车辆限速装置的技术要求及性能比较

王 勇

（重庆车辆检测研究院 国家客车质量监督检验中心， 重庆 401122）

近年来，各类重特大交通事故频繁见诸于报端。据统计，尤其是满载甚至超载的货车、运送危险货物的车辆以及运送大量乘客的长途客车，一旦超速导致事故发生，就会造成非常严重的后果[1]。为了能更加有效地限制驾驶员超速行驶，减少交通事故，除了交管部门在道路上采取各种限速措施和方法外，汽车企业还可以通过在车辆上安装限速装置，使车辆的车速限制到一个固定的最大值，从而大大地降低道路车辆的超速行驶现象。2011年12月31日，工信部和公安部联合发布的632号文[2]也作出了对公路客车、旅游客车、危险货物运输车均应装置限速装置的要求。本文结合重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心的大量公告和出口认证检测试验，简要介绍车辆限速系统的技术条件，分析比较发动机ECU限速和机械式限速器限速的优缺点，并给出相应的建议。

1 车辆限速装置的类型及使用

车辆限速装置是通过车辆动力装置的能量供给系统或者车辆及发动机管理系统来限制车辆行驶速度的装置，它不是传统意义上车辆超速时发出语音报警系统的车辆超速报警器[3]。

车辆限速装置包括最高车速限制系统和可调车速限制系统[4-6]，主要有两种类型：

1）机械式限速装置。其可以在不改变发动机功率的情况下，自动限制车辆最高车速，主要使用于机械式发动机。对于装配EGR发动机的车型，必须加装机械式限速装置以实现车辆限速。机械式限速装置一般主要由电控单元、执行器和机械装置（安装在油门踏板上）等组成。对现阶段使用机械式油门踏板的车辆，发动机油门开度主要由油门踏板控制油泵的油门拉杆开度控制喷油量来实现[7]。机械式限速装置的机械装置就是安装到油门拉杆上，当车速没超过设定的最高转速时，由油门踏板通过机械装置控制油门拉杆开度，以控制车速，如图1所示。当限速装置的电控单元检测到车速超过设定的最高车速时，安装在油门拉杆上的机械装置会分成两片，里面的一片与油门拉杆相连，由电控单元控制执行器拉动控制喷油量，从而控制车速；外面的一片与油门踏板相连，由于两片不同步工作，这时踩动油门踏板，也不能使车速增加，从而达到限速的目的。

2）发动机ECU限速装置。通过发动机ECU发出指令，限制车辆行驶的最高速度，其主要用于电控喷油发动机。具体途径：对于通过加速踏板（油门）的控制方式，电子油门接收到ECU发出的车速控制信号来调节供油量达到限速的目的；对于喷油量控制方式，ECU直接向电控喷油嘴发出喷油开始、结束、频率等指令，直接控制每个缸内活塞作功行程的燃烧状态，以达到限速的目的。对于装配共轨发动机的车辆而言，利用发动机ECU就可以实现限速功能，无需额外增加限速装置。目前国内公告内汽车产品基本都装配了国Ⅲ发动机，且绝大多数国Ⅲ发动机的ECU中也都设置了控制车速的程序，在默认情况下，这些程序是开启的，只是不同的发动机厂家设定的最高车速值并不一致。而在实际使用中，很多用户则要求汽车厂家将这一系统屏蔽掉，其中主要原因是收集速度信号的传感器性能、质量不过关，与ECU不能很好地匹配。一旦传感器出现故障，就会导致ECU不能正常工作，从而影响发动机的正常运转。因此，必须加强监督和提升质量。

