淺析公路連續(xù)長(zhǎng)下坡溫控計(jì)算

朱元東

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴陽(yáng)　550081)

淺析公路連續(xù)長(zhǎng)下坡溫控計(jì)算

朱元東

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽(yáng)550081)

摘要公路設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)營(yíng)中連續(xù)長(zhǎng)下坡的路段屢見(jiàn)不鮮，由此產(chǎn)生的交通及安全問(wèn)題越來(lái)越多地被重視和研究。文中就設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)等方面提出有關(guān)公路長(zhǎng)下坡與汽車(chē)制動(dòng)器溫度控制等問(wèn)題。通過(guò)一些簡(jiǎn)單的試驗(yàn)和有關(guān)文獻(xiàn)資料中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析和計(jì)算，總結(jié)提出公路長(zhǎng)下坡路段坡長(zhǎng)與制動(dòng)器溫度的理論計(jì)算關(guān)系。

關(guān)鍵詞長(zhǎng)下坡模型(汽車(chē)運(yùn)營(yíng))溫度控制計(jì)算

1連續(xù)長(zhǎng)下坡的概念

連續(xù)長(zhǎng)下坡即為路線縱面高程持續(xù)降低，汽車(chē)行駛過(guò)程中，勢(shì)能持續(xù)降低。在高速公路上，由于路線平縱橫標(biāo)準(zhǔn)較高，且視距良好，駕駛?cè)藛T一般會(huì)根據(jù)車(chē)輛狀況、駕駛技術(shù)選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)營(yíng)速度勻速行駛。因此，在連續(xù)長(zhǎng)下坡路段，汽車(chē)的運(yùn)營(yíng)速度就要由檔位和剎車(chē)來(lái)控制。汽車(chē)下坡過(guò)程中，勢(shì)能轉(zhuǎn)換，如要保持勻速行駛，則須要有摩阻力作功產(chǎn)生熱能來(lái)抵消多余的勢(shì)能。而熱能的產(chǎn)生又會(huì)使制動(dòng)器溫度升高，當(dāng)升高至一定溫度時(shí)，則會(huì)使剎車(chē)性能降低，并可能由此造成交通事故。因此，需要根據(jù)公路等級(jí)，合理設(shè)計(jì)縱坡形式，利用下坡路段的縱面，結(jié)合駕駛?cè)藛T的行駛習(xí)慣，有效控制下坡路段汽車(chē)剎車(chē)片的溫度，減少由此造成的交通事故，提高公路安全運(yùn)營(yíng)。

2制動(dòng)器溫度控制

當(dāng)制動(dòng)器溫度升高至一定溫度時(shí)，會(huì)使剎車(chē)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(shè)置限速標(biāo)志外，還應(yīng)警示“連續(xù)下坡、禁止空檔滑行”，以避免產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間的剎車(chē)，使制動(dòng)器溫度持續(xù)升高。

2.1溫度上升計(jì)算

溫度上升計(jì)算，采取從規(guī)范、條文說(shuō)明及設(shè)計(jì)細(xì)則的一些統(tǒng)計(jì)數(shù)值中摘取相關(guān)數(shù)據(jù)，從汽車(chē)行駛安全(最高溫度控制在安全范圍內(nèi))角度考慮，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究后，求得相對(duì)應(yīng)的有關(guān)縱坡值、縱坡長(zhǎng)度與溫度上升的比值系數(shù)。

2.2溫度下降計(jì)算

2.2.1模型

從材料特性考慮，經(jīng)簡(jiǎn)單的研究試驗(yàn)后確定溫度下降模型。模型前題條件為：200 ℃時(shí)降溫為4 ℃/s，40 ℃時(shí)為0.1 ℃/s。最低不低于40 ℃(最不利情況)。

2.2.2任意溫度時(shí)的溫度下降速度

任意溫度時(shí)的溫度下降速度(等比)：

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

2.2.3公式推導(dǎo)

設(shè)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(shè)：(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(chē)溫度下降的應(yīng)用

在長(zhǎng)下坡路段，為保證汽車(chē)在勻速狀態(tài)下行駛，駕駛?cè)藛T須根據(jù)公路的具體情況(等級(jí)、基本路況、即時(shí)路況等)，結(jié)合本身的的條件(車(chē)況、個(gè)人駕駛技術(shù)等)確定行車(chē)路段的行駛速度。而在長(zhǎng)下坡路段，為保證以認(rèn)為安全的行駛速度勻速行駛，駕駛?cè)藛T須經(jīng)常踩剎車(chē)以保證勻速行駛。經(jīng)常踩剎車(chē)勢(shì)必引起剎車(chē)片溫度升高，而剎車(chē)片溫度升高到一定溫度時(shí)，則會(huì)造成剎車(chē)失靈現(xiàn)象。為避免剎車(chē)失靈，避免由此造成的交通事故，須控制下坡路段的剎車(chē)溫度。研究降低剎車(chē)片溫度下降，控制剎車(chē)片溫度在有效的剎車(chē)效果范圍內(nèi)，顯得更加重要。

在公路相關(guān)規(guī)范中，基于一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，已對(duì)長(zhǎng)下坡路段剎車(chē)片溫度的升高作了相應(yīng)的描述，本文著重研究剎車(chē)片溫度下降。下面以實(shí)例來(lái)研究對(duì)比某高速公路長(zhǎng)下坡路段的剎車(chē)片溫度的計(jì)算。見(jiàn)表1。

表1　汽車(chē)下坡剎車(chē)溫度計(jì)算

表1中第(1)種制動(dòng)器溫度模擬檢驗(yàn)：根據(jù)《貴州省高速公路安全性設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]，參照國(guó)內(nèi)有關(guān)貨車(chē)剎車(chē)溫度計(jì)算的主要研究成果“西部項(xiàng)目“連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段安全保障技研究”中提出的溫升模型…”。貨車(chē)溫升計(jì)算模型公式：t=-383.76+158.76ln(I)+74.70ln(v)+82.27ln(L)，公式中參數(shù)為：下坡坡度I %、車(chē)輛下坡速度v(km/h)和距坡頂距離L(km)。

表1中第(2)種制動(dòng)器溫度模擬檢驗(yàn)：根據(jù)本文提出的計(jì)算模型，其中某些數(shù)據(jù)源于《公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則》[2]對(duì)避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)置間距的要求。

研究比較：

(1) 第(1)種模擬計(jì)算，在變坡點(diǎn)11 230位置，剎車(chē)片溫度為負(fù)值，這是永遠(yuǎn)不可能的情況，說(shuō)明模型在此存在不適宜等問(wèn)題。

(2) 第(1)種模擬計(jì)算，在變坡點(diǎn)13 760～14 812之間，按80km/h的速度下坡行駛需47s，可測(cè)試一下，當(dāng)剎車(chē)片處于180 ℃高溫時(shí)，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(shuō)明模型計(jì)算存在問(wèn)題。

收稿日期：2014-09-30

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.030