汽车列车平板制动台检测系统

　　摘 要：为满足GB18565《道路运输车辆综合性能要求和检验方法》标准中对汽车列车的制动时序和制动力分配的检验要求，本文提出了一种可以检测所有汽车列车的常规制动项目和制动时序、制动力分配情况的汽车列车制动平板台检测系统。

　　关键词：汽车列车;制动时序;制动力分配;牵引车;挂车;轴制动率;不平衡率;整车制动率

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　　0 前言

　　国内汽车列车技术水平在近年来有了长足的进步，目前逐渐向着大型化、专业化、电子化、智能化的方向不断发展，随着我国经济的高速发展，我国汽车列车的生产与使用会得到更加完备的发展，在国家建设与国民经济中起到越来越重要的作用[1]。汽车列车越来越多的出现在公路运输的队伍中，这种货运汽车轴数一般多达到六轴，对于多轴的汽车列车如果制动时序和制动力分配设计不合理，易造成制动瞬间车辆出现折叠或拖拽现象，从而出现交通事故。在GB18565-2016发布之前，国家有相关标准对其作出过要求，如在2000年发布的交通行业标准JT/T426-2000《汽车列车性能要求》(该标准在2011年升级为国家标准GB/T26778-2011《汽车列车性能要求及试验方法》)，规定了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的要求和制动力分配的要求：牵引车(或挂车)制动力与汽车列车制动力的比值不得小于牵引车(或挂车)质量与汽车列车质量比值的95%，并提出了相应的检验方法，但由于检验方法过于繁琐，可操作性差，无法在检测制动力的同时检测，因此基本没有检测站在执行。而在GB18565-2016标准中要求使用汽车列车平板制动台来检测制动时序和制动力分配[2]，这种方法可操作性强，适用于检测站。本检测系统的研发对完善汽车列车的检测提供了一个操作性强的设备，对于汽车列车的安全行驶有着重大的意义。

　　1 检测系统的组成及布局设计

　　汽车列车平板制动台检测系统包括：(1)平板制动台体;(2)电控系统;(3)计算机控制系统;(4)显示单元组成(见图1)。平板制动台体包括前、中、后三组制动台体，前制动台体分为左右两块制动单元。中制动台体包括左右两组制动板，每组制动板含五块制动单元。后制动台体包括左右两组制动板，每组制动板含十块制动单元(见图2)。

　　检测系统的整体布局是根据GB1589-2016《汽车、挂车有汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》对于汽车列车的外廓尺寸和轴距规定来规划的：汽车列车的长度限值为20米(中置轴车为22米)，牵引车后轴与挂车的前轴之间的距离不小于3米[3]。对于汽车的多轴拼装轴轴距为1.1-1.5米，大部分为1.3米。布局的如下：

　　(1)平板制动台体能满足所有汽车列车上线检测，从GB1589-2016中可以发现，汽车列车的尺寸跨度较大，特别是轴距，因此在布局设计时要充分考虑到不同的车型长度、宽度、轴距等;

　　(2)为了控制成本，应在满足以上要求的情况下，尽可能减少制动单元的数量，制动单元数量越多，除了材料多用外，数据采样系统也更复杂，设备校准检定时也需要花费更长的时间;

　　(3)并装轴轴距一般在1.1-1.5米之间，在布局设计时应考虑检测时两轴不会在同一板上，因此每个制动板的长度不应大于最小的并装轴轴距;

　　(4)布局设计需考虑整体的可扩展性，当相关的国家标准发生变化后，能最大限度的适用标准的修改，比如加长整个检测台的长度等。

　　2 平板制动单元的结构设计

　　由以上整体布局设计的原则可以看出，汽车列车平板制动台是由多个连续或间断的制动单元排列组成的，制动单元的结构设计是否合理关系到整个汽车平板制动台性能的好坏，因此结构设计非常关键。