加装了限速装置的车辆可以限制行驶的最高车速，具有降低事故发生的可能性、降低车辆使用成本等优点。早在1994年欧洲法规就规定，车辆出厂必须装配或者车出厂后用户加装限速装置，现已规定必须对限速装置进行年检[8]。新加坡和印度也分别于1997年和2001年开始要求总质量7.5 t以上的货车必须安装限速装置。国内加装限速装置的标准及实施时间从2012年3月1日起，新发布的汽车公告产品（含新产品及变更扩展产品）要求增加“车速限制系统”的强制性检验项目；自2012年9月1日起，公告内公路客车、旅游客车和危险货物运输车等汽车产品必须有客车限速100 km/h和危险品货车限速80 km/h的功能[2]。目前，国内的大型客车和货车基本在出口车辆中都安装了车辆限速装置，对车辆限速装置的技术有了一定的储备。相信随着“车辆限速系统”的强制实施和相应监管措施的出台，公路车辆的安全行驶将会有很大的改善。

2 国内外车辆限速标准及实例分析

2.1 限速标准

GB/T 24545-2009《车辆车速限制系统技术条件》[4]主要参考了ECE R89号法规，国标对限速装置的技术要求与欧标基本相同，但并非等效采用欧标，国标取消了车辆认证、管理等内容。对于可调车速限制装置，由于驾驶员可以随意地调高或者解除限制速度，在具体使用中形同虚设，故在公告强制性检验项目中要求只按照文献[4]中第5条及附录A中第A.1条的要求执行，不允许采用可调式车速限制系统。

标准规定，最高车速限制装置试验分别要进行加速试验和稳定速度试验，且理论最高车速超过设定速度的各个档位均应进行以上两次试验。

1）加速试验。加速试验是车辆在空载状态从低于设定最高速度10 km/h的速度开始踩加速踏板到极限进行加速，踩加速踏板至少持续30 s直至车速稳定，试验要满足：

①稳定速度Vstab小于等于设定速度Vset。

②应在10 s内首次获得稳定速度。

③ Vstab不超过 1.05×Vset或（Vset+5 km/h）两者中的较大值。

④车辆达到的最大速度Vmax不大于1.05×Vstab。

⑤大于0.1 s时间内，速度变化率不应超过0.5 m/s2。

⑥速度稳定后，速度变化不超过4%×Vstab或2 km/h两者中较大值，且大于0.1 s时间内，速度变化率不应超过0.2 m/s2。

2）稳定速度试验。稳定速度试验是车辆全速加速到稳定速度后，保持稳定速度至少400 m，在相反两个方向分别测出车辆的平均速度，再计算两个方向平均速度值的平均速度，一共进行5遍试验（每遍进行相反方向两次测试），试验要满足：

① Vstab不超过 1.05×Vset或（Vset+5 km/h）两者中的较大值。

②每遍测得的稳定速度差应小于3 km/h。

2.2 实例分析

对某6798型客车，分别对其配置的两款发动机进行限速试验。其中一款发动机（2#）采用机械式限速装置进行限速，另一款发动机（1#）通过ECU控制指令进行限速。试验数据采集设备采用重庆车辆检测研究院GCM06型GPS车辆综合性能测试仪。该客车具体参数和配置：1#发动机的额定功率为260 kW，额定功率对应转速为2600 r/min；2#发动机的额定功率和相应转速与1#发动机一样，限速装置采用德国大陆汽车集团的VODRSL限速器；该车限速100 km/h；变速器有6个前进档，各前进档速比分别为5.606/3.627/2.313/1.487/1.0/0.789；驱动桥速比为4.88；轮胎型号为7.50-20，轮胎气压（kPa）为810/740，空载。

由发动机转速与汽车行驶速度之间的关系[9]：

式中：ua为汽车行驶速度，km/h；n为发动机转速，r/min；r为车轮滚动半径，m；ig为变速器各档速比；io为驱动桥速比。

此处发动机转速n为发动机额定功率对应转速，车轮滚动半径可根据经验公式计算得出[10]。由式（1）可知，该客车五档对应的理论最高车速为91.2 km/h，六档对应的理论最高车速为115.6 km/h，故只对6档分别进行最高车速限速试验。分别对1#发动机和2#发动机进行限速试验，按试验要求分别进行10次试验[11]。

