中国交通报——揭示车路协同矛盾破解长大纵坡问题————货车主导车型不适应山区高速公路连续纵坡条件的调查研究

华克山庄: 发布时间:2015-11-18

1.形势

货车大型化长大纵坡安全堪忧

近十年来,我国高速公路货运车型发生了巨大变化,货车大型化趋势异常显著。据统计,自上世纪90年代以来,我国高速公路货运车型中,五六轴半挂式铰接列车总占比从个位数快速增长至41% 以上。而在高速公路货运周转总量中,由该类车型完成的周转量占到80 %以上。显然,半挂式铰接列车已经从十年前的小众车型,发展成为当前高速公路货运的主导性车型。

而与此同时,我国典型的山区高速公路连续纵坡路段货车制动失效、车辆失控等事故相对集中、多发,引起行业内外乃至全社会的高度关注和讨论。尽管对相关事故资料的调查明确,“人”与“车”非正常状态和违法违章因素无疑是导致事故的直接原因,但各界对公路连续纵坡设计合理性,乃至对公路技术标准与指标的适用性、安全性仍有质疑。为此,国家、部委和地方等不同层面,均就长大纵坡等相关问题开展了广泛的调查和研究。

2013年度全国高速公路货车轴型组成统计图

 

2.问题

主导性车型不适应高速公路

相关课题实车试验对比发现,在坡度3% 4% 的上坡路段上,高速公路货运主导性车型(半挂式铰接列车)满载时能够保持的最大行驶速度只有3040千米/小时,不仅明显低于我国《道路交通安全法》规定的最低限速(高速公路为5060千米/小时)的要求,而且也明显低于公路设计时容许最低速度状态(对应80千米/小时设计速度的高速公路路段,设计容许最低速度为50千米/小时)。而实际上,3% 4% 是山区高速公路采用较多、且相对较为平缓的纵坡条件。在国际上公认的3% 的缓坡路段,该类车型上坡最大只能保持40千米/小时左右的行驶速度,根本无法实现设置缓坡利于货车在此路段加速的目的。

此外,按照公路设计通行条件,当载重汽车以80 千米/小时平均速度进入4% 的上坡后,在保持行驶速度不低于最低容许速度(50 千米/小时)条件下,可爬坡的最大长度在900米。但对于六轴铰接列车代表车型而言,即便在降低最低容许速度(降低到40 千米/小时)的条件下,其可爬坡的最大长度只有560米左右,对应的爬坡长度减小了40%以上。

在制动性能方面,由于大型载重汽车持续下坡能力主要依靠辅助制动系统,对应我国主流的铰接列车车型装配和可采用的发动机制动、排气制动的辅助制动方式而言,其持续制动能力主要依赖于发动机的排量和最大功率。该类车型的车货总质量与我国不同时期公路货车代表车型比较,增加了5.122.88倍;但所装配发动机的最大功率只增加了2.31.1倍。可见,该类车型下坡持续制动能力对比下降的幅度是非常显著的。

笔者认为,由于高速公路货运车型组成和主导性车型性能条件等变化,导致了高速公路货运主导性车型(六轴半挂式铰接列车)的综合性能不适应于山区高速公路纵坡条件和要求,存在明确的车不适应路的结构性矛盾,上不去,下不来。所谓上不去,下不来是指该类车型不能以高速公路设计的通行条件要求以合理的速度,高效、安全地上坡和下坡。

 

3. 影响

上坡爬不动下坡不敢跑

据实际观测调查,在山区高速公路的连续上坡路段,铰接列车满载时运行速度只有3040千米/小时,甚至更低,使高速公路上坡路段的通行能力严重下降,进而导致路段服务水平也显著下降,经常性出现车辆严重排队或拥堵的现象。同时,与小型车辆性能条件良好、运行速度较高相对应,铰接列车爬坡速度过低,直接导致大小车型之间、客货车型之间的运行速度差显著增大。由此而引发的同向车流中大、小车型之间剐蹭、追尾等事故,是高速公路上坡路段安全事故的主要形态之一。

对于下坡方向,由于铰接列车的综合制动性能尤其是持续制动性能过低、辅助制动系统装备落后等问题,直接或间接引起连续下坡制动失效、车辆失控等现象易发、多发。尽管大型载重汽车连续下坡时主要依靠辅助制动系统提供的持续制动能力,但据了解,我国目前并不能实现对载重汽车持续制动性能的检测检验。也就是说,货车在出厂上路之后,持续制动性能到底如何尚处于没有检测和评价的状态。另外,在调查中,研究人员还发现此类车型不同程度存在非法改装的问题,如拆除牵引车制动系统等,直接影响到车辆的制动性能与行驶安全性。

