長大下坡路段輔助減速車道設(shè)計*

袁曉磊，馬宗鈺，余強

長大下坡路段輔助減速車道設(shè)計*

袁曉磊，馬宗鈺，余強

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

文章針對重型汽車在長大下坡路段的行駛安全問題，對輔助減速車道的設(shè)計進行研究。根據(jù)排氣制動和液力緩速器聯(lián)合制動的行駛模型，對重型車輛在長大下坡路段的下坡能力進行研究。根據(jù)下坡時制動器的溫升模型，研究長大下坡路段的輔助減速車道位置設(shè)計問題。

排氣制動；液力緩速器制動；聯(lián)合制動；升溫模型；輔助減速車道

前言

我國地形復(fù)雜。山區(qū)面積占全國面積的三分之二，在我國的公路網(wǎng)中山區(qū)公路占比較大的比例。由于在長大下坡路段需要足夠的持續(xù)制動力來保證汽車穩(wěn)定下坡，坡度較長時長時間使用行車制動器會導(dǎo)致制動器溫度過高。當(dāng)制動器溫度超過250℃時，摩擦力矩會顯著下降，出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象。當(dāng)制動器溫度超過600℃時[1]，制動減速度接近于零，導(dǎo)致制動失效。為了防止制動器溫度過高而產(chǎn)生交通事故，因此在長大下坡路段中設(shè)計輔助減速車道來使汽車減速。

本文通過對排氣制動與液力緩速器聯(lián)合制動的數(shù)學(xué)模型進行研究，計算持續(xù)制動下行車自動器參與制動的最小平均坡度?；谄碌佬旭傊苿庸臏厣Ｐ?，分析采用不同擋位下坡行駛時制動鼓安全溫度閾值內(nèi)車速與道路坡度、下坡距離之間的關(guān)系，從而確定輔助車道的設(shè)置位置。

1 排氣制動與液力緩速器聯(lián)合作用制動特性研究

1.1 排氣制動與液力緩速器聯(lián)合作用的模型建立

根據(jù)排氣制動試驗，對獲得的實驗數(shù)據(jù)處理后得到排氣制動轉(zhuǎn)矩與發(fā)動機轉(zhuǎn)速關(guān)系：

對液力緩速器制動試驗，獲得各擋液力緩速器制動轉(zhuǎn)矩與傳動軸轉(zhuǎn)速關(guān)系，即：

為簡化說明，式（2）通用表達為：

根據(jù)式（1）與式（3），可得排氣制動與液力緩速器聯(lián)合作用時制動轉(zhuǎn)矩與傳動軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系式：

1.2 排氣制動與液力緩速器聯(lián)合作用整車制動力矩與車速關(guān)系模型建立

由式（4）可計算處排氣制動和液力緩速器聯(lián)合作用時提供到汽車車輪上的制動力矩與車速的關(guān)系式，再加上脫擋滑行試驗獲得的空氣阻力與滾動阻力之和與車速u的關(guān)系式，得排氣制動與液力緩速器聯(lián)合作用時所提供的整車制動力矩與車速的函數(shù)關(guān)系，即：

111為排氣制動與液力緩速器聯(lián)合制動產(chǎn)生的持續(xù)制動力提供到車輪上的制動力矩系數(shù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1、表2。

表1 排氣制動與液力緩速器3擋聯(lián)合制動車速-車輪制動力矩系數(shù)表

表2 排氣制動與液力緩速器4擋聯(lián)合制動車速-車輪制動力矩系數(shù)表

1.3 排氣制動與液力緩速器聯(lián)合作用下坡能力研究

當(dāng)汽車在下坡坡道行駛時，重力向下的坡道分力與汽車所受總持續(xù)制動力平衡式，可以計算汽車下坡坡度范圍。

（6）

汽車下坡能力計算表達式為：

（7）

2 制動器溫升模型研究

2.1 平路制動器升溫模型[2]

重型車輛在平路上制動時，受力如圖1所示：

隨著房地產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高漲，家裝建材行業(yè)也隨之逐漸興起并且快速蓬勃地發(fā)展成為朝陽產(chǎn)業(yè)。近年來，快速增長的經(jīng)濟幫助加快了城鎮(zhèn)化進程，與之相關(guān)的行業(yè)全都顯示出了其巨大的發(fā)展?jié)摿Γ骄磕晔袌鲈鲩L的空間達到了約20%的增長速度，且每年都在以相近比例遞增。2005至2014年我國建筑裝飾行業(yè)產(chǎn)值情況如圖1所示。

