多轴铰接客车轴重检测数据异常分析

樊兴锐

湖南中车智行科技有限公司 湖南长沙 410013

虽然“电子导向胶轮系统可编组铰接车辆”属于轨道交通十大制式之一，但在实际应用时各地政府相关部门仍然按照道路交通车辆进行规范化管理。因此该类型车辆在制造以及交付上路运营的各环节，均需要参照国标《道路运输车辆综合性能要求和试验方法》的规定进行检测。其中车辆的制动性能，与车辆的安全运行和旅客的安全直接相关，因此是车辆性能检测的核心项目，必须保证车辆合格且在投入营运后需要定期检测确保其性能达标。然而由于车辆制式与普通道路运输客车的区别，现有的试验方法和标准的试验线并不适合于该类车辆的检测。

车辆制动性能检测主要有两种方式：一种是台试法，即在室内利用制动测试台模拟道路情况开展制动试验以获得测试数据；另一种是路试法，即在坡度不超过1%的平坦、干燥、清洁的混凝土或沥青路面，要求轮胎与路面之间的附着系数不低于0.7、风速不超过5m/s时，以规定的速度行驶并制动，以测量出制动性能相关的数据。在制动性能测试时与之相关的就是车辆的轴荷数据，若轴荷数据异常则车辆的制动数据将失真，难以判断车辆的真实性能。本文以智轨电车制动性能台试法检测为例进行说明，并分析了其轴荷数据异常的原因。

新制式车辆制动性能检测现状和存在的问题

此类车辆是轨道交通制式在道路上的延伸，均由轨道交通车辆厂制造并按城市轨道交通运营的方式进行投建和运维管理，基本于2017年以后才陆续推向市场，目前仅有部分城市在运用，开通的路线暂不多。截至2021年全球该类型车辆运用数量约120列左右，但已有数百个城市有引入此模式的意向。在国家对城市轨道交通规划及批复收紧严控的背景下，该类型的公交解决方案预计将会迎来一波蓬勃发展。如何保证此类车辆的安全应用，将是运营公司和车辆制造厂不得不面临的课题。

1.制动性能检测的难点

首先是车辆制式超出现有道路车辆的标准范围，无检测标准可直接使用。当前已开通运行的电子导向胶轮系统可编组铰接车辆共有3种，分别是ART（智轨电车）、DRT（数轨电车）和SRT（超级虚拟轨道电车）。其中ART车型为3辆编组结构，车辆总长度在30～32m，轴数为6轴，轴荷在6～9T，各轴不等重。轴距为1700mm、2800mm、6000mm、6500mm和7000mm这几类，远期规划车型有4编组8轴和5编组10轴两类，如图1所示。其中DRT车辆暂为3编组结构，总长度在30～33m，轴数为8轴，轴荷各轴不等但均超过5T，轴距为1500mm、1800mm、6250mm和7200mm这几类，如图2所示。其中SRT车型现为4编组6轴结构，车辆长度35～38m，轴荷在7T～12T，如图3所示。该类车型的共同特点是多轴驱动，全轴均可转向和制动，驾驶时无需调头，换端操作即可，具备双向驾驶功能。

图1 ART车型结构示意

图2 DRT车型结构示意

图3 SRT车型结构示意

其次是现有社会检测站的各检测线均不具备对该类车型的检测能力。目前仅有车辆制造厂针对性地开发了专用检测线，用于车辆的研发与测试，并适用于车辆生产下线后至交付前的首次测试。社会各地的车辆检测站在检测站出入场地、检测线总长度、设备配置、检验程序及检测方法上面均满足不了测试要求。车辆交付各地使用后的周期性（定期）检测、临时检测、特殊检测（车桥维修、更换后）均无法在社会检测站进行，只能通过运营单位自建检测站用于测试。

最后是满足路试条件的场地极少，采用路试法进行测试实现难度较大。虽然路试法是测试车辆制动性能最直接、最有效的方法，但由上一节可知路试法对场地和测试环境的要求较高，而且由于车辆制式的原因，相比于普通道路交通车辆，对场地的要求更严格，毕竟轴重、车长、驾驶方式等方面有较大区别。且现阶段仅少数专业的车辆制造厂内有测试条件，不利于车辆交付后的周期性检测。