　　每个制动单元包括制动和轮重模块，可同时检测同一轮的制动力和轮重参数。制动单元的设计可参考公司现有的平板制动台，设计时主要要考虑的有两个方面：

　　台架设计时要解决平板制动台在检测和标定时轮重与制动相互干扰的问题，解决办法有两种，一种是考虑用普通平板制动台的两层结构，这种结构有个缺点是标定机构比较复杂，标定时容易出现问题;另一种是采用三层结构，即底架、中间层、滑动层。底架固定在地基上，称重传感器安装在底架上，中间层安装在称重传感器上，中间层安装有制动力传感器，滑动层安装在中间层上，可前后方向微动，左右方向有导向轮限位，不能左右方向移动。这样的好处是校准机构简单实际。图3为本公司设计的制动单元三层结构示意图。

　　3 控制系统硬件设计

　　控制系统主要包括处理器、信号放大模块、AD转换器、通讯模块、位置检测模块、遥控模块。控制系统硬件设计的关键在于数据的采集电路，由于汽车列车平板制动台制动单元较多，并且每个制动单元包括制动和轮重信号，设计的关键在于采样电路除了要具有一定的采样速度外，对采样的同步性要求也很高，设计时考虑了以下几个要点：

　　(1)平板制动台产品标准要求的采样时间为5ms，如果考虑信号的数字滤波，AD转换的采样周期在0.5ms内。

　　(2)左右轮制动平衡差的采样同步性，保证同一轴左、右制动力采样通道的同步时间不超过1ms;

　　(3)对于制动时序的检测要求，GB/T 26778-2011《汽车列车性能要求及试验方法》中要求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，检验方式中要求的计时器的分辨率不能低于0.01s，而GB18565-2016中要求的是挂车各轴的制动动作应不滞后于牵引车各轴的制动动作，根据以上要求，所有数据的同步要求控制在10ms以内;

　　(4)放大电路的布置问题，因为该设备的长度较长，信号传输的距离大，硬件设计时考虑了电路的抗干扰问题和信号衰减问题;

　　(5)采样开始的触发开关的设计，以保证采样起点的一致性;

　　(6)车辆到位的判断电路，以提醒引车员进行制动操作。

　　4 控制系统软件设计

　　控制软件包括检测流程控制模块、制动力和轮重校准模块、数字信号处理模块、制动数据处理模块等，其中软件设计的关键技术是制动数据的处理，主要处理的问题有两个：(1)由于每个制动单元长度较短且连续分布，因此可能发生一组同轴车轮在制动过程中从一个制动检测单元滑上另一个制动检测单元的情况;(2)有可能在开始制动时，某组同轴车轮正处于两个制动单元的交界处。这两种情况只能通过软件对所有制动单元的检测数据进行分析处理，才能实现测试数据的无缝对接，从而保证不论车辆在什么情况下进行制动都可获得各轮的动态制动情况，并算出制动率、制动时序、制动力分配、不平衡率、整车制动率等结果。

　　5 结语

　　目前，该系统产品样机在机动车检测站已经安装完成并进行了车辆实验检测，检测结果数据符合设计要求，图4为样机现场安装图，图5为车辆检测过程图。2017年4月，交通运输部发文《交通运输部办公厅公安部办公厅工业和信息化部办公厅关于做好车辆运输车第二阶段治理工作的通知》(交办运函[2017]546号)。通知实施后会释放出大量的车辆运输车市场需求[4]，所以该检测系统在不久的将来会出现较大的需求，市场前景比较乐观。

　　参考文献

　　[1] 伍赛特.汽车列车技术现状及发展趋势研究[J].石家庄：内燃机与配件，2018(9)：25.

　　[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.道路运输车辆综合性能要求和检验方法：GB18565-2016发布稿[S].北京：中国标准出版社，2016-07-28.

　　[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值：GB1589-2016发布稿[S].北京：中國标准出版社，2016-07.

　　[4] 于晶.从车辆运输车的治理看法规推动[J].北京：专用车与零部件，2017(7)：20-21.