圖1 汽車平路制動受力分析圖

當(dāng)汽車制動時，減少的動能除持續(xù)制動力、滾動阻力和空氣阻力作功外，其余能量轉(zhuǎn)化為制動器的熱能。

（8）

式中：Fb為行車制動器產(chǎn)生的制動力，F(xiàn)b-con為持續(xù)制動力。

車輛制動時，由制動器功能原理，把整車制動器消耗的能量平均分配至每個制動器上：

推薦理由:趙萬里先生是國學(xué)大師王國維之高足，主持北京圖書館（今國家圖書館）古籍保護、整理工作多年，學(xué)術(shù)界仰為泰山北斗，古文字學(xué)家陳夢家稱趙氏“版本之學(xué)海內(nèi)第一”。《趙萬里先生年譜長編》既是趙萬里先生迄今為止最全面的一部傳記，更是一部重要的學(xué)術(shù)史資料。

（9）

式中：Fbh為單個制動器產(chǎn)生的摩擦力；Vbh為制動器摩擦件相對旋轉(zhuǎn)位移。

但是實際情況每個制動器產(chǎn)生的摩擦制動力不同，而且吸收的能量也存在差異。故引入了修正系數(shù)ε。由相關(guān)資料，制動器產(chǎn)生的95%的熱量被制動鼓吸收，制動鼓吸熱速率為：

（10）

式中：Vbh為摩擦片和制動鼓之前的相對速度。

根據(jù)制動鼓升溫能量守恒建立方程[3]：

（11）

式中：mg為制動鼓質(zhì)量，cg為制動鼓比熱容。

由式（11）與式（12），整理計算，得到：

（12）

根據(jù)相似方法進行分析，得到制動鼓降溫數(shù)學(xué)模型：

（13）

式中：A2為制動鼓外表面面積，。

（1）支持性心理治療。信息支持，評估患者相關(guān)知識需求，介紹冠心病及PCI相關(guān)知識，告訴其可能出現(xiàn)的并發(fā)癥及預(yù)防措施；情感支持，以熱情誠懇的態(tài)度關(guān)心體貼患者，取得患者的信任與合作，每天至少和患者交談10分鐘，以建立良好的護患關(guān)系；社會支持，促進患者健全社會支持網(wǎng)絡(luò)，充分利用社會支持系統(tǒng)，從家庭成員、親朋好友及醫(yī)護人員、病友三方面給予其廣泛的社會支持。

對于個人，在提高人們對自身個人敏感信息保護意識的同時，盡可能的防止沒有意識的個人信息泄漏，避免給惡意攻擊者可乘之機。各種信息系統(tǒng)的安全漏洞可能會客觀一直存在，直到被發(fā)現(xiàn)后得到修復(fù)，所以系統(tǒng)用戶如果發(fā)現(xiàn)了，就應(yīng)該盡快的反饋到系統(tǒng)提供的廠商。

1.3.1 使用指標(biāo)評價 該3種Ⅰ類清潔手術(shù)原則上無需預(yù)防使用抗菌藥物，僅在特殊情況下預(yù)防用抗菌藥物：（1）手術(shù)范圍大、時間長、污染機會增加；（2）患者有感染高危因素，如高齡（＞70歲）、糖尿病等高危人群。

2.2 坡道制動器溫升模型

重型汽車在長大下坡路段行駛時，行車制動器的升溫過程包括制動器升溫和降溫兩個過程。水平道路制動時制動器的熱能主要來源于動能，上大下坡路段制動時，制動器吸收的熱能主要來源于重力勢能和動能。

（14）

根據(jù)式（14）及平路升溫模式，得坡道制動器升溫模型為：

（15）

故重型汽車長大下坡路段制動時，制動器升溫模型為：

對于計量單位，應(yīng)正確選用t檢驗、q檢驗、方差分析及秩和檢驗。不能所有計量資料都用t檢驗。計量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

社會心理學(xué)已經(jīng)證實，當(dāng)決策者行動時，常常會考慮他人的判斷和行為，即使知道其他人是一種從眾行為，理性的人也會參與其中并采取類似的行為。如果脫離了大多數(shù)，會讓人產(chǎn)生不安全感，尤其是對自己缺乏自信的時候，這種心理效應(yīng)會更加顯著，即從眾心理。

（16）

為了證明溫升模型的準(zhǔn)確性，進行三次溫升試驗。三次試驗中最大相對誤差為5.74%，說明該制動器升溫模型能較準(zhǔn)確的反應(yīng)下坡過程中制動器的溫度。

3 輔助減速車道設(shè)置位置分析模型研究

由公式（15），可得：

（17）

由公式（17）可以得出排氣制動、液力緩速器制動和行車制動聯(lián)合作用時在制動器安全溫度閾值內(nèi)行駛的距離s、車速ua和坡道坡度i之間的關(guān)系[4]。

