面向危險品半掛運(yùn)輸車氣壓EBS的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)分析*

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

危險貨物具有易燃易爆、腐蝕危害等特點(diǎn)，危險貨物運(yùn)輸車輛發(fā)生事故危害性大、施救難度高，對社會具有嚴(yán)重的危害性[1]。全世界每年危險貨物的運(yùn)輸達(dá)到40億噸，中國每年危險貨物運(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]。因此危險品半掛運(yùn)輸車運(yùn)輸中出現(xiàn)的問題亟待解決。

危險品半掛運(yùn)輸車行駛過程的安全性與氣壓電控制動系統(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對多軸汽車制動性能進(jìn)行研究，提出多軸汽車制動性能評價指標(biāo)體系[4]；2018年韓光現(xiàn)搭建BSD對車輛制動系統(tǒng)參數(shù)和制動效能性能進(jìn)行研究，分析該車輛制動系統(tǒng)[5]；2019年許暢對重型車輛氣壓制動系統(tǒng)的動態(tài)特性和遲滯特性進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)制動時制動氣室壓力快速增長的同時避免車輪抱死[6]。本文通過分析與氣壓EBS有關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，找尋國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)差異，通過對國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對比分析，對我國氣壓EBS的技術(shù)要求提出一定的參考和建議。

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

2020年的JT/T 1285《危險貨物道路運(yùn)輸營運(yùn)車輛安全技術(shù)條件》中危險貨物是采用N、O類車輛運(yùn)輸[7]。針對N、O類車輛的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個，一個是2014年的GB12676《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》[8]；另一個是2017年的GB7258《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》[9]，危險品半掛運(yùn)輸車必須滿足這兩個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。國外有關(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，其他國家法規(guī)基本參照這兩大體系制定。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(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)測試[12]。本文通過對國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB12676和GB7258對比，再與FMVSS121進(jìn)行對比，分析中美兩國標(biāo)準(zhǔn)差異，找尋針對危險品半掛運(yùn)輸車的氣壓EBS的標(biāo)準(zhǔn)可借鑒之處。

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

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

2.1.1 行車制動系統(tǒng)

GB12676中行車制動系統(tǒng)的性能要求如表1所示。

表1 GB12676中行車制動系統(tǒng)的性能要求

2.1.2 駐車制動系統(tǒng)

牽引車的駐車制動系統(tǒng)應(yīng)能使?jié)M載汽車列車在12%上、下坡道上保持靜止，采用手控裝置時控制力不應(yīng)超過600 N；采用腳控裝置時控制力不應(yīng)超過700 N；掛車裝備的駐車制動系統(tǒng)應(yīng)能滿足當(dāng)掛車與牽引車脫掛時使?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)急制動系統(tǒng)

制動距離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。

采用手控裝置時控制力不超過600 N；采用腳控裝置時控制力不超過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)時間

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

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

2.2.1 行車制動系統(tǒng)

GB7258中對行車制動系統(tǒng)的性能要求如表2所示。

表2 GB7258中對行車制動系統(tǒng)的性能要求

2.2.2 駐車制動系統(tǒng)

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

2.2.3 響應(yīng)時間

采用氣壓制動汽車進(jìn)行測試時從踩下制動踏板到最不利制動氣室響應(yīng)時間≤0.6 s；對具有牽引功能的汽車從踩下制動踏板到主掛間氣壓控制管路接頭延長管路末端響應(yīng)時間≤0.4 s；采用氣壓制動的掛車進(jìn)行測試時從主掛間氣壓控制管路接頭處到最不利制動氣室響應(yīng)時間≤0.4 s。

2.2.4 釋放時間

汽車制動完全釋放時間(從松開制動踏板到制動消除所需要的時間)對三軸及三軸以上汽車應(yīng)小于等于1.2 s。

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

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

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

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

(4) GB7258對牽引車和半掛車響應(yīng)時間要求一致；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)時間短0.2 s。

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

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

3.1 常規(guī)制動系統(tǒng)

滿載和輕載車輛在初速度60 mph(96.56 km/h)時進(jìn)行制動試驗，完成6次測試中至少有一次應(yīng)符合：制動距離D≤280 ft(85.34 m)；試驗過程中不允許出現(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)急制動系統(tǒng)

