货运车辆安全运行技术条件及检测方法研究交通科技管理中心.doc

西部交通建设科技项目合同号：2005 318 223 22密 级： 货运车辆安全运行技术条件及检测方法研究（总报告简本）交通部公路科学研究院2009年6月交通编号：单位编号：分 类 号：货运车辆安全运行技术条件及检测方法研究1 前言随着我国综合运输服务体系的不断完善与发展，道路货物运输在综合运输服务体系中的作用日益突出，真正起到了基础作用、大动脉作用和枢纽作用。公路货物运输在为生产建设、社会发展以及广大民众的正常生活供应提供物资保障的同时，也威胁着交通参与者的生命安全和运输货物的完好性。近年来通过政府的努力，随着相关政策的逐步落实和车辆产品技术水平的提高，由货车引发的道路交通事故次数、死亡人数、受伤人数和直接经济损失正在逐年降低。但在公路运输交通事故均值中，单次道路交通事故的死亡人数均值和货车单次死亡人数均在逐年增加，且货运车辆单次事故致死人数远大于均值，见图1。图1单次道路交通事故死亡人数为了减少公路货物运输交通事故的发生，提高货运车辆的产品质量，保障货运车辆的安全性，交通运输部立项开展货运车辆安全运行技术条件及检测方法研究。2 汽车挂车及列车标准体系研究 没有规矩，不成方圆。标准是一个国家在该领域技术水平的真实反映，是指导企业产品生产和质量检测与判断的依据，也是解决国际贸易争端的重要手段。汽车挂车及列车标准体系的制定是系统科学在标准化工作中的一种应用，是对一定范围内标准内涵的系统分析和研究后提出的最科学合理的安排，是未来发展的蓝图和目标。我国全国汽车标委会下设的挂车分技术委员会具体负责全国挂车及汽车列车技术要求和试验方法等专业领域的标准化工作。经过几十年挂车标准的制修订工作，我国的汽车挂车标准化工作有了很大的发展，标准内容逐渐完整，标准体系不断完善。这些标准的颁布与实施，在不同的时期均起到了积极的作用，是我国汽车挂车事业发展的历史见证，起到了指导和规范汽车挂车行业发展的作用。图2为不同国际组织或国家挂车标准对比。通过与国际标准化组织、欧盟、日本和美国挂车标准体系的研究与分析，我国汽车挂车和列车标准体系正在不断的补充和完善，逐步与国际标准相接轨，但与欧盟、美国和日本等发达国家的挂车标准体系相比还存在不足：图2 不同国际组织或国家挂车标准对比 基础标准、电、气连接及其它零部件标准数量少，所占比重明显少于ISO、美国和日本，而整车的产品标准数量却多于国外。 我国的挂车标准体系还不完善，就挂车的类型来看，仅包括全挂车、半挂车和牵引车等类型，缺少ISO标准体系中对旅居车和中置轴挂车的专用标准。 缺乏对现有标准的跟踪调查，标准的修订工作力度不够。 我国标准管理模式仍未完全摆脱计划经济时代的一些管理方法，未能发挥标准化技术委员会的权威性作用，使其只有义务没有权力。 我国的汽车挂车标准体系没有相关的法规要求，是以标准代替法规。因此制定符合我国国情的汽车挂车及列车标准体系，以指导汽车挂车标准化工作，推动挂车的技术进步，逐步与国际标准化工作接轨，成为现阶段汽车挂车标准化工作的首要任务之一。我国汽车挂车的现有管理模式与欧盟比较接近。在充分对比、分析我国汽车挂车及列车标准与ISO、欧盟、日本和美国的体系的基础上，以全面成套、层次恰当和划分明确为原则，以欧洲共同体法规标准体系为主要参考依据，建立相当于欧共体法律法规地位的国家标准和行业的技术标准两个层次。我国汽车挂车及列车标准体系表框图见图3，汽车挂车及列车标准体系表见分报告二的表5-1表5-7。