多軸鉸接客車軸重檢測數據異常分析

樊興銳

湖南中車智行科技有限公司 湖南長沙 410013

雖然“電子導向膠輪系統可編組鉸接車輛”屬于軌道交通十大制式之一，但在實際應用時各地政府相關部門仍然按照道路交通車輛進行規范化管理。因此該類型車輛在制造以及交付上路運營的各環節，均需要參照國標《道路運輸車輛綜合性能要求和試驗方法》的規定進行檢測。其中車輛的制動性能，與車輛的安全運行和旅客的安全直接相關，因此是車輛性能檢測的核心項目，必須保證車輛合格且在投入營運后需要定期檢測確保其性能達標。然而由于車輛制式與普通道路運輸客車的區別，現有的試驗方法和標準的試驗線并不適合于該類車輛的檢測。

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

新制式車輛制動性能檢測現狀和存在的問題

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營的方式進行投建和運維管理，基本于2017年以后才陸續推向市場，目前僅有部分城市在運用，開通的路線暫不多。截至2021年全球該類型車輛運用數量約120列左右，但已有數百個城市有引入此模式的意向。在國家對城市軌道交通規劃及批復收緊嚴控的背景下，該類型的公交解決方案預計將會迎來一波蓬勃發展。如何保證此類車輛的安全應用，將是運營公司和車輛制造廠不得不面臨的課題。

1.制動性能檢測的難點

首先是車輛制式超出現有道路車輛的標準范圍，無檢測標準可直接使用。當前已開通運行的電子導向膠輪系統可編組鉸接車輛共有3種，分別是ART（智軌電車）、DRT（數軌電車）和SRT（超級虛擬軌道電車）。其中ART車型為3輛編組結構，車輛總長度在30～32m，軸數為6軸，軸荷在6～9T，各軸不等重。軸距為1700mm、2800mm、6000mm、6500mm和7000mm這幾類，遠期規劃車型有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編組結構，總長度在30～33m，軸數為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車型現為4編組6軸結構，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是多軸驅動，全軸均可轉向和制動，駕駛時無需調頭，換端操作即可，具備雙向駕駛功能。

圖1 ART車型結構示意

圖2 DRT車型結構示意

圖3 SRT車型結構示意

其次是現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了專用檢測線，用于車輛的研發與測試，并適用于車輛生產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、設備配置、檢驗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、臨時檢測、特殊檢測（車橋維修、更換后）均無法在社會檢測站進行，只能通過運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，采用路試法進行測試實現難度較大。雖然路試法是測試車輛制動性能最直接、最有效的方法，但由上一節可知路試法對場地和測試環境的要求較高，而且由于車輛制式的原因，相比于普通道路交通車輛，對場地的要求更嚴格，畢竟軸重、車長、駕駛方式等方面有較大區別。且現階段僅少數專業的車輛制造廠內有測試條件，不利于車輛交付后的周期性檢測。

2.臺試法檢測數據異常描述

以ART車型的檢測為例，在制造廠內其臺試法借鑒了新能源客車的檢測線，制動檢測時用的測試臺為單一的滾筒反力式正反轉制動檢測臺，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。測量時先測量軸重，然后測制動力，進而換算出軸荷比從而得出制動性能的相關結論。在車輛測試時，多次出現制動阻滯力異常波動的現象。其關鍵原因就是軸荷數據的“減重”和“加重”現象明顯且毫無規律。從數據的差異上看有這些情況：一是同軸數據有左右偏差，但并沒有集中出現在某一側，而是隨機分布；二是同軸數據有雙向偏差，即車輛按不同方向進入檢測臺時所測出的數據也不一致；三是異軸數據跳躍大，一次性全軸（整車）通過率低。

圖4 制動檢測臺示意

圖5 軸重臺示意

數據異常原因分析

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

1.測試臺元器件因素

鑒于數據異常，首先懷疑的是測試臺有故障，請了設備廠家對制動臺和軸重臺進行了全面細致的檢查，最后結論是檢測臺狀態良好，并無故障。還約請了第三方檢測機構，對檢測臺的傳感器等關鍵測量部件進行了檢定和校準，并比較了近兩年的數據，見表1和表2。結果表明，檢測臺各傳感器和測量精度符合標準要求。由此基本可以斷定，數據異常并非是由測試臺元器件的原因造成的。

