面向危險品半掛運輸車氣壓EBS的國內外標準分析*

張碧菡，李剛炎，楊 凡，趙 燃

(武漢理工大學 機電工程學院，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，危險貨物運輸車輛發生事故危害性大、施救難度高，對社會具有嚴重的危害性[1]。全世界每年危險貨物的運輸達到40億噸，中國每年危險貨物運輸約有4億噸，其中約有8%是通過公路運輸[2]。采用掛車運輸能夠提高運輸效率、節省運輸成本，是提高經濟效益最有效的手段之一[3]。因此危險品半掛運輸車運輸中出現的問題亟待解決。

危險品半掛運輸車行駛過程的安全性與氣壓電控制動系統(Pneumatic Electronically Controlled Braking System，氣壓EBS)工作的可靠性密切相關，氣壓EBS性能是保障車輛行駛安全性和穩定性的重要因素。2010年童成前根據ECER13對多軸汽車制動性能進行研究，提出多軸汽車制動性能評價指標體系[4]；2018年韓光現搭建BSD對車輛制動系統參數和制動效能性能進行研究，分析該車輛制動系統[5]；2019年許暢對重型車輛氣壓制動系統的動態特性和遲滯特性進行研究，實現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有關的法規標準，找尋國內外相關標準的技術差異，通過對國內外相關標準的對比分析，對我國氣壓EBS的技術要求提出一定的參考和建議。

1 危險品半掛運輸車氣壓EBS關聯的國內外法規概述

2020年的JT/T 1285《危險貨物道路運輸營運車輛安全技術條件》中危險貨物是采用N、O類車輛運輸[7]。針對N、O類車輛的標準主要有兩個，一個是2014年的GB12676《商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法》[8]；另一個是2017年的GB7258《機動車運行安全技術條件》[9]，危險品半掛運輸車必須滿足這兩個標準規定。國外有關車輛技術要求的法規體系主要以歐標ECE和美標FMVSS為主，其他國家法規基本參照這兩大體系制定。聯合國歐洲經濟委員會(Economic Commission for Europe，ECE)頒布的相關標準是ECER13《Uniform Provisions Concerning The Approval Of Vehicles Of Categories M, N And O With Regard To Braking》[10]，GB12676參考ECER13制定車輛技術要求。聯邦機動車安全標準(Federal Motor Vehicle Safety Standards，FMVSS)頒布的FMVSS121《Air Brake Systems》[11]著重關注零部件性能和系統的靜態測試[12]。本文通過對國內標準GB12676和GB7258對比，再與FMVSS121進行對比，分析中美兩國標準差異，找尋針對危險品半掛運輸車的氣壓EBS的標準可借鑒之處。

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

2.1 面向危險品半掛運輸車氣壓EBS的GB12676的試驗與性能要求

2.1.1 行車制動系統

GB12676中行車制動系統的性能要求如表1所示。

表1 GB12676中行車制動系統的性能要求

2.1.2 駐車制動系統

牽引車的駐車制動系統應能使滿載汽車列車在12%上、下坡道上保持靜止，采用手控裝置時控制力不應超過600 N；采用腳控裝置時控制力不應超過700 N；掛車裝備的駐車制動系統應能滿足當掛車與牽引車脫掛時使滿載掛車在18%的上、下坡道上保持靜止，施加在控制裝置上的力不應超過600 N。

2.1.3 應急制動系統

制動距離S(m)和平均減速度dm(m/s2)應滿足下列要求：

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，控制裝置應在便于駕駛員迅速操作的位置。

2.1.4 響應時間

促動時間為0.2 s時，從開始促動制動系統控制裝置至制動氣室壓力達到穩態最大壓力值(0.7 MPa)75%時經歷時間不應超過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生的壓力達到0.065 MPa至掛車制動氣室壓力達到目標壓力(0.65 MPa)75%經歷時間不應超過0.4 s。

2.2 面向危險品半掛運輸車氣壓EBS的GB7258的試驗與性能要求

2.2.1 行車制動系統

GB7258中對行車制動系統的性能要求如表2所示。

表2 GB7258中對行車制動系統的性能要求

2.2.2 駐車制動系統

在空載狀態下駐車制動裝置應能保證機動車在坡度為20%、附著系數為0.7的坡道上正、反兩個方向保持不動，時間應大于等于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 響應時間