图3 我国挂车标准体系表框图3 汽车挂车及列车12项标准制修订经过50余年的发展，我国汽车挂车及列车标准体系已有雏形，但随着社会发展与技术进步、道路交通与运输管理需求加大等因素变化，许多原有标准条款的技术要求、规定已不符合当今现状，失去了指导、监督作用，部分标准急需修订，一些标准需整合，新标准更需要尽快发布实施。本项研究完成了汽车挂车及列车生产与使用管理方面急需的12项标准的制修订工作，保持了标准的时效性和权威性。 道路车辆 牵引销 强度试验、道路车辆 牵引杆牵引装置和用于铰接式牵引的挂钩孔 强度试验是根据ISO最新版本进行的国标修订；道路车辆 牵引车或轻型挂车的牵引车连接装置 机械强度试验是等同采用ISO标准，属于新制定标准。这三项标准都是对汽车列车行驶安全直接相关的机械连接装置的强度试验要求，是制造企业、用户、管理部门共同关心的项目，也是今后重点监管、控制的项目； 货运挂车试验方法是国标修订项目，根据当前的相关技术发展和标准要求补充完善了原标准条款，是针对货运挂车的特定试验方法，供企业、检测机构使用；汽车列车性能要求及试验方法是在原交通行标的基础上经过完善、补充后制定为国标，对汽车列车的各主要性能指标及其测试方法予以明确，是我国首个针对汽车列车的较为系统、明确的技术标准要求。这两项标准内容相辅相成，将对今后货运汽车列车的质量评价和性能检测提供技术指导。 挂车支承装置、车辆运输车通用技术条件则是根据标准技术分析、清理整顿后，将原有的汽车、交通各自的行业标准统一整合为国家标准，以国标的形式统一全国各相关部门、行业挂车零部件及整车标准，这是逐步消除历史形成的技术标准分设、交叉，统一产品设计、生产、使用管理的成功范例； 道路车辆 多芯电缆线 第1部分：普通护套电缆线的性能要求和试验方法、道路车辆 多芯电缆线 第2部分：高性能护套电缆线的性能要求和试验方法、道路车辆 多芯电缆线 第4部分：螺旋电缆线总成的性能要求和试验方法这三个标准均是等同采用了ISO标准转化而来，与已发布实施的道路车辆 多芯电缆线 第3部分构成货运车辆电连接线系列标准，对规范其生产、使用，保证技术匹配和车辆技术安全起到积极作用； 道路车辆 重型商用列车和铰接式大客车 横向稳定性试验方法是等同采用ISO标准，是我国首个适于汽车列车操纵稳定性能评价的试验标准，技术要求高，试验装备专用，将对我国今后列车的技术评价与管理提供支持。 营业性货运车辆安全运行技术要求是研究制订的交通行业标准，是在当前车辆制造业快速发展、道路运输业现代化发展和道路交通安全保障要求进一步提高的形势下，在现有的有关车辆安全管理体制下对当前相关标准、法规中货运汽车与列车安全性测试项目和测试方法的有效补充，是对货运车辆运行安全保障的系统性要求，是新时期、新阶段货运车辆运行安全的综合要求的提升。也是课题研究的核心。4货运车辆安全运行评价体系为了提高我国道路货物运输的安全水平和运输效率，结合国内外相关技术与实施经验，对道路运输装备提出了新的要求和希望，针对货物运输车辆生产、使用、监管、事故救援的需求，建立了我国“货运车辆安全评价体系”的框架结构。该体系共包含安全准入技术要求、安全使用技术、故障/事故后车辆安全应急技术3个方面10个项目的主要内容，货运车辆安全运行评价体系见图6。货运车辆安全评价体系安全准入技术安全使用技术要求安全应急技术产品安全与测试技术评价车辆运行安全监控系统技术要求安全运行的配套文件与装备要求货运车综合性能检测要求货运车辆安全检测要求货运车维护、修理的竣工检测要求货运车辆例行安检要求事故/故障后救援信息传输技术要求自救设备的功能与技术要求危险品信息发布及处置技术图6 我国货运车辆安全评价体系4.1 货运车辆安全准入技术评价4.1.1 货运车辆产品安全与测试技术评价1994年我国汽车行业开始实施强制性检验，目前实施81+1强检要求。