浅析公路连续长下坡温控计算

朱元东

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

浅析公路连续长下坡温控计算

朱元东

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要公路设计和实际运营中连续长下坡的路段屡见不鲜，由此产生的交通及安全问题越来越多地被重视和研究。文中就设计和运营等方面提出有关公路长下坡与汽车制动器温度控制等问题。通过一些简单的试验和有关文献资料中的统计数据进行研究分析和计算，总结提出公路长下坡路段坡长与制动器温度的理论计算关系。

关键词长下坡模型(汽车运营)温度控制计算

1连续长下坡的概念

连续长下坡即为路线纵面高程持续降低，汽车行驶过程中，势能持续降低。在高速公路上，由于路线平纵横标准较高，且视距良好，驾驶人员一般会根据车辆状况、驾驶技术选择适当的运营速度匀速行驶。因此，在连续长下坡路段，汽车的运营速度就要由档位和刹车来控制。汽车下坡过程中，势能转换，如要保持匀速行驶，则须要有摩阻力作功产生热能来抵消多余的势能。而热能的产生又会使制动器温度升高，当升高至一定温度时，则会使刹车性能降低，并可能由此造成交通事故。因此，需要根据公路等级，合理设计纵坡形式，利用下坡路段的纵面，结合驾驶人员的行驶习惯，有效控制下坡路段汽车刹车片的温度，减少由此造成的交通事故，提高公路安全运营。

2制动器温度控制

当制动器温度升高至一定温度时，会使刹车性能降低，甚至失灵，这是下坡路段造成交通事故的主要原因。因此，高速公路除设置限速标志外，还应警示“连续下坡、禁止空档滑行”，以避免产生长时间的刹车，使制动器温度持续升高。

2.1温度上升计算

温度上升计算，采取从规范、条文说明及设计细则的一些统计数值中摘取相关数据，从汽车行驶安全(最高温度控制在安全范围内)角度考虑，进行统计分析研究后，求得相对应的有关纵坡值、纵坡长度与温度上升的比值系数。

2.2温度下降计算

2.2.1模型

从材料特性考虑，经简单的研究试验后确定温度下降模型。模型前题条件为：200 ℃时降温为4 ℃/s，40 ℃时为0.1 ℃/s。最低不低于40 ℃(最不利情况)。

2.2.2任意温度时的温度下降速度

任意温度时的温度下降速度(等比)：

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

2.2.3公式推导

设原始温度为t。1s后温度为t1：

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

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

t0K+0.875

公式以后设：(1-(4-0.1)/(200-40))=K=0.975 625，显然K值随模型条件的改变而改变。

2s后温度为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后温度为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后温度为tn：

tn= t0Kn+0.875 Kn-1…+

0.875 K+0.875

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

2.2.4研究刹车温度下降的应用

在长下坡路段，为保证汽车在匀速状态下行驶，驾驶人员须根据公路的具体情况(等级、基本路况、即时路况等)，结合本身的的条件(车况、个人驾驶技术等)确定行车路段的行驶速度。而在长下坡路段，为保证以认为安全的行驶速度匀速行驶，驾驶人员须经常踩刹车以保证匀速行驶。经常踩刹车势必引起刹车片温度升高，而刹车片温度升高到一定温度时，则会造成刹车失灵现象。为避免刹车失灵，避免由此造成的交通事故，须控制下坡路段的刹车温度。研究降低刹车片温度下降，控制刹车片温度在有效的刹车效果范围内，显得更加重要。

在公路相关规范中，基于一些统计数据，已对长下坡路段刹车片温度的升高作了相应的描述，本文着重研究刹车片温度下降。下面以实例来研究对比某高速公路长下坡路段的刹车片温度的计算。见表1。

表1　汽车下坡刹车温度计算

表1中第(1)种制动器温度模拟检验：根据《贵州省高速公路安全性设计手册》[1]，参照国内有关货车刹车温度计算的主要研究成果“西部项目“连续长大下坡路段安全保障技研究”中提出的温升模型…”。货车温升计算模型公式：t=-383.76+158.76ln(I)+74.70ln(v)+82.27ln(L)，公式中参数为：下坡坡度I %、车辆下坡速度v(km/h)和距坡顶距离L(km)。

表1中第(2)种制动器温度模拟检验：根据本文提出的计算模型，其中某些数据源于《公路路线设计细则》[2]对避险车道设置间距的要求。

研究比较：

(1) 第(1)种模拟计算，在变坡点11 230位置，刹车片温度为负值，这是永远不可能的情况，说明模型在此存在不适宜等问题。

(2) 第(1)种模拟计算，在变坡点13 760～14 812之间，按80km/h的速度下坡行驶需47s，可测试一下，当刹车片处于180 ℃高温时，在空气中暴露47s后，其温度仅降1 ℃。这种情况也是不可能的，只能说明模型计算存在问题。

收稿日期：2014-09-30

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.030