在行車制動系統(tǒng)中出現(xiàn)一處失效時，滿載和輕載車輛在初速度60 mph(96.56 km/h)時進(jìn)行制動試驗，完成6次測試中至少有一次應(yīng)符合：制動距離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，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 行車制動反應(yīng)時間

試驗方法：在制動儲氣筒初始壓力達(dá)到100 psi(0.69 MPa)時，踩下制動踏板，直到每個氣室中氣壓升到60 psi(0.41 MPa)。

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

3.6 行車制動釋放時間

試驗方法：在每個氣室的初始壓力均達(dá)到95 psi(0.66 MPa)時，松開制動踏板，直到氣壓降到5 psi(0.03 MPa)。

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

4 面向危險品半掛運(yùn)輸車氣壓EBS的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對比分析

(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，對車輛不同裝載量更細(xì)化。

(2) GB12676和GB7258有制動距離、平均減速度和響應(yīng)時間等評價標(biāo)準(zhǔn)，而美標(biāo)FMVSS121更注重零部件和系統(tǒng)的靜態(tài)測試，針對空壓機(jī)、儲氣筒等零部件做了相應(yīng)規(guī)定。在車輛道路試驗的常規(guī)制動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)制動試驗，要求制動距離D≤280 ft(85.34 m)，假設(shè)初速度60 mph(96.56 km/h)，GB12676計算出的制動距離不超過86.20 m≥85.34 m，由此可見，美標(biāo)對車輛制動距離要求更嚴(yán)格，但無平均減速度要求。

(3) GB12676對牽引車和半掛車駐車制動系統(tǒng)要求進(jìn)行了區(qū)分，滿載車輛分別在坡度12%、18%的坡道上測試，對路面附著系數(shù)無明確要求；GB7258沒有對其進(jìn)行區(qū)分，空載車輛在路面附著系數(shù)0.7、坡度20%坡道上測試；FMVSS121對其也沒有進(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，針對滿載車輛，美標(biāo)要求坡度更高，但并未針對牽引車和半掛車進(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，引入制動壓力變化率來對制動響應(yīng)時間進(jìn)行分析，制動壓力變化率作為危險品半掛運(yùn)輸車響應(yīng)特性的重要指標(biāo)，反映了車輛平順性要求。制動壓力變化率為[13]：

(1)

其中：p為制動壓力；t為制動時間。

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)的制動壓力變化率對比如表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，但制動平順性要求較低，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針對不同車型響應(yīng)時間要求劃分更細(xì)致，牽引車比掛車制動壓力變化率限值大，說明要求牽引車快速制動，同時掛車平穩(wěn)停下，對于未安裝EBS的掛車比安裝EBS的掛車響應(yīng)時間的制動變化率限值小，說明由于沒有EBS的控制，未安裝EBS的掛車制動性能較差，制動平順性要求高；GB12676和GB7258針對牽引車和掛車制動響應(yīng)時間有相應(yīng)規(guī)定，F(xiàn)MVSS121不僅針對牽引車和掛車制動時的響應(yīng)時間有相應(yīng)規(guī)定，而且針對不同掛車類型有不同響應(yīng)時間要求；FMVSS121比GB12676和GB7258的掛車的制動壓力變化率限值都小，美標(biāo)相比于制動的快速反應(yīng)，更加注重車輛的平穩(wěn)制動。

表3 中美標(biāo)準(zhǔn)制動壓力變化率的對比

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

5 總結(jié)

危險貨物運(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)，故對危險品半掛運(yùn)輸車的制動性能提出更嚴(yán)苛的要求。通過對國內(nèi)主要標(biāo)準(zhǔn)GB12676和GB7258對比分析，以及和FMVSS121對比分析，得知國標(biāo)對危險品半掛運(yùn)輸車的制動減速度和駐車制動系統(tǒng)有著更為嚴(yán)苛的要求，但對于車輛輕載尚未有明確要求，對不同車輛類型的不同要求未細(xì)致劃分，對較高初始速度制動時車輛的制動距離的要求低于美標(biāo)，對車輛制動響應(yīng)時間的要求也明顯低于美標(biāo)，且沒有對制動釋放時間的相應(yīng)規(guī)定，上述問題還需要進(jìn)一步完善和修改。