其中与货运车辆相关的安全检验项目共42项，具体项目见总报告表4-1。这是当前我国新生产车辆的安全检验要求。2001年，我国对汽车及部分相关部件实施3C认证。3C认证所规定的型式试验共包括一般安全（19项）、被动安全（21项）、污染与节能（9项）、灯光与光信号（12项）、噪声（2项）、制动与底盘（4项）和专用车（19项）7大类共计86项技术要求。具体的技术要求与强制性检验相同。4.1.2 车辆运行安全监控系统从货运车辆技术发展的角度对车辆运行状态监控系统的作用和功能提出了要求。目前在研或已部分应用的车辆运行安全监控装备有：车速监控报警装置，车辆侧翻监控装置，胎温胎压监控装置，车距与车道偏离监控装置和车辆运行参数记录与传递装置等。目前GPS和行驶记录仪已在部分车辆上安装并不断推广。4.1.3 货运车辆安全运行的配套文件与装备要求随车应配备必要的技术文件和符合使用要求的辅助装备及操作说明。技术文件主要包括：详细全面的产品使用手册、维护修理服务说明、特殊功能与装备的使用说明等。辅助装备主要包括：适用、齐全的随车工具；满足使用要求的灭火器材；故障警示装置等。4.2 货运车辆安全使用技术评价用户购买货车、挂车后，须经过公安交通管理部门的安全检验和交通运输管理部门的相关营运车辆性能检测评价后方能核发道路运输证从事货物运输。在正常的使用过程中亦要求定期去安检站和综检站进行车辆性的检验，以保障货运车辆的行驶安全。4.2.1 货运车辆安全检测和综合性能检测要求公安交通管理部门制订机动车安全检测标准，按检验方式分为线外检验、线内检验和路试检验3部分89个项目的检查。交通运输部制订综合性能检测标准，包括发动机技术性能检测、使用可靠性、动力性检测、燃料经济性检测、整车滑行性能检测等共计15部分106个项目的车辆性能检测。4.2.2 货运车辆例行安全检测要求作为运输企业车辆行驶安全检查和管理部门定期安全与性能检测的补充，强化运输过程中的安全监控与保障，起到了预防和早期预警、处置的作用，真正做到隐患、缺陷、问题、事故的早发现、早排除、早处置。主要包括灯光信号装置等8个方面的内容。4.2.3 货运车辆维护、修理竣工检测要求汽车维修是维持或恢复车辆完好技术状况的保障，也是道路运输业正常运行的必要条件。汽车维护为三级：日常维护、一级维护和二级维护。其中日程维护包括汽车和发动机外表的清洁，各种油脂、轮胎气压的检查与补给，车辆安全部位、位置和发动机运转状态的视检与校紧。一级维护包括转向、制动、车架、轮胎和车身等17个大项。二级维护包含一级维护，共有35部分62个项目的检查，对于二级维护后的竣工检查包括10个大项30个项目的检查以保证维护后车辆的技术状态。载货汽车大修竣工出厂技术条件在基本要求、各总成机构要求和主要性能指标三方面提出了技术要求。4.3 货运车辆安全应急技术4.3.1 事故/故障后救援信息传输技术利用现代移动通讯技术及装备，建立紧急救援车辆调度与监控平台，实现事故/故障车辆的主动、自动紧急呼救，实现与监控中心的信息交流，确保反应迅速、处置得当。4.3.2 自救设备功能与技术要求为了减少事故/故障运输车辆的财务损失和人员伤亡，对自救设备功能提出技术要求。结合国外有关资料，现阶段国内车辆宜装备如下装置：灭火器、车用急救包、防滑链、随车起重装置、取力器和破拆救援工具等。