采用氣壓制動汽車進行測試時從踩下制動踏板到最不利制動氣室響應時間≤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時間≤0.4 s；采用氣壓制動的掛車進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小于等于1.2 s。

2.3 面向危險品半掛運輸車氣壓EBS的GB12676和GB7258的比較

(1) GB12676是針對制動系統提出的標準，GB7258是針對整車提出的標準。

(2) GB7258針對制動初速度為30 km/h的空載和滿載車輛做了規定要求，GB12676針對不同實驗類型規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要求進行了區分，滿載車輛分別在坡度12%、18%的坡道上測試，對路面附著系數無明確要求；GB7258對其沒有進行區分，空載車輛在坡度20%坡道上測試，路面附著系數為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時間要求一致；GB12676要求不一致，相比牽引車，規定要求半掛車反應更為迅速。在同樣壓力變化下，GB7258比GB12676牽引車要求響應時間短0.2 s。

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

3 面向危險品半掛運輸車氣壓EBS的FMVSS121的試驗與性能要求

3.1 常規制動系統

滿載和輕載車輛在初速度60 mph(96.56 km/h)時進行制動試驗，完成6次測試中至少有一次應符合：制動距離D≤280 ft(85.34 m)；試驗過程中不允許出現車輪抱死現象；車輛任何部分不得超出車道寬。

3.2 應急制動系統

在行車制動系統中出現一處失效時，滿載和輕載車輛在初速度60 mph(96.56 km/h)時進行制動試驗，完成6次測試中至少有一次應符合：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 制動穩定性

一段半徑為500 ft(152.4 m)的彎曲道路上，摩擦因數為0.5，輕載車輛進行踏板全行程制動，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)寬的路面平穩停車；車輛任何部分不得超出車道寬。

3.4 駐車制動系統

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 行車制動反應時間

試驗方法：在制動儲氣筒初始壓力達到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)。

標準要求：對于牽引車，整個過程用時不得超出0.45 s；對于設計用于拖帶裝備氣壓制動系統車輛的掛車(不包含掛車運輸車)，整個過程用時不得超出0.50 s；對于掛車運輸車，整個過程用時不得超出0.55 s；對于未設計用于拖帶裝備氣壓制動系統車輛的掛車，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)。

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

4 面向危險品半掛運輸車氣壓EBS的國內外標準對比分析

(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化。

(2) GB12676和GB7258有制動距離、平均減速度和響應時間等評價標準，而美標FMVSS121更注重零部件和系統的靜態測試，針對空壓機、儲氣筒等零部件做了相應規定。在車輛道路試驗的常規制動中車輛分別在滿載和輕載狀態下進行初速度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，美標對車輛制動距離要求更嚴格，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要求進行了區分，滿載車輛分別在坡度12%、18%的坡道上測試，對路面附著系數無明確要求；GB7258沒有對其進行區分，空載車輛在路面附著系數0.7、坡度20%坡道上測試；FMVSS121對其也沒有進行區分，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，美標要求坡度更高，但并未針對牽引車和半掛車進行區分。

(4) 為了滿足車輛行駛過程中平順性和穩定性要求，引入制動壓力變化率來對制動響應時間進行分析，制動壓力變化率作為危險品半掛運輸車響應特性的重要指標，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。中美標準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，平穩停車；FMVSS121針對不同車型響應時間要求劃分更細致，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，同時掛車平穩停下，對于未安裝EBS的掛車比安裝EBS的掛車響應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時間有相應規定，FMVSS121不僅針對牽引車和掛車制動時的響應時間有相應規定，而且針對不同掛車類型有不同響應時間要求；FMVSS121比GB12676和GB7258的掛車的制動壓力變化率限值都小，美標相比于制動的快速反應，更加注重車輛的平穩制動。

表3 中美標準制動壓力變化率的對比

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

5 總結

危險貨物運輸發生的事故具有突發性強、危害性大和施救難度高等特點，故對危險品半掛運輸車的制動性能提出更嚴苛的要求。通過對國內主要標準GB12676和GB7258對比分析，以及和FMVSS121對比分析，得知國標對危險品半掛運輸車的制動減速度和駐車制動系統有著更為嚴苛的要求，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，對車輛制動響應時間的要求也明顯低于美標，且沒有對制動釋放時間的相應規定，上述問題還需要進一步完善和修改。