樊興銳

湖南中車(chē)智行科技有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410013

雖然“電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)可編組鉸接車(chē)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(mén)仍然按照道路交通車(chē)輛進(jìn)行規(guī)范化管理。因此該類(lèi)型車(chē)輛在制造以及交付上路運(yùn)營(yíng)的各環(huán)節(jié)，均需要參照國(guó)標(biāo)《道路運(yùn)輸車(chē)輛綜合性能要求和試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)。其中車(chē)輛的制動(dòng)性能，與車(chē)輛的安全運(yùn)行和旅客的安全直接相關(guān)，因此是車(chē)輛性能檢測(cè)的核心項(xiàng)目，必須保證車(chē)輛合格且在投入營(yíng)運(yùn)后需要定期檢測(cè)確保其性能達(dá)標(biāo)。然而由于車(chē)輛制式與普通道路運(yùn)輸客車(chē)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(lèi)車(chē)輛的檢測(cè)。

車(chē)輛制動(dòng)性能檢測(cè)主要有兩種方式：一種是臺(tái)試法，即在室內(nèi)利用制動(dòng)測(cè)試臺(tái)模擬道路情況開(kāi)展制動(dòng)試驗(yàn)以獲得測(cè)試數(shù)據(jù)；另一種是路試法，即在坡度不超過(guò)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(guò)5m/s時(shí)，以規(guī)定的速度行駛并制動(dòng)，以測(cè)量出制動(dòng)性能相關(guān)的數(shù)據(jù)。在制動(dòng)性能測(cè)試時(shí)與之相關(guān)的就是車(chē)輛的軸荷數(shù)據(jù)，若軸荷數(shù)據(jù)異常則車(chē)輛的制動(dòng)數(shù)據(jù)將失真，難以判斷車(chē)輛的真實(shí)性能。本文以智軌電車(chē)制動(dòng)性能臺(tái)試法檢測(cè)為例進(jìn)行說(shuō)明，并分析了其軸荷數(shù)據(jù)異常的原因。

新制式車(chē)輛制動(dòng)性能檢測(cè)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題

此類(lèi)車(chē)輛是軌道交通制式在道路上的延伸，均由軌道交通車(chē)輛廠制造并按城市軌道交通運(yùn)營(yíng)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(chǎng)，目前僅有部分城市在運(yùn)用，開(kāi)通的路線暫不多。截至2021年全球該類(lèi)型車(chē)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(guó)家對(duì)城市軌道交通規(guī)劃及批復(fù)收緊嚴(yán)控的背景下，該類(lèi)型的公交解決方案預(yù)計(jì)將會(huì)迎來(lái)一波蓬勃發(fā)展。如何保證此類(lèi)車(chē)輛的安全應(yīng)用，將是運(yùn)營(yíng)公司和車(chē)輛制造廠不得不面臨的課題。

1.制動(dòng)性能檢測(cè)的難點(diǎn)

首先是車(chē)輛制式超出現(xiàn)有道路車(chē)輛的標(biāo)準(zhǔn)范圍，無(wú)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可直接使用。當(dāng)前已開(kāi)通運(yùn)行的電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)可編組鉸接車(chē)輛共有3種，分別是ART（智軌電車(chē)）、DRT（數(shù)軌電車(chē)）和SRT（超級(jí)虛擬軌道電車(chē)）。其中ART車(chē)型為3輛編組結(jié)構(gòu)，車(chē)輛總長(zhǎng)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(lèi)，遠(yuǎn)期規(guī)劃車(chē)型有4編組8軸和5編組10軸兩類(lèi)，如圖1所示。其中DRT車(chē)輛暫為3編組結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)度在30～33m，軸數(shù)為8軸，軸荷各軸不等但均超過(guò)5T，軸距為1500mm、1800mm、6250mm和7200mm這幾類(lèi)，如圖2所示。其中SRT車(chē)型現(xiàn)為4編組6軸結(jié)構(gòu)，車(chē)輛長(zhǎng)度35～38m，軸荷在7T～12T，如圖3所示。該類(lèi)車(chē)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(wú)需調(diào)頭，換端操作即可，具備雙向駕駛功能。