4.3.3 危险品信息发布及处置技术当危险品运输车辆发生泄漏、遗撒、储存条件恶化等危急情况时，车辆装备的自动监测系统应及时发出警报，驾驶员、押运员按照技术要求采取相关处置手段以恢复到正常状态或加以控制等待救援。当危险品运输车辆发生故障/事故时，车辆应自动启动危险品紧急处置、防护程序，及时将危险品的品种、数量、化学特性及相应的处置方案发送给运输企业及相关管理机构、救护部门等。5货运车辆安全运行评价项目与测试技术5.1 货运车辆安全运行评价项目现阶段需重点关注的技术性能参数、配置与要求包括： 满足现行国家强制标准GB7258、GB18565、GB1589及相关安全检验的要求； 营业性货运车辆应具备必要的货物固定装置或结构，且满足使用要求。货物装载区域的划分与使用应具有明确的规定； 平头驾驶室的营业性货车和半挂牵引车，其驾驶室的设计和安装应能降低道路交通事故发生时对驾驶员和乘员可能造成伤害的程度，驾驶室强度及试验方法应满足GB xxxxx商用车驾驶室乘员保护； 具有多轴转向机构的营运货车，其转向性能应稳定、协调、可靠，满足相关标准和企业技术要求的规定； 运输危险货物的车辆应满足GB 21668的要求，同时运输爆炸品、剧毒化学品的车辆应符合GB 20300的要求，车辆技术等级应达到JT/T198规定的一级技术等级。车辆应当安装行驶记录仪或安全监控车载终端，并配备有效的通讯工具； 营业性货运汽车列车在平坦、干燥的直线路面上以不小于90km/h的车速行驶500m，车辆在地面上的投影最大宽度牵引杆挂车列车、低平板铰接列车和其他货运汽车列车应满足标准JT/T xxxxx 营业性货运车辆安全运行技术要求的相关规定； 营业性货运汽车列车沿直角弯路线转弯时，车辆内侧与外侧在地面的投影形成转向通道轨迹，其中转向通道最大宽度、前摆值和后摆值应满足标准JT/T xxxxx 营业性货运车辆安全运行技术要求的相关规定； 营业性货运车辆在正常行驶条件下的转向过程中应能承受规定的侧向加速度而不发生侧滑或侧翻，危险货物运输罐车和其他货运车辆规定的侧向加速度值应满足标准JT/T xxxxx 营业性货运车辆安全运行技术要求的相关规定；营业性货运汽车列车应具有一定的抵抗外界干扰保持行驶稳定的性能，其行驶横向稳定性技术要求的后部放大系数RA、轨迹偏移值和挂车的横摆阻尼系数应满足JT/T xxxxx 营业性货运车辆安全运行技术要求的相关规定； 营运货车及货运汽车列车制动力在各轴间的分配以及牵引车和挂车的制动兼容性应符合GB 126761999中附录A的要求；营运半挂牵引车、总质量不小于12000kg的货车应安装车辆行驶记录装置，数字式电子记录装置应符合GB/T 19056的规定。5.2 测试技术5.2.1营业性货运汽车列车弯道通过性参数测量方法营业性货运汽车列车沿直角弯路行驶时的通过性要求包含三个指标：最大转弯通道宽度、前摆值和后摆值。图7为最大转弯通道宽度示意图，图8为前摆值示意图，图9图为测试时轮胎地面参考点示意图，10为后摆值示意图。图7 最大转弯通道宽度示意图图8 前摆值示意图图9 轮胎地面参考点示意图图10 后摆值示意图试验道路：试验路面应为平坦、干燥、整洁、无障碍物的铺装路面，轮胎和路面的接触表面的摩擦系数应不大于0.80。试验规定的路线由三部分组成：直线驶入路段、半径为12.5m的90圆弧路段以及直线驶出路段，两直线路段分别在与圆弧路段的交点与圆弧相切（如图11所示）。