2.台试法检测数据异常描述

以ART车型的检测为例，在制造厂内其台试法借鉴了新能源客车的检测线，制动检测时用的测试台为单一的滚筒反力式正反转制动检测台，如图4所示。轴重测试台采用单一功能的ACLZ-10型板式双轮轴重台，如图5所示。测量时先测量轴重，然后测制动力，进而换算出轴荷比从而得出制动性能的相关结论。在车辆测试时，多次出现制动阻滞力异常波动的现象。其关键原因就是轴荷数据的“减重”和“加重”现象明显且毫无规律。从数据的差异上看有这些情况：一是同轴数据有左右偏差，但并没有集中出现在某一侧，而是随机分布；二是同轴数据有双向偏差，即车辆按不同方向进入检测台时所测出的数据也不一致；三是异轴数据跳跃大，一次性全轴（整车）通过率低。

图4 制动检测台示意

图5 轴重台示意

数据异常原因分析

针对上述的异常情况，全面梳理了人、机、料、法、环、测各方面的原因，最后聚焦于设备及安装、操作方法和测试线总布置这几个方面。

1.测试台元器件因素

鉴于数据异常，首先怀疑的是测试台有故障，请了设备厂家对制动台和轴重台进行了全面细致的检查，最后结论是检测台状态良好，并无故障。还约请了第三方检测机构，对检测台的传感器等关键测量部件进行了检定和校准，并比较了近两年的数据，见表1和表2。结果表明，检测台各传感器和测量精度符合标准要求。由此基本可以断定，数据异常并非是由测试台元器件的原因造成的。

表1 轴（轮）重仪检测结论

表2 制动检验台检测结论

2.检测方法和操作因素

该检测线使用的检测方法为国标GB7258所推荐的分轴检测法，即采用单一的测试台逐轴进行检测，直至完成全部测试过程，如图6所示。首先，这种模式下由于轴距的不同，对驾驶人的驾驶技术水平要求较高，尤其是车速和停车精度。通过观察发现，在人工驾驶模式下，每轴（轮）进入检测台的角度和速度均有差异，虽然会造成一定程度的误差，但对测量精度的影响效果有限。其次，检测之前是否核查车内异物，是否对空载时的车内异物进行清除，满载时负载（沙袋）的码放是否整齐、均匀也会对测量结果产生影响。但从数据来看，偏差极大，最大偏差约30%，且无论空载还是满负荷，极个别轮的偏差能到数百千克，并非是异物和不平衡堆放负载的原因。最后可能是胎压的因素，胎压以及悬架气囊（空气弹簧）的压力会影响车辆的水平度，进而使各轴的载荷分布不均。经证实，通过胎压和气囊压力的调整的确能够改善测量数据，但并非能保证全部通过率，还有其他原因使数据异常。

图6 分轴检测（辊轮反力式正反制动测试台）原理示意

3.检测台结构和基建因素

由上述分析可知，造成数据异常的原因是车体在测量时存在水平度超差，而检测台的水平度也是造成车体不平的原因之一。一是检测台安装时横向方向的水平度（台体本身的地基原因），二是检测台与检测线地面的高差，三是检测台各轮所在区域（台板）的左右水平度（设备安装原因）。经检测，轴重台左右方向上两块台板有2mm的高度差（未超出设备基础验收标准的允许值），台体基础左右方向上无高度差，台体上表面与周围地面无高度差（水平较好）。制动台基础左右无高度差，但纵向上与非检测轴距台体6～7.5m区域有20mm高度差，且整个检测线在横向和纵向上有3‰的放水坡度。即测试台地基与检测线地基虽在一个平面内但所在的平面非水平面，从而直接造成了单轮和单轴数据的异常。且如图7和图8所示，该检测线的测试台并不具备水平度自动调整的功能，因此难以通过设备的因素减小测量误差，仅能靠调整胎压等手段辅助控制。