圖1 ART車(chē)型結(jié)構(gòu)示意

圖2 DRT車(chē)型結(jié)構(gòu)示意

圖3 SRT車(chē)型結(jié)構(gòu)示意

其次是現(xiàn)有社會(huì)檢測(cè)站的各檢測(cè)線均不具備對(duì)該類(lèi)車(chē)型的檢測(cè)能力。目前僅有車(chē)輛制造廠針對(duì)性地開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用檢測(cè)線，用于車(chē)輛的研發(fā)與測(cè)試，并適用于車(chē)輛生產(chǎn)下線后至交付前的首次測(cè)試。社會(huì)各地的車(chē)輛檢測(cè)站在檢測(cè)站出入場(chǎng)地、檢測(cè)線總長(zhǎng)度、設(shè)備配置、檢驗(yàn)程序及檢測(cè)方法上面均滿(mǎn)足不了測(cè)試要求。車(chē)輛交付各地使用后的周期性（定期）檢測(cè)、臨時(shí)檢測(cè)、特殊檢測(cè)（車(chē)橋維修、更換后）均無(wú)法在社會(huì)檢測(cè)站進(jìn)行，只能通過(guò)運(yùn)營(yíng)單位自建檢測(cè)站用于測(cè)試。

最后是滿(mǎn)足路試條件的場(chǎng)地極少，采用路試法進(jìn)行測(cè)試實(shí)現(xiàn)難度較大。雖然路試法是測(cè)試車(chē)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(duì)場(chǎng)地和測(cè)試環(huán)境的要求較高，而且由于車(chē)輛制式的原因，相比于普通道路交通車(chē)輛，對(duì)場(chǎng)地的要求更嚴(yán)格，畢竟軸重、車(chē)長(zhǎng)、駕駛方式等方面有較大區(qū)別。且現(xiàn)階段僅少數(shù)專(zhuān)業(yè)的車(chē)輛制造廠內(nèi)有測(cè)試條件，不利于車(chē)輛交付后的周期性檢測(cè)。

2.臺(tái)試法檢測(cè)數(shù)據(jù)異常描述

以ART車(chē)型的檢測(cè)為例，在制造廠內(nèi)其臺(tái)試法借鑒了新能源客車(chē)的檢測(cè)線，制動(dòng)檢測(cè)時(shí)用的測(cè)試臺(tái)為單一的滾筒反力式正反轉(zhuǎn)制動(dòng)檢測(cè)臺(tái)，如圖4所示。軸重測(cè)試臺(tái)采用單一功能的ACLZ-10型板式雙輪軸重臺(tái)，如圖5所示。測(cè)量時(shí)先測(cè)量軸重，然后測(cè)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(chē)輛測(cè)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(wú)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(méi)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(chē)輛按不同方向進(jìn)入檢測(cè)臺(tái)時(shí)所測(cè)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(chē)）通過(guò)率低。

圖4 制動(dòng)檢測(cè)臺(tái)示意

圖5 軸重臺(tái)示意

數(shù)據(jù)異常原因分析

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

1.測(cè)試臺(tái)元器件因素

鑒于數(shù)據(jù)異常，首先懷疑的是測(cè)試臺(tái)有故障，請(qǐng)了設(shè)備廠家對(duì)制動(dòng)臺(tái)和軸重臺(tái)進(jìn)行了全面細(xì)致的檢查，最后結(jié)論是檢測(cè)臺(tái)狀態(tài)良好，并無(wú)故障。還約請(qǐng)了第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，對(duì)檢測(cè)臺(tái)的傳感器等關(guān)鍵測(cè)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(jiàn)表1和表2。結(jié)果表明，檢測(cè)臺(tái)各傳感器和測(cè)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(cè)試臺(tái)元器件的原因造成的。