试验方法：将车辆水平停放在圆弧段起点前，使前外侧转向车轮轮胎在地面上的参考点在直线驶入段上，车身在地面的垂直投影线与直线驶入段平行；记录外侧车身在地面上的垂直投影，作为测量后摆值的基准线；驾驶车辆按规定的路线行驶，控制车速不超过5km/h；在驶入段、圆弧段和驶出段应保证车辆前外侧转向车轮轮胎在地面上的参考点与规定路线一致，轨迹偏差不应超过50mm；车辆沿直线驶出段继续行驶一段距离，以保证试验能够测得车辆的转弯通道最大宽度。图11 试验路线示意图5.2.2 制动性能（1）制动滞后时间GB 7258机动车安全运行技术条件研究第7.2.12条规定“汽车列车行车制动系的设计和制造应保证挂车最后轴制动动作滞后于牵引车前轴制动动作的时间不大于0.2s”。从目前制动滞后时间实际检测方法和技术人员的口头解释理解，该制动滞后时间测试的是挂车后轴制动器相对牵引车前轴制动器动作延迟时间，而不是制动力开始发挥作用、车轮开始减速的时刻差；该时间差是在车辆静止的状态下测得的制动系统中推杆节点或制动油缸管路节点处的动作相对滞后时间。由于汽车列车各轴/车轮制动系统中存在制动器机械连接装置的间隙、制动蹄片与制动盘或制动鼓之间的间隙；制动过程中制动力是变化的，使制动效能的发挥呈曲线状态。全面评价不同车轮制动效能匹配的合理性，需要测量各车轮产生制动作用（结合GB12676标准相关规定，考核车轮产生制动效能的标准以部分失效时的车辆充分发出的平均减速度限值的75%计算，可初步设定角减速度为3m/s2）时刻的差值，并依照车辆制动理论分析和设计要求进行合理的调整。本项目暂将该参数定义为“各车轮制动效能时间差”。为了保障汽车列车制动性能，应该在车辆行车制动过程中进行测量，以车轮发生一定角减速度时刻的时间差为准。试验方法：在符合试验要求的测试道路上，采用GPS模块监控车辆的行驶速度和行驶距离，将车辆加速到试验要求的车速以上后，脱开发动机，使车辆处于滑行状态。待车速降到试验车速时，快速踏下制动踏板，触发信号采集开关，测试设备开始记录相关信息。车辆停止后信号采集自动结束。使用车辆上主机的控制单元，通过轮速编码器和主机上的RS-232无线传输模块将保存在轮速编码器上的车轮转速信号采集到主机上，完成试验。试验结束后将试验数据导入数据分析系统，系统根据记录的出发开始时刻至车轮转速发生突降（达到设定的角减速度）时刻的时间，计算不同车轴的制动滞后时间。（2） 制动距离、制动平均减速度和制动协调性测试方法采用本课题研发的汽车列车制动性能测试设备可以同时实现对制动距离、制动平均减速度和制动协调时间的测试。通过GPS模块和车速距离显示装置跟踪车辆的速度和行驶距离。车辆以稍高于制动试验所要求的车速滑行，当车辆速度降到试验要求车速时快速踏下制动踏板，触发信号采集开关，测试系统开始记录车辆的速度、距离、时间等参数，待车速降为零时系统信号采集过程自动结束。将测试设备采集的车辆速度、时间和距离数据带入数据处理系统中，系统自动计算车辆制动充分发出的制动减速度、制动距离等，实现对车辆制动协调时间和制动距离的测试，与轨迹显示装置配合使用可以完成制动稳定的测试。5.3 测试设备（1）轨迹显示装置测试课题组与南京智真科技有限公司合作，共同研发的汽车列车行驶轨迹显示设备，其显示原理为喷液测试。该套测试设备由若干个独立的轨迹显示装置组成，可根据测试项目选择恰当数量的显示装置。每一个独立的轨迹显示装置由储液罐、水泵、供电装置、固定装置、喷头、连接软管及接头、控制信号接收装置、控制装置等组成。所采用的液体染料为不同颜色的水溶性染料，该染料无毒、无刺激性气味，无腐蚀性，且易于辨别。采用无线电控制技术是该设备的亮点之一，通过遥控器可以随时控制不同的轨迹显示设备，也可以同时控制所有的轨迹显示设备，且可以调节轨迹显示装置的流量大小。