综上,车不适应路的客观矛盾,与我国山区高速公路连续纵坡路段的整体运营现状、连续纵坡路段安全形势等之间,存在必然联系,甚至可认为是目前我国山区高速公路安全运营形势严峻的根源所在。

4.对比

车辆综合性能与欧美差距明显

功率重量比是表征载重汽车整体动力性能的主要指标。载重汽车在公路上坡方向尤其是连续上坡路段的爬坡能力,主要依赖于车辆的动力性能。在相同的载重量条件下,车辆配置的发动机排量越大,功率就越大,对应的功率重量比越大,其爬坡的能力就越强。

经调查,我国高速公路货运主导性车型(六轴半挂式铰接列车)的总载重量(即车货总质量)一般为49吨(公路限载为55吨),一般配置发动机最大功率为300马力到350马力(对应发动机功率约在220千瓦到258千瓦),其功率重量比约在5.2千瓦/吨左右。而欧美等国家同类车型则配装更大功率的发动机,其功率重量比一般在10千瓦/吨,且平均不低于8.3千瓦/吨。所以,欧美同类车型的动力性能高,爬坡能力强,具体表现为同一速度条件下,爬坡的坡度更大;保持某一速度条件时,连续爬坡的距离更长。前文提到,大型载重汽车持续下坡能力主要取决于辅助制动系统。欧美国家的大型载重汽车均装备有先进、持续制动效能强、使用稳定的缓速器或皆可博发动机辅助制动系统等。而目前,我国生产和在运营的铰接列车,仅主要装备有排气制动系统。对比可见,不仅辅助制动系统装备与欧美存在代差,而且受到装配发动机总功率(偏小)的限制,我国铰接列车排气制动系统的持续制动效能相对较低,与欧美同类车型差距巨大。具体表现为欧美同类车型的持续制动能力更强、安全连续下坡的坡度更陡、持续下坡的距离也更长。

 

高速公路设计指标、标准与世界一致

根据相关研究对世界多国公路标准、规范和几何指标对比分析,我国高速公路几何设计标准与指标(包括纵坡设计控制性指标)与世界各国是基本一致的,无论是与设计速度对应的公路最大纵坡指标,还是适用于上坡路段的最大坡长限制指标等。从实际高速公路设计指标掌握方面,大家相对国外更为严格,不存在欧洲等国家允许的特例项目,即不存在几何指标超出行业标准、规范的情况。实际上,连续性长陡纵坡项目,并非中国独有,世界其他地方皆有类似案例。

就公路纵坡设计对货车车型性能的要求而言,我国与以美国为代表的世界其他国家是相对一致的。我国《公路工程技术标准》在历次修订中,最大纵坡(坡度)、最大坡长、缓和坡度等指标,均是依据当时我国公路运输的主导性车型提出、并实际控制设计的,其功率重量比分别是8.3千瓦/吨和9.3千瓦/吨左右。大家了解到,以美国为代表的世界各国公路设计标准、规范,均是以功率重量比8.3/吨作为公路纵坡设计车型的最低限制和要求。必须强调的是:这一要求是获得美国汽车制造和运输等相关行业共同认可的。另外,世界范围内大型货车的整体性能是在逐步发展并提高的,同样以美国为代表,目前公路运输主要车型的功率重量比普遍在10千瓦/吨以上,甚至更高的。

5.建议

从源头入手限制低性能货车制造和使用

综上所述,“车不适应路”的矛盾是由公路运输车型组成的大型化发展引起的,是一定时期内市场化发展的结果。笔者认为,大家不可能简单地通过改变公路设计的控制车型性能条件、公路纵坡设计方法和指标来消除这一矛盾。其原因有多个方面:我国已经建成的高速公路的纵坡条件难以改变;我国公路技术标准与纵坡控制指标、纵坡指标对控制车型的性能要求等与世界其他国家基本一致;全球汽车工业发展方向和趋势是大型货车的综合性能更高、更强;发动机制动、缓速器等为大型货车提供下坡持续制动力的装备在国外成为标准装备……

