淺析公路連續長下坡溫控計算

朱元東

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

淺析公路連續長下坡溫控計算

朱元東

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要公路設計和實際運營中連續長下坡的路段屢見不鮮，由此產生的交通及安全問題越來越多地被重視和研究。文中就設計和運營等方面提出有關公路長下坡與汽車制動器溫度控制等問題。通過一些簡單的試驗和有關文獻資料中的統計數據進行研究分析和計算，總結提出公路長下坡路段坡長與制動器溫度的理論計算關系。

關鍵詞長下坡模型(汽車運營)溫度控制計算

1連續長下坡的概念

連續長下坡即為路線縱面高程持續降低，汽車行駛過程中，勢能持續降低。在高速公路上，由于路線平縱橫標準較高，且視距良好，駕駛人員一般會根據車輛狀況、駕駛技術選擇適當的運營速度勻速行駛。因此，在連續長下坡路段，汽車的運營速度就要由檔位和剎車來控制。汽車下坡過程中，勢能轉換，如要保持勻速行駛，則須要有摩阻力作功產生熱能來抵消多余的勢能。而熱能的產生又會使制動器溫度升高，當升高至一定溫度時，則會使剎車性能降低，并可能由此造成交通事故。因此，需要根據公路等級，合理設計縱坡形式，利用下坡路段的縱面，結合駕駛人員的行駛習慣，有效控制下坡路段汽車剎車片的溫度，減少由此造成的交通事故，提高公路安全運營。

2制動器溫度控制

當制動器溫度升高至一定溫度時，會使剎車性能降低，甚至失靈，這是下坡路段造成交通事故的主要原因。因此，高速公路除設置限速標志外，還應警示“連續下坡、禁止空檔滑行”，以避免產生長時間的剎車，使制動器溫度持續升高。

2.1溫度上升計算

溫度上升計算，采取從規范、條文說明及設計細則的一些統計數值中摘取相關數據，從汽車行駛安全(最高溫度控制在安全范圍內)角度考慮，進行統計分析研究后，求得相對應的有關縱坡值、縱坡長度與溫度上升的比值系數。

2.2溫度下降計算

2.2.1模型

從材料特性考慮，經簡單的研究試驗后確定溫度下降模型。模型前題條件為：200 ℃時降溫為4 ℃/s，40 ℃時為0.1 ℃/s。最低不低于40 ℃(最不利情況)。

2.2.2任意溫度時的溫度下降速度

任意溫度時的溫度下降速度(等比)：

tn(4-0.1)/(200-40)-0.875

2.2.3公式推導

設原始溫度為t。1s后溫度為t1：

t1= t0-t0(4-0.1)/(200-40)+0.875=

t1(1-(4-0.1)/(200-40))+0.875=

t0K+0.875

公式以后設：(1-(4-0.1)/(200-40))=K=0.975 625，顯然K值隨模型條件的改變而改變。

2s后溫度為t2：

t2= t1-t1(4-0.1)/(200-40)+0.875=

t1(1-(4-0.1)/(200-40))+0.875=

(t0K+0.875)K+0.875=

t0K2+0.875K+0.875

3s后溫度為t3：

t3= t2-t2(4-0.1)/(200-40)+0.875=

(t0K2+0.875 K+0.875)K+0.875=

t0K3+0.875 K2+0.875 K+0.875

Ns后溫度為tn：

tn= t0Kn+0.875 Kn-1…+

0.875 K+0.875

tn=t0Kn+0.875Kn-1/(K-1)

2.2.4研究剎車溫度下降的應用

在長下坡路段，為保證汽車在勻速狀態下行駛，駕駛人員須根據公路的具體情況(等級、基本路況、即時路況等)，結合本身的的條件(車況、個人駕駛技術等)確定行車路段的行駛速度。而在長下坡路段，為保證以認為安全的行駛速度勻速行駛，駕駛人員須經常踩剎車以保證勻速行駛。經常踩剎車勢必引起剎車片溫度升高，而剎車片溫度升高到一定溫度時，則會造成剎車失靈現象。為避免剎車失靈，避免由此造成的交通事故，須控制下坡路段的剎車溫度。研究降低剎車片溫度下降，控制剎車片溫度在有效的剎車效果范圍內，顯得更加重要。

在公路相關規范中，基于一些統計數據，已對長下坡路段剎車片溫度的升高作了相應的描述，本文著重研究剎車片溫度下降。下面以實例來研究對比某高速公路長下坡路段的剎車片溫度的計算。見表1。

表1　汽車下坡剎車溫度計算

表1中第(1)種制動器溫度模擬檢驗：根據《貴州省高速公路安全性設計手冊》[1]，參照國內有關貨車剎車溫度計算的主要研究成果“西部項目“連續長大下坡路段安全保障技研究”中提出的溫升模型…”。貨車溫升計算模型公式：t=-383.76+158.76ln(I)+74.70ln(v)+82.27ln(L)，公式中參數為：下坡坡度I %、車輛下坡速度v(km/h)和距坡頂距離L(km)。

表1中第(2)種制動器溫度模擬檢驗：根據本文提出的計算模型，其中某些數據源于《公路路線設計細則》[2]對避險車道設置間距的要求。

研究比較：

(1) 第(1)種模擬計算，在變坡點11 230位置，剎車片溫度為負值，這是永遠不可能的情況，說明模型在此存在不適宜等問題。

(2) 第(1)種模擬計算，在變坡點13 760～14 812之間，按80km/h的速度下坡行駛需47s，可測試一下，當剎車片處于180 ℃高溫時，在空氣中暴露47s后，其溫度僅降1 ℃。這種情況也是不可能的，只能說明模型計算存在問題。

收稿日期：2014-09-30

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.030