（2）制动性能测试设备利用该设备可实现汽车列车制动滞后时间等项目的测设。该套测试装置主要以车轮的瞬时转速为主要测试参数，基于制动车轮的转速变化计算汽车列车不同车轮产生制动作用的滞后时间。该设备由车轮转速信号采集与存储模块、GPS信号模块、踏板力传感器和嵌入式主机四部分组成。 车轮转速信号采集与存储模块车轮转速测量通过在车轮上直接安装随之旋转的转速传感器来实现。为精确测量车轮转速，系统选用分辨率较高的360线编码器，即车轮每转动一圈，输出360个方波脉冲。可以推出车轮转速S与信号频率F的关系如下式：车轮转速信号采集与存储模块由车轮转速编码器、单片机、数据存储芯片、RS-232无线传输模块以及供电电池构成，其结构见图12。图12 车轮转速信号采集与存储模块示意图车轮转速传感器通过安装支架（真空吸盘，联接模板，弹簧螺母夹头，连杆支架）来实现与车辆的固定安装，其安装如图13所示。图13 车轮转速传感器的安装 GPS信号模块GPS信号模块为单频GPS，频率20Hz，测速精度0.03m/sRMS。嵌入式PC104采集模块（多串口卡）。 踏板力传感器踏板力传感器的输出信号直接接入嵌入式PC104主机相应通道，它的调理及采集通过主机内通用信号调理与采集模块以及AD转换完成。图14为踏板力传感器实物图。 嵌入式PC104主机嵌入式PC104主机由微处理器、数据存储芯片、RS-232无线发射与接收模块，AD转换卡、LCD、触摸屏、多串口卡以及电源模块构成，构成图见图14。图14嵌入式主机结构6研究成果及建议6.1 研究成果本课题形成的汽车挂车、列车标准体系，将为我国汽车挂车与列车标准化研究、标准制修订工作提供目标与方向；本课题研究形成的12项技术标准完善了我国挂车、列车标准体系，填补了在货运列车领域国家技术标准的空白，必将对规范车辆的生产、使用与管理发挥重要作用；本课题研究形成的货运车辆安全运行评价体系，内容全面、科学、可行、适用、成套，填补了我国货运汽车及汽车列车系统性安全评价方法及其实施技术的空白，将为公路货运车辆运行安全评价与管理提供技术依据，为提高运输效率、保障运输安全提供了强有力的支持；研究制定的交通行业标准营业性货运车辆安全运行技术要求，完善了货运汽车及汽车列车安全运行评价体系与测试方法，是对当前相关标准、法规中货运汽车与汽车列车安全性测试项目和测试方法的有效补充；合作研发的汽车列车制动性能、汽车列车行驶轨迹测试设备，能够实现汽车列车制动协调时间、制动滞后时间、汽车列车行驶偏摆值等项目的测试功能，填补了该领域检测设备的空白。6.2 建议虽然本课题的研究内容已经全部完成，但是随着道路货物运输业的不断发展、货运车辆产品新技术的推广应用，以及社会发展、进步新形势对货运安全、质量要求的不断提高，道路货物运输安全保障工作必将出现新的技术特点与研究内容。本课题的研究仅仅是这一系统性工程的开始和初探，应根据我国道路运输业的发展需求和道路交通安全保障工作的需要，在本课题研究的基础上，着力开展人、车、路、环系统性的技术研究与示范应用，以达到道路交通运输安全、畅通、高效的目的。研究内容应至少包括：（1） 货运汽车、挂车及列车标准项目与内容的不断完善；（2） 满足运输车辆性能测试方法要求的相关测试装备的研发、使用技术；（3） 运输车辆运行监控、预警技术；（4） 运输车辆事故救援体系及关键技术；（5） 运输车辆事故分析与控制技术；（6） 运输车辆技术性能与道路条件协同性；（7） 道路运输系统人车路协同控制技术；（8） 运输车辆与道路设施碰撞兼容性。