观光车辆制动性能试验方法的研究和解读

侯敬波 赵腾 刘兵 王元强

摘  要：制动性能是观光车的重要安全指标，本文对观光车辆的制动结构和重要参数指标进行了分析，重点对制动性能试验方法，包括行车制动、坡道驻车制动热衰减和热恢复试验进行了研究和解读。

一、引言

近些年随着我国旅游行业的蓬勃发展，观光车辆行业也得到了井喷式的发展，越来越多的人们的在景区旅游时喜欢乘坐观光车辆，观光车辆给人们带来便利的同时，也不时的会有人对车辆的安全产生质疑。观光车辆属于特种设备行业，因此社会对观光车辆的安全关注度很高，车辆的使用安全就尤为重要。

对于观光车辆，制动性能是其最为关键的安全性能指标之一，关系着观光车辆的安全使用。目前，观光车辆标准体系尚不健全，现有的标准体系中仅在产品标准中涉及到观光车辆的制动性能试验，均并未对观光车辆制动试验方法形成单独的试验方法标准，对制动性能试验研究不够深入。笔者在参与国家标准《非公路用旅游观光车辆制动性能试验方法》的研究和起草，通过该标准的制定将填补观光车制动检验方法标准的空白，完善观光车的标准体系。通过建立试验方法标准，提升观光车设计的科学性、规范性和整体技术水平，为保障非公路用旅游观光车使用安全提供了技术支撑。

二、制动性能指标

制动是驾驶员在发现紧急情况后采取的本能也是最为关键的操作。制动信号多久传递到执行元件，执行元件能够使车辆产生多大的减速度，车辆需要多长的制动距离方可停下，这些直接决定车辆是否能够逃避危险或者决定事故的破坏程度。所以制动性能是车辆最为重要的性能指标，由制动力、制动减速度、制动距离、热衰减能力和驻车制动能力所体现。

三、制动装置结构

观光车辆的制动结构主要分为盘式制动和鼓式制动，其结构原理图见图1和图2。由于盘式制动和鼓式制动结构上的不同，各自有着不同的优缺点可以概括为：1、鼓式制动器的造价便宜，而且符合传统设计，由于车速一般不是很高，制动蹄的耐用程度也比盘式制动器高，而且在获得相同制动力矩的情况下，鼓式制动装置的制动鼓的直径比盘式要小很多;2、盘式制动器的散热性能很好，制动系统的反应也比较快速，可做高频率的刹车动作。与鼓式制动器向比较下，盘式制动的构造简单，且容易维修。3、鼓式制动器散热性要差很多，其次制动力稳定性不足，在不同路面上制动变化很大，不易于掌控，在连续踩刹车时可能会造成制动衰退而使制动失灵。另外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调校制动蹄的空隙，甚至要把整个制动鼓拆出清理累积在内的刹车粉;4、盘式制动器的造价较为昂贵，它不太适合一些特殊环境，比如沙石较多的情况下会容易损坏刹车盘。另外，盘式制动的摩擦片与刹车盘之间的摩擦面积较鼓式刹车的小，制动的力量也较小，而且摩擦片的磨损较大，更换频率较高。

根据观光车的使用特性，低速车辆使用鼓式制动器较为适宜，但由于有些时候需要较快的反应制动反应速度，同时还要考虑到多次制动后的热衰减效应，观光车一般采用前轮盘式制动后轮鼓式制动。也有部分产品均采用鼓式制动。观光车的制动系统由行车制动和停车制动两套系统，而行车制动又更为关键。

四、制动性试验方法的研究

4.1行车制动试验

制动距离与车辆的行驶安全有直接的关系，它是指车辆速度为V0 时，从驾驶员开始操纵制动控制装置（制动踏板）到车辆完全停住为止所驶过的距离。制动距离与制动初速度、制动踏板力，地面附着条件，车辆载荷等许多因素有关。从制动的全过程来看，总共包括驾驶员见到信号后作出行动反应，制动起作用、持续制动和放松制动器四个阶段。一般所指制动距离是开始才踩到制动踏板到完全停车的距离。