表1 軸（輪）重儀檢測(cè)結(jié)論

表2 制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)結(jié)論

2.檢測(cè)方法和操作因素

該檢測(cè)線使用的檢測(cè)方法為國(guó)標(biāo)GB7258所推薦的分軸檢測(cè)法，即采用單一的測(cè)試臺(tái)逐軸進(jìn)行檢測(cè)，直至完成全部測(cè)試過(guò)程，如圖6所示。首先，這種模式下由于軸距的不同，對(duì)駕駛?cè)说鸟{駛技術(shù)水平要求較高，尤其是車(chē)速和停車(chē)精度。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，在人工駕駛模式下，每軸（輪）進(jìn)入檢測(cè)臺(tái)的角度和速度均有差異，雖然會(huì)造成一定程度的誤差，但對(duì)測(cè)量精度的影響效果有限。其次，檢測(cè)之前是否核查車(chē)內(nèi)異物，是否對(duì)空載時(shí)的車(chē)內(nèi)異物進(jìn)行清除，滿(mǎn)載時(shí)負(fù)載（沙袋）的碼放是否整齊、均勻也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。但從數(shù)據(jù)來(lái)看，偏差極大，最大偏差約30%，且無(wú)論空載還是滿(mǎn)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(huì)影響車(chē)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(guò)胎壓和氣囊壓力的調(diào)整的確能夠改善測(cè)量數(shù)據(jù)，但并非能保證全部通過(guò)率，還有其他原因使數(shù)據(jù)異常。

圖6 分軸檢測(cè)（輥輪反力式正反制動(dòng)測(cè)試臺(tái)）原理示意

3.檢測(cè)臺(tái)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(chē)體在測(cè)量時(shí)存在水平度超差，而檢測(cè)臺(tái)的水平度也是造成車(chē)體不平的原因之一。一是檢測(cè)臺(tái)安裝時(shí)橫向方向的水平度（臺(tái)體本身的地基原因），二是檢測(cè)臺(tái)與檢測(cè)線地面的高差，三是檢測(cè)臺(tái)各輪所在區(qū)域（臺(tái)板）的左右水平度（設(shè)備安裝原因）。經(jīng)檢測(cè)，軸重臺(tái)左右方向上兩塊臺(tái)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(tái)體基礎(chǔ)左右方向上無(wú)高度差，臺(tái)體上表面與周?chē)孛鏌o(wú)高度差（水平較好）。制動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)左右無(wú)高度差，但縱向上與非檢測(cè)軸距臺(tái)體6～7.5m區(qū)域有20mm高度差，且整個(gè)檢測(cè)線在橫向和縱向上有3‰的放水坡度。即測(cè)試臺(tái)地基與檢測(cè)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(cè)線的測(cè)試臺(tái)并不具備水平度自動(dòng)調(diào)整的功能，因此難以通過(guò)設(shè)備的因素減小測(cè)量誤差，僅能靠調(diào)整胎壓等手段輔助控制。

圖7 軸重臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

圖8 制動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

4.檢測(cè)線布置因素

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

圖9 檢測(cè)線布局示意

圖10 檢測(cè)過(guò)程示意

由于該檢測(cè)線需要檢測(cè)不同軸距的車(chē)輛，且該車(chē)型為雙軸全時(shí)驅(qū)動(dòng)，因此測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)需要同時(shí)測(cè)量前后兩個(gè)軸。所以設(shè)置了兩個(gè)轉(zhuǎn)速臺(tái)，其中靠近軸重臺(tái)的一個(gè)為可調(diào)式轉(zhuǎn)速臺(tái)。為便于測(cè)試，一方面，需要在車(chē)速測(cè)量結(jié)束后將車(chē)輛開(kāi)出檢測(cè)線，重新調(diào)整可移動(dòng)車(chē)速臺(tái)及其蓋板的位置，使其避開(kāi)檢測(cè)端的車(chē)輛，然后再將車(chē)輛開(kāi)進(jìn)檢測(cè)線開(kāi)始軸重和制動(dòng)的測(cè)量。另一方面需要調(diào)整檢測(cè)線設(shè)備的程序，使其支持上述的操作過(guò)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(chē)輛各軸位置不穩(wěn)定，檢測(cè)時(shí)車(chē)體水平狀態(tài)長(zhǎng)期處于非平衡狀態(tài)而致使各軸載荷不均勻，加之通過(guò)式的檢測(cè)模式使整車(chē)以波動(dòng)的形式進(jìn)出檢測(cè)線，而最終呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)異常的現(xiàn)象。因此要控制測(cè)量精度，減小測(cè)量誤差的關(guān)鍵是控制車(chē)輛的穩(wěn)定性，尤其是各車(chē)廂的水平度，而影響車(chē)輛水平度的因素見(jiàn)表3，主要優(yōu)化建議有兩點(diǎn)，一是優(yōu)化檢測(cè)方法和檢測(cè)臺(tái)結(jié)構(gòu)，二是優(yōu)化檢測(cè)線的布置方式。