那么对于今后新建的高速公路呢?如果完全要让公路纵坡设计去适应这样过低的货车性能条件,其结果是:要么高速公路纵坡路段只能按照40 60 千米/小时速度通行,要么把山区路段的平均纵坡降低到2% 甚至以下。前者对于高速公路的通行要求显然是无法接受的,而后者则必然会引起公路建设里程和工程规模急剧增加,国际上没有也不可能有这样的案例。因此,要从根本上消除车不适应路的影响,破解车路协同的矛盾,只能从我国货车生产、制造、准入的源头开始,建立对大型货车制造的最低性能指标标准和要求,提高大型货车的综合性能条件,并逐步限制低性能车型的生产、制造和使用。

提高货车持续制动能力

鉴于世界范围内货车性能总体提升的发展趋势,同时参照世界其他国家公路设计对货车性能的参数要求,我国应逐步提高对大型载重汽车动力和持续制动性能的要求。具体说,建议以功率重量比不低于8.3 千瓦/吨作为对载重汽车动力性能的最低限制,这一低限要求不仅符合世界范围内大型载重汽车整体性能的发展趋势,而且也能满足既有高速公路的纵坡条件和设计通行条件。对应铰接列车49 吨的最大载重量,即需要配置功率在410 千瓦以上的发动机。同时,应逐步限制低性能车辆的生产和使用。只有这样,“车不适应路”的矛盾才可能逐步缓解并最终消除。

要提升我国铰接列车的下坡持续制动性能和能力,除提高发动机排量和功率之外,另一个关键措施就是升级换代辅助制动系统和装置。建议强制性要求大型货车安装缓速器等持续制动能力更强、性能更好的辅助制动系统。同时建议强制对大型货车下坡持续制动能力检测检验。

明确货车功率重量比要求

公路设计不仅要适应汽车行驶的运动学特性,还要考虑设计车型动力(学)及安全(制动)性能方面的条件。其中高速公路的主要纵坡控制指标,如:最大纵坡、最大坡长限制、缓和坡度等,在确定时就需要综合考虑高速公路设计车型的综合性能条件。同时,由于纵坡控制指标直接与行车安全性相关,并且直接影响公路建设方案、建设里程、土地资源占用等,显著影响高速公路的建设规模和工程造价,更长远地影响着高速公路的服务能力和运营效率。因此,从高速公路对安全、快速和服务与通行能力等要求出发,公路纵坡指标及几何条件又反向对汽车(主要是载重汽车)的综合性能、安全条件、通行速度、交通组织等提出了一定的基本性要求。以前,这一方面较少被大家所关注到。

笔者认为,一方面应在我国公路行业相关技术标准规范中,明确对货车功率重量比的低限要求;另一方面,高速公路作为提供给公众的公共服务产品,应编制产品用户说明书,向公路使用者明确说明高速公路安全、高效通行对车辆、驾驶行为以及管理等基本要求。

加强连续纵坡路段交通管理

尽管要消除车不适应路的矛盾和问题,需从其源头入手,但是车型组成与整体性能的改变不可能一蹴而就,需要一定的时间周期,因此笔者建议:

一是通过加强管理、严格执法等措施,杜绝高速公路上的违法现象。

建议加强对高速公路货运车辆的交通组织和通行管理,具体措施应包括:严格实施并杜绝货车三超等现象;禁止车辆违法改装等现象;禁止货车空挡滑行、疲劳驾驶等违法或不规范的驾驶操作和行为。根据相关课题的调查研究,高速公路长陡纵坡路段下坡方向的交通事故,主要是由的违法、违章等直接原因引发的,而对公路交通运输系统中人和车等不安全因素的控制和防治措施,归根结底都依赖于对管理措施的改进和加强。二是通过安全性评价等方法,完善交通安全设施,重点实施交通组织管理和速度控制措施。

 建议应针对高速公路连续纵坡路段,结合交通安全性评价等方法和程序,对上坡方向的通行能力进行分析,对下坡方向交通安全性进行评价,进而针对性完善交通工程和路侧安全设施,尤其应重点实施科学、合理的交通组织管理和速度控制等措施。

根据对铰接列车在不同制动方式下车辆连续滑行下坡的临界坡度等试验研究,在采用合法的制动方式下(包括采用排气制动和发动机制动模式时),车辆保持连续下坡的速度越低,能够稳定下坡的坡度越大。因此,对于高速公路连续下坡路段,保持较低的行驶速度是保障大型货车在这些路段货车下坡安全性的关键。建议对于四车道高速公路的连续下坡路段(我国目前典型的山区高速公路以四车道为主),应实施严格的分车道交通组织管理措施,明确外侧行车道仅供大型货车通行,并对大型货车下坡行驶速度进行严格限制。