实际测试中，为了便于评价和比对，测试观光车选取一个基本的初速度20km/h，对于一般的观光车均可达到此速度值，同时可根据实际测试情况将初速度设置为20±2km/h的一个测试范围，下图为实际测试曲线，见图3，在测试过程中通过GPS可以分别记录了制动初速度，制动距离和制动踏板力，完整的记录了试验中的重要数据，反映了车子的制动性能。

制动力的大小对制动距离的大小有着重要的影响，确定了制动距离的限值之后还必须要确定制动力的大小。查询相关标准GB 7258、J2258、B56.8中对制动器应承受的力和制动距离试验时的制动力限值。我们选取最为严格的技术要求，制动器承受力限值为不小于1125N，试验时的制动力限值为不大于500N。由于制动调整的状态不佳，或使用不当磨损。个别车辆制动时间会产生制动跑偏，这时就需要考核车辆的制动稳定性。通常采用车宽加上0.4m作为制动距离的试验通道，主要在测试过程中车辆不从通道中跑出可视为车辆制动稳定性足够。

通过分析，观光车的制动距离的测试技术要求及参数设定可以归纳为表1。

4.2坡道驻车制动试验

坡道驻车试验验证的是车辆的驻车制动能力。车辆的驻车制动性能不佳也会产生安全事故。车辆在规定的坡道上受车辆的重力的影响会延着坡道的方向下滑，驻车制动在轮胎处产生的制动力矩应能平衡车辆的下滑量。延坡道方向力的平衡方程为：

4T/r=MgSinθ------------------------（1）

其中：

T-----------------制动器的制动力矩;

r-----------------车轮的半径;

M----------------车辆满载自重;

θ----------------需要制动的坡道值。

大多数观光车的行车制动和驻车制动的执行机构相同，但操作机构不同。标准中规定，观光车的驻车制动的操作機构为机械式手操作手柄。J2258和B56.8分别规定了车辆驻车制动的坡度要求和手制动力，见表2。考虑到观光车法规要求其最大设计爬坡度为15%，所以选取15%即8.5°作为坡道停车的驻车坡度值，脚操作力不大于450N，手操作力不大于300N。观光列车的制动坡道数值可选定7%。

具体的试验方法就是，样机呈满载状态，正反两个反向在规定的15%坡道上驻车制动，用推拉力计测试操作力的大小。停车5分钟观察车辆是否下滑。需要注意的时，对于电机驱动的车辆，在做此项试验时应将电源切断，以避免电机反响制动对试验结果的影响。也可采用牵引杆拉力的测试方法来计算可以满足的坡道驻车坡度，此时要注意的是测试时应测量驻车制动产生的制动力。

4.3热衰减和热恢复试验

制动距离和牵引杆拉力试验都是在冷态情况下测量的，是制动系统制动性能在冷态状态下的体现。由于车辆工作制时长，在使用过程中会频繁或长时间的进行行车制动，制动器摩擦片长时间工作或导致发热从而降低制动制动效果。热衰减和热恢复试验就是为了验证车辆当摩擦片发热后制动系统的制动维持能力的试验。

在实际使用过程中，使制动器摩擦片发热的两个直接原因就是频繁的进行行车制动和长时间的进行行车制动。首先我们先来研究频繁的行车制动。标准B56.8和J2258中都规定了10次制动，车辆在使用过程中，连续的10次制动已经可以认为满足车辆的一般使用要求。另外我们再来研究下长时间的行车制动导致发热的情况，B56.8和J2258标准中规定的方法相同，但测试要求略有不同。被测试车辆车辆踩下制动踏板使被其与牵引负荷车之前产生一个规定的拉力（公式2为J2258规定或公式3为B56.8规定），以被测车辆40%至50%的最大行驶速度拖行30.5m（J2558规定）或61m（B56.8规定）的±15%范围内，使摩擦片发热。然后立即进行制动距离测定。

F=（0.242） MLVW--------------------------（2）

F=Ffr+ （0.342） MLVW ----------------------（3）

其中：

Ffr -----------使車辆自由状态运行时对车辆施加的牵引力;

MLVW--------观光车满载重量;

0.242-------车辆重量在14度坡道上的向下分量系数;