表3 影響車(chē)輛性能測(cè)試的因素

1.檢測(cè)方法即檢測(cè)臺(tái)優(yōu)化

首先減少檢測(cè)臺(tái)的數(shù)量，越少的檢測(cè)臺(tái)意味著越少的基建施工量，則會(huì)改善基礎(chǔ)和檢測(cè)線的沉降量，同時(shí)也降低非檢測(cè)軸對(duì)檢測(cè)軸的影響，可以采用軸重制動(dòng)復(fù)合檢測(cè)臺(tái)代替單一功能的檢測(cè)臺(tái)，在不移車(chē)的前提下完成測(cè)試。其次是采用單節(jié)檢測(cè)的方式，同時(shí)對(duì)一節(jié)車(chē)廂進(jìn)行測(cè)量，如圖11所示，以期保證單節(jié)車(chē)廂的水平度，此外由于檢測(cè)次數(shù)的減少也會(huì)降低累積誤差。最后采用帶水平度補(bǔ)償?shù)臋z測(cè)臺(tái)，當(dāng)檢測(cè)到水平度超差時(shí)臺(tái)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(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

圖11 單節(jié)檢測(cè)示意

2.檢測(cè)線總布置

檢測(cè)線布置方面主要有三點(diǎn)，一是調(diào)整各檢測(cè)臺(tái)體的間距，使車(chē)輛在檢測(cè)時(shí)互不影響其功能的發(fā)揮，布置時(shí)宜避開(kāi)車(chē)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(cè)工位，如制動(dòng)檢測(cè)與燈光檢測(cè)共線布置、車(chē)速檢測(cè)與側(cè)滑檢測(cè)共線布置。三是采用分線布置的方式，不同的檢測(cè)分布在不同的車(chē)道內(nèi)，不僅可以降低干擾，還能縮短檢測(cè)線廠房的長(zhǎng)度，同時(shí)有利于提高檢測(cè)效率和設(shè)備利用率。

結(jié)語(yǔ)

電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)可編組鉸接車(chē)輛的生產(chǎn)制造和檢驗(yàn)測(cè)試已然成為了一個(gè)新的行業(yè)，對(duì)于其車(chē)輛綜合性能的檢測(cè)，尤其是檢測(cè)線的設(shè)置，無(wú)論是制造廠還是各線路的運(yùn)營(yíng)單位均應(yīng)積極創(chuàng)造檢測(cè)條件，以利于車(chē)輛的安全營(yíng)運(yùn)。規(guī)劃設(shè)計(jì)檢測(cè)線時(shí)應(yīng)充分考慮車(chē)輛的結(jié)構(gòu)和制式，以及檢測(cè)設(shè)備的適用性、穩(wěn)定性和通用性。檢測(cè)線建造和施工時(shí)，需考慮場(chǎng)地的條件，要滿(mǎn)足車(chē)輛通行和調(diào)檢的要求，因地制宜布置各檢測(cè)工位，并保證地面和設(shè)備基礎(chǔ)的水平度符合檢測(cè)精度要求，提高設(shè)備和場(chǎng)地的利用率。文中所述的幾種優(yōu)化方案隨著車(chē)輛的推廣應(yīng)用，逐漸在已開(kāi)通線路運(yùn)營(yíng)城市的檢測(cè)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(chē)輛檢測(cè)方面提供參考。