旅游經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境之間存在相互促進和相互制約的辯證關(guān)系，兩者的協(xié)調(diào)有序發(fā)展是社會可持續(xù)發(fā)展的重要目標(biāo)[1]。因此，定量分析旅游經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)程度，對區(qū)域旅游業(yè)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護有更現(xiàn)實的需要。目前，海南省作為旅游經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境結(jié)合十分緊密的典型區(qū)域尚未得到學(xué)者關(guān)注。本文借鑒物理學(xué)的耦合協(xié)調(diào)模型，研究海南省旅游經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，為海南在全域旅游示范省的建設(shè)背景下旅游經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展提供支撐。

在公式（17）中，T=250℃，T0=30℃，Ta=35℃[5]時，在給定的道路條件和環(huán)境條件下，如果車速保持一定，在一定道路坡度i下輔助車道的位置就可以用式（17）確定。由公式（7）計算出在相應(yīng)擋位和車速下排氣制動與液力緩速器聯(lián)合制動時的下坡能力，得出i大于5%時圖中所示擋位和車速有行車制動器參與制動。如圖2-5是重型汽車在不同變速器和液力緩速器擋位下，以不同車速下坡時相應(yīng)的坡度對應(yīng)的安全下坡距離，即制動器溫度剛升到250℃時的下坡距離，安全下坡距離可以作為輔助減速車道設(shè)置的參考位置。

圖2 聯(lián)合制動下不同坡度對應(yīng)的安全下坡距離

圖3 聯(lián)合制動下不同坡度對應(yīng)的安全下坡距離

圖4 聯(lián)合制動下不同坡度對應(yīng)的安全下坡距離

圖5 聯(lián)合制動下不同坡度對應(yīng)的安全下坡距離

4 結(jié)論

本文為解決重型汽車在長大下坡路段長時間制動導(dǎo)致制動器失效的問題對輔助減速車道的位置設(shè)計進行研究。本文首先討論了排氣制動與液力緩速器聯(lián)合作用制動特性研究，對排氣制動與液力緩速器聯(lián)合制動作用下不同車速的下坡能力進行分析，得出公式（7），可以分析各擋位不同車速下汽車的下坡度，由此判斷行車制動器參與工作的最小坡度。本文對排氣制動、液力緩速器制動和制動器制動聯(lián)合作用下的制動器升溫模型進行研究，得到排氣制動、液力緩速器制動和制動器制動聯(lián)合制動作用下制動器溫度安全閾值內(nèi)下坡坡度、車速和坡道坡度之間的關(guān)系，由此可以作為輔助車道位置的設(shè)計參考。從而可以在保證安全的前提下在長大下坡路段設(shè)置最合理的輔助減速車道數(shù)量，降低了建造成本，便于輔助減速車道在長大下坡路段的推廣。

參考文獻

[1] 蘇波,方守恩,王俊驊.基于大貨車制動性能的山區(qū)高速公路坡度坡長限制研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2009,28（2）:287-289.

[2] 袁偉.鼓式制動器溫升計算模型及其應(yīng)用研究[D].西安:長安大學(xué),2003.

[3] 靳恩勇,杜博英.長大下坡貨車制動器溫度模型[J].公路交通科技,2011,28（2）:133-136．

[4] 張云龍,谷彩紅.高速公路連續(xù)長大下坡互通減速車道長度設(shè)計研究[J].公路與汽運, 2013(03): 87-89+126.

[5] 王志新.基于汽車行駛安全特性的山區(qū)公路連續(xù)長大下坡路段輔助減速車道研究[D].陜西:長安大學(xué),2018.

Design of Auxiliary Deceleration Lane for Long Downhill Section*

Yuan Xiaolei, Ma Zongyu, Yu Qiang

（School of Automobile, Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064）

Abstract:This paper studies the design of auxiliary deceleration lanes for the safety of heavy vehicles on the downhill section. According to the driving model of exhaust brake and hydraulic retarder combined braking, the downhill capacity of heavy vehicles on the downhill section is studied. According to the temperature rise model of brake in downhill, the position design of auxiliary deceleration lane in long downhill section is studied.

Keywords: Exhaust brake; Hydraulic retarder braking; Combined braking; Heating model; Auxiliary deceleration lane

CLC NO.: U463

Document Code: A

Article ID:1671-7988(2019)14-80-04

中圖分類號：U463

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2019)14-80-04

作者簡介：袁曉磊，碩士，工程師，就讀于長安大學(xué)，主要研究車輛主動安全技術(shù)。

*基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFC08 03904）；陜西省重點產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈（群）項目（2018ZDCXL-GY-05- 03-01）資助。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.025