图7 轴重台结构示意

图8 制动台结构示意

4.检测线布置因素

检测线布局如图9所示，检测过程如图10所示（图中A为制动台，B为轴重台，C为移动盖板，D为可调车速台，E为固定车速台）。实际检测时发现，当不同轴距的某型车辆通过该检测线时，一次通过率较其他车型明显很低。通过观察，当车辆进行制动试验时，非检测端的车辆（见图10中的中间车第3轴低于检测端的第2轴）相当于非检测的中间车对正在检测的第一节车有一个翘起的作用，造成检测轴数据失真。而使两节车体不在同一平面的原因是，该检测线中间有一个可移动的测速台，其移动的盖板约40mm厚。当车辆完成车速测量时，进入轴重台、制动台时刚好车辆中间两个非测量轴压在盖板上，使车辆之间产生高度差，从而影响测量结果。说明检测线各检测台之间的间隔距离以及共线布置的方式对检测结果有较大影响。

图9 检测线布局示意

图10 检测过程示意

由于该检测线需要检测不同轴距的车辆，且该车型为双轴全时驱动，因此测量转速时需要同时测量前后两个轴。所以设置了两个转速台，其中靠近轴重台的一个为可调式转速台。为便于测试，一方面，需要在车速测量结束后将车辆开出检测线，重新调整可移动车速台及其盖板的位置，使其避开检测端的车辆，然后再将车辆开进检测线开始轴重和制动的测量。另一方面需要调整检测线设备的程序，使其支持上述的操作过程。虽然该种操作方式可以减小误差，但操作较麻烦且用时多。

反思与建议

综上所述，造成数据异常的根本原因是车辆各轴位置不稳定，检测时车体水平状态长期处于非平衡状态而致使各轴载荷不均匀，加之通过式的检测模式使整车以波动的形式进出检测线，而最终呈现出数据异常的现象。因此要控制测量精度，减小测量误差的关键是控制车辆的稳定性，尤其是各车厢的水平度，而影响车辆水平度的因素见表3，主要优化建议有两点，一是优化检测方法和检测台结构，二是优化检测线的布置方式。

表3 影响车辆性能测试的因素

1.检测方法即检测台优化

首先减少检测台的数量，越少的检测台意味着越少的基建施工量，则会改善基础和检测线的沉降量，同时也降低非检测轴对检测轴的影响，可以采用轴重制动复合检测台代替单一功能的检测台，在不移车的前提下完成测试。其次是采用单节检测的方式，同时对一节车厢进行测量，如图11所示，以期保证单节车厢的水平度，此外由于检测次数的减少也会降低累积误差。最后采用带水平度补偿的检测台，当检测到水平度超差时台体自动升降调整各（点位）轮的高度差，以补偿水平度超差对测量结果的影响。

图11 单节检测示意

2.检测线总布置

检测线布置方面主要有三点，一是调整各检测台体的间距，使车辆在检测时互不影响其功能的发挥，布置时宜避开车辆各轴所在的位置。二是调整各工位的设置，可以合理布置检测工位，如制动检测与灯光检测共线布置、车速检测与侧滑检测共线布置。三是采用分线布置的方式，不同的检测分布在不同的车道内，不仅可以降低干扰，还能缩短检测线厂房的长度，同时有利于提高检测效率和设备利用率。

结语

电子导向胶轮系统可编组铰接车辆的生产制造和检验测试已然成为了一个新的行业，对于其车辆综合性能的检测，尤其是检测线的设置，无论是制造厂还是各线路的运营单位均应积极创造检测条件，以利于车辆的安全营运。规划设计检测线时应充分考虑车辆的结构和制式，以及检测设备的适用性、稳定性和通用性。检测线建造和施工时，需考虑场地的条件，要满足车辆通行和调检的要求，因地制宜布置各检测工位，并保证地面和设备基础的水平度符合检测精度要求，提高设备和场地的利用率。文中所述的几种优化方案随着车辆的推广应用，逐渐在已开通线路运营城市的检测线上得到了验证，且效果良好，希望该经验能够给同行在多轴车辆检测方面提供参考。