表1 軸（輪）重儀檢測結論

表2 制動檢驗臺檢測結論

2.檢測方法和操作因素

該檢測線使用的檢測方法為國標GB7258所推薦的分軸檢測法，即采用單一的測試臺逐軸進行檢測，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，對駕駛人的駕駛技術水平要求較高，尤其是車速和停車精度。通過觀察發現，在人工駕駛模式下，每軸（輪）進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異物，是否對空載時的車內異物進行清除，滿載時負載（沙袋）的碼放是否整齊、均勻也會對測量結果產生影響。但從數據來看，偏差極大，最大偏差約30%，且無論空載還是滿負荷，極個別輪的偏差能到數百千克，并非是異物和不平衡堆放負載的原因。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，進而使各軸的載荷分布不均。經證實，通過胎壓和氣囊壓力的調整的確能夠改善測量數據，但并非能保證全部通過率，還有其他原因使數據異常。

圖6 分軸檢測（輥輪反力式正反制動測試臺）原理示意

3.檢測臺結構和基建因素

由上述分析可知，造成數據異常的原因是車體在測量時存在水平度超差，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域（臺板）的左右水平度（設備安裝原因）。經檢測，軸重臺左右方向上兩塊臺板有2mm的高度差（未超出設備基礎驗收標準的允許值），臺體基礎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）。制動臺基礎左右無高度差，但縱向上與非檢測軸距臺體6～7.5m區域有20mm高度差，且整個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平面內但所在的平面非水平面，從而直接造成了單輪和單軸數據的異常。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調整的功能，因此難以通過設備的因素減小測量誤差，僅能靠調整胎壓等手段輔助控制。

圖7 軸重臺結構示意

圖8 制動臺結構示意

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為制動臺，B為軸重臺，C為移動蓋板，D為可調車速臺，E為固定車速臺）。實際檢測時發現，當不同軸距的某型車輛通過該檢測線時，一次通過率較其他車型明顯很低。通過觀察，當車輛進行制動試驗時，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）相當于非檢測的中間車對正在檢測的第一節車有一個翹起的作用，造成檢測軸數據失真。而使兩節車體不在同一平面的原因是，該檢測線中間有一個可移動的測速臺，其移動的蓋板約40mm厚。當車輛完成車速測量時，進入軸重臺、制動臺時剛好車輛中間兩個非測量軸壓在蓋板上，使車輛之間產生高度差，從而影響測量結果。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驅動，因此測量轉速時需要同時測量前后兩個軸。所以設置了兩個轉速臺，其中靠近軸重臺的一個為可調式轉速臺。為便于測試，一方面，需要在車速測量結束后將車輛開出檢測線，重新調整可移動車速臺及其蓋板的位置，使其避開檢測端的車輛，然后再將車輛開進檢測線開始軸重和制動的測量。另一方面需要調整檢測線設備的程序，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多。

反思與建議

綜上所述，造成數據異常的根本原因是車輛各軸位置不穩定，檢測時車體水平狀態長期處于非平衡狀態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的形式進出檢測線，而最終呈現出數據異常的現象。因此要控制測量精度，減小測量誤差的關鍵是控制車輛的穩定性，尤其是各車廂的水平度，而影響車輛水平度的因素見表3，主要優化建議有兩點，一是優化檢測方法和檢測臺結構，二是優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化

首先減少檢測臺的數量，越少的檢測臺意味著越少的基建施工量，則會改善基礎和檢測線的沉降量，同時也降低非檢測軸對檢測軸的影響，可以采用軸重制動復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。其次是采用單節檢測的方式，同時對一節車廂進行測量，如圖11所示，以期保證單節車廂的水平度，此外由于檢測次數的減少也會降低累積誤差。最后采用帶水平度補償的檢測臺，當檢測到水平度超差時臺體自動升降調整各（點位）輪的高度差，以補償水平度超差對測量結果的影響。

圖11 單節檢測示意

2.檢測線總布置

檢測線布置方面主要有三點，一是調整各檢測臺體的間距，使車輛在檢測時互不影響其功能的發揮，布置時宜避開車輛各軸所在的位置。二是調整各工位的設置，可以合理布置檢測工位，如制動檢測與燈光檢測共線布置、車速檢測與側滑檢測共線布置。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，不僅可以降低干擾，還能縮短檢測線廠房的長度，同時有利于提高檢測效率和設備利用率。

結語

電子導向膠輪系統可編組鉸接車輛的生產制造和檢驗測試已然成為了一個新的行業，對于其車輛綜合性能的檢測，尤其是檢測線的設置，無論是制造廠還是各線路的運營單位均應積極創造檢測條件，以利于車輛的安全營運。規劃設計檢測線時應充分考慮車輛的結構和制式，以及檢測設備的適用性、穩定性和通用性。檢測線建造和施工時，需考慮場地的條件，要滿足車輛通行和調檢的要求，因地制宜布置各檢測工位，并保證地面和設備基礎的水平度符合檢測精度要求，提高設備和場地的利用率。文中所述的幾種優化方案隨著車輛的推廣應用，逐漸在已開通線路運營城市的檢測線上得到了驗證，且效果良好，希望該經驗能夠給同行在多軸車輛檢測方面提供參考。