1）现对1#发动机的限速试验所得的时间-速度曲线如图2所示。在16.29 s时车辆速度基本稳定，这时对应的行驶距离为435.9 m，而在行驶距离达到835.9 m时，运行时刻为30.92 s，由稳定速度条件所得的Vstab=98.4 km/h，其小于Vset（Vset=100 km/h）的1.05倍，在23.23～23.44 s的时间内，速度变化率最大，为0.11 m/s2，小于0.2 m/s2；在速度首次稳定后，Vmax=99.52 km/h，小于 1.05倍的Vstab，且在7 s内获得稳定速度条件，在12.46～12.6 s的时间内，速度变化率最大，为0.48 m/s2，小于0.5 m/s2。由以上数据可知，该客车通过1#发动机的ECU指令限制车辆最高车速的性能符合标准要求。

2）2#发动机的限速试验所得的时间-速度曲线如图3所示。在23.73 s时车辆速度基本稳定，这时对应的行驶距离为639.54 m，而在行驶距离达到1039.54 m时，运行时刻为38.44 s，由稳定速度条件所得的Vstab=97.9 km/h，其小于Vset（Vset=100 km/h）的1.05倍，在速度首次稳定后，Vmax=99.74 km/h，小于1.05倍的Vstab，其不能满足在10 s内获得稳定速度条件，在10.14～10.61 s的时间内，速度变化率最大，为0.66 m/s2，大于了0.5 m/s2。由以上数据可知，该车通过2#发动机的机械限速装置的限速性能有部分不能够满足标准要求。

由两次试验的曲线可知，由发动机ECU指令来限制车辆最高车速，控制指令作用时间较短。在标准要求的时间内，车辆能够获得稳定速度和稳定速度的条件，而机械式限速装置由于机械装置部件之间有一个作用时间，再经过控制单元对执行器的控制作用，速度随时间的变化幅度比较大，而且有一定的滞后性。可见发动机ECU控制的限速性能优于机械式限速器的限速性能。

3 结束语

由于车速高于100 km/h后，汽车的空气阻力会大幅增加，车辆的燃油消耗量会明显增大，可见限制汽车超高速行驶，既能提高车辆的燃油利用率，也能降低车辆的故障率，降低车辆维修费用，延长使用寿命，还可避免一些无意间超速引起的处罚；但最重要的是，通过强制限制车辆的最高车速能够大大地降低交通事故的发生，是提高汽车主动安全的有效途径。由于现阶段在用车辆装配的国Ⅲ发动机基本上都屏蔽了ECU中控制车速的指令和安装成本的原因，用户也不会专门去装配机械式的限速器，所以建议监管部门加强对发动机ECU限速控制指令的检查；相关企业不断加强对各信号传感器性能和质量的要求，做好其与ECU系统的匹配试验，使车辆限速要求真正落到实处，起到安全保障作用。

[1]姜华平，许洪国，李浩，等.高速公路车辆超速行驶交通事故分析[J].交通运输系统工程与信息，2003，（3）

[2]工信部联产业[2011]632号.关于进一步提高大中型客货车安全技术性能 加强车辆《公告》管理和注册登记管理工作的通知[EB/OL]（.2011-12-31）[2013-04-08].

[3]蒋维.车辆超载、限速报警系统的研究[J].电子工程师,2004,（12）

[4]陈小红，刘东.车辆限速技术及其在法国的进展[J].上海公路，2005，（1）

[5]GB/T 24545-2009，车辆车速限制系统技术条件[S].北京：中国标准出版社，2009.

[6]ECE R89关于1.就最高车速限制方面批准车辆2.就已批准型式的最高车速限制装置的安装方面批准车辆3.批准车速限制装置的统一规定[S].

[7]蒋兴旺.汽车构造与原理[M].北京：机械工业出版社，2010.1.

[8]张玲华，王涛.限速装置在重型汽车上的应用[J].汽车应用，2010，（1）

[9]余志生.汽车理论（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2010.

[10]（美）喻凡.车辆动力学及其控制[M].北京：人民交通出版社，2003.10.

[11]陈勇.汽车测试技术[M].北京：北京理工大学出版社，2008.1.