0.342-------车辆重量在20度坡道上的向下分量系数。

该试验方法是模拟车辆在不同坡度（14度或20度）上为保证车辆稳定在一个较低的水平（40%～50%）而使制动踏板维持在一定状态，保证一定的制动效能维持一段距离（30.5m或61m），制动器摩擦片发热后，验证车辆的制动能力。通过大量的测试，车辆的自由状态时的阻力即Ffr很小，可以忽略不计。另外考虑到观光车的实际使用工况，14度（25%）基本已经可以满足车辆的最大使用坡度，试验距离选取为100m。

热衰减后制动距离的限值采用国际比较推荐的，数值为冷态下测试限值的120%，按前文给出的限值计算，应≤6m。同样，当制动器温度冷却到常温后，其制动能力也应恢复到原来的状态，制动距离的限值仍为≤5m。这就是热衰减恢复试验，简称为热恢复试验。

具体的试验方法如下：

观光车呈满载状态，用牵引杠或钢丝绳与牵引车相连，牵引车和被测车之间应装有拉力传感器。启动牵引车缓慢拉动被测车，使被测车车速达到其最大车速的40%～50%，缓慢踩下被测车的制动踏板，使牵引车产生一个向前的牵引力，牵引力的数值由公式（3）确定。维持该行驶状态，行驶100m，使制动器发热。然后按制动距离规定的方法再次进行制动距离的测试。

制动热衰减试验为：观光车辆经过制动热衰减试验后，待制动器温度恢复至环境温度后或静置1h，再按制动距离规定的方法再次进行制动距离的测试。

4.4观光列车的特殊要求

观光列车相比观光车在制动安全方面提出了更高的要求。观光列车的制动操纵装置分为人力液压式制动操纵装置、气压式制动操纵装置和电刹制动。人力液压式制动机构构造简单，工作可靠，但是没有助力作用，操纵费力，相比较后两种更为安全可靠、操作轻便、方便的实施行车制动、紧急制动和安全制动（即起步保证），但是费用比较高。观光列车的制动系统由牵引车制动系统和挂车制动系统两部分组成。依据GB 7258和观光列车自身的产品特点，观光列车的制动系统应满足以下要求：

4.4.1观光列车制动系统气压试验

储气筒的容量应保证在额定工作气压且不继续充气的情况下，观光列车在连续五次踩到底的全行程制动后，储气筒内的压力仍能保持不低于起步气压。

对应的试验方法为：观光列车启动后，制动气压达到额定工作气压且不继续充气的情况下，连续5次全行程踩下制动踏板，在此期间，观察制动系统是否报警，制动充气泵是否启动。

4.4.2车厢断开后制动试验

观光列车行驶中车厢突然脱钩分离导致制动管路或制动信号线断裂时，车厢制动系统应立即制动，并能使脱离车厢在规定坡道上停车。车厢停止后，应可以方便地解除驻车状态，如需使用专用工具，应随车配备。

对应的试验方法为：试验前，应检查确认被试车厢的制动结构是否为常闭式且无异常情况。

将一节车厢用叉车或其他搬运设备放置或牵引至规定的设计爬坡度的坡道上，此时车厢为制动状态。用车载或外接气泵给制动器加压（如果使用电制动的系统，外接电源给制动器通电），释放制动器使之靠重力作用下坡，前轮运行2米后切断气压输送或断电使制动器闭合，车厢应开始减速并完全停止，记录前轮在该段时间内行驶的距离。试验时应注意安全，坡道的终点处应摆放木头挡板，以防止制动失效后车厢冲出坡道，同时也应防止车厢从坡道的侧面跌落。

五.结束语

制动性能是使行驶中的观光车辆按要求迅速减速以至停止的能力。制动性能的好坏，对车辆完成任务，提高生产效率及保证行驶的安全起着很重要的作用。随着观光车辆在使用中存在的磨损和保养维修不及时，都会对后续车辆的使用造成安全的影响。考虑到车辆在使用中的不确定性，部分企业希望通过智能化、自动化控制使观光车辆具有自动限速制动功能，当车辆达到规定限速时，行车制动功能应自动起作用，降低到规定的使用车速，通过主动和被动功能降低车速，从而保证车辆更加的安全。