F(xiàn)MVSS121針對(duì)不同車輛類型的制動(dòng)釋放時(shí)間有不同的要求。

5 總結(jié)

危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸發(fā)生的事故具有突發(fā)性強(qiáng)、危害性大和施救難度高等特點(diǎn)，故對(duì)危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車的制動(dòng)性能提出更嚴(yán)苛的要求。通過對(duì)國(guó)內(nèi)主要標(biāo)準(zhǔn)GB12676和GB7258對(duì)比分析，以及和FMVSS121對(duì)比分析，得知國(guó)標(biāo)對(duì)危險(xiǎn)品半掛運(yùn)輸車的制動(dòng)減速度和駐車制動(dòng)系統(tǒng)有著更為嚴(yán)苛的要求，但對(duì)于車輛輕載尚未有明確要求，對(duì)不同車輛類型的不同要求未細(xì)致劃分，對(duì)較高初始速度制動(dòng)時(shí)車輛的制動(dòng)距離的要求低于美標(biāo)，對(duì)車輛制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的要求也明顯低于美標(biāo)，且沒有對(duì)制動(dòng)釋放時(shí)間的相應(yīng)規(guī)定，上述問題還需要進(jìn)一步完善和修改。