长大下坡路段辅助减速车道设计*

袁晓磊，马宗钰，余强

长大下坡路段辅助减速车道设计*

袁晓磊，马宗钰，余强

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

文章针对重型汽车在长大下坡路段的行驶安全问题，对辅助减速车道的设计进行研究。根据排气制动和液力缓速器联合制动的行驶模型，对重型车辆在长大下坡路段的下坡能力进行研究。根据下坡时制动器的温升模型，研究长大下坡路段的辅助减速车道位置设计问题。

排气制动；液力缓速器制动；联合制动；升温模型；辅助减速车道

前言

我国地形复杂。山区面积占全国面积的三分之二，在我国的公路网中山区公路占比较大的比例。由于在长大下坡路段需要足够的持续制动力来保证汽车稳定下坡，坡度较长时长时间使用行车制动器会导致制动器温度过高。当制动器温度超过250℃时，摩擦力矩会显著下降，出现热衰退现象。当制动器温度超过600℃时[1]，制动减速度接近于零，导致制动失效。为了防止制动器温度过高而产生交通事故，因此在长大下坡路段中设计辅助减速车道来使汽车减速。

本文通过对排气制动与液力缓速器联合制动的数学模型进行研究，计算持续制动下行车自动器参与制动的最小平均坡度。基于坡道行驶制动鼓温升模型，分析采用不同挡位下坡行驶时制动鼓安全温度阈值内车速与道路坡度、下坡距离之间的关系，从而确定辅助车道的设置位置。

1 排气制动与液力缓速器联合作用制动特性研究

1.1 排气制动与液力缓速器联合作用的模型建立

根据排气制动试验，对获得的实验数据处理后得到排气制动转矩与发动机转速关系：

对液力缓速器制动试验，获得各挡液力缓速器制动转矩与传动轴转速关系，即：

为简化说明，式（2）通用表达为：

根据式（1）与式（3），可得排气制动与液力缓速器联合作用时制动转矩与传动轴转速的关系式：

1.2 排气制动与液力缓速器联合作用整车制动力矩与车速关系模型建立

由式（4）可计算处排气制动和液力缓速器联合作用时提供到汽车车轮上的制动力矩与车速的关系式，再加上脱挡滑行试验获得的空气阻力与滚动阻力之和与车速u的关系式，得排气制动与液力缓速器联合作用时所提供的整车制动力矩与车速的函数关系，即：

111为排气制动与液力缓速器联合制动产生的持续制动力提供到车轮上的制动力矩系数，部分数据见表1、表2。

表1 排气制动与液力缓速器3挡联合制动车速-车轮制动力矩系数表

表2 排气制动与液力缓速器4挡联合制动车速-车轮制动力矩系数表

1.3 排气制动与液力缓速器联合作用下坡能力研究

当汽车在下坡坡道行驶时，重力向下的坡道分力与汽车所受总持续制动力平衡式，可以计算汽车下坡坡度范围。

（6）

汽车下坡能力计算表达式为：

（7）

2 制动器温升模型研究

2.1 平路制动器升温模型[2]

重型车辆在平路上制动时，受力如图1所示：

随着房地产业的持续高涨，家装建材行业也随之逐渐兴起并且快速蓬勃地发展成为朝阳产业。近年来，快速增长的经济帮助加快了城镇化进程，与之相关的行业全都显示出了其巨大的发展潜力，平均每年市场增长的空间达到了约20%的增长速度，且每年都在以相近比例递增。2005至2014年我国建筑装饰行业产值情况如图1所示。

图1 汽车平路制动受力分析图

当汽车制动时，减少的动能除持续制动力、滚动阻力和空气阻力作功外，其余能量转化为制动器的热能。

（8）

式中：Fb为行车制动器产生的制动力，Fb-con为持续制动力。

车辆制动时，由制动器功能原理，把整车制动器消耗的能量平均分配至每个制动器上：

推荐理由:赵万里先生是国学大师王国维之高足，主持北京图书馆（今国家图书馆）古籍保护、整理工作多年，学术界仰为泰山北斗，古文字学家陈梦家称赵氏“版本之学海内第一”。《赵万里先生年谱长编》既是赵万里先生迄今为止最全面的一部传记，更是一部重要的学术史资料。

（9）

式中：Fbh为单个制动器产生的摩擦力；Vbh为制动器摩擦件相对旋转位移。

但是实际情况每个制动器产生的摩擦制动力不同，而且吸收的能量也存在差异。故引入了修正系数ε。由相关资料，制动器产生的95%的热量被制动鼓吸收，制动鼓吸热速率为：

（10）

式中：Vbh为摩擦片和制动鼓之前的相对速度。

根据制动鼓升温能量守恒建立方程[3]：

（11）

式中：mg为制动鼓质量，cg为制动鼓比热容。

由式（11）与式（12），整理计算，得到：

（12）

根据相似方法进行分析，得到制动鼓降温数学模型：

（13）

式中：A2为制动鼓外表面面积，。

（1）支持性心理治疗。信息支持，评估患者相关知识需求，介绍冠心病及PCI相关知识，告诉其可能出现的并发症及预防措施；情感支持，以热情诚恳的态度关心体贴患者，取得患者的信任与合作，每天至少和患者交谈10分钟，以建立良好的护患关系；社会支持，促进患者健全社会支持网络，充分利用社会支持系统，从家庭成员、亲朋好友及医护人员、病友三方面给予其广泛的社会支持。

对于个人，在提高人们对自身个人敏感信息保护意识的同时，尽可能的防止没有意识的个人信息泄漏，避免给恶意攻击者可乘之机。各种信息系统的安全漏洞可能会客观一直存在，直到被发现后得到修复，所以系统用户如果发现了，就应该尽快的反馈到系统提供的厂商。

1.3.1 使用指标评价 该3种Ⅰ类清洁手术原则上无需预防使用抗菌药物，仅在特殊情况下预防用抗菌药物：（1）手术范围大、时间长、污染机会增加；（2）患者有感染高危因素，如高龄（＞70岁）、糖尿病等高危人群。

2.2 坡道制动器温升模型

重型汽车在长大下坡路段行驶时，行车制动器的升温过程包括制动器升温和降温两个过程。水平道路制动时制动器的热能主要来源于动能，上大下坡路段制动时，制动器吸收的热能主要来源于重力势能和动能。

（14）

根据式（14）及平路升温模式，得坡道制动器升温模型为：

（15）

故重型汽车长大下坡路段制动时，制动器升温模型为：

对于计量单位，应正确选用t检验、q检验、方差分析及秩和检验。不能所有计量资料都用t检验。计量资料用均数±标准差表示。

社会心理学已经证实，当决策者行动时，常常会考虑他人的判断和行为，即使知道其他人是一种从众行为，理性的人也会参与其中并采取类似的行为。如果脱离了大多数，会让人产生不安全感，尤其是对自己缺乏自信的时候，这种心理效应会更加显著，即从众心理。

（16）

为了证明温升模型的准确性，进行三次温升试验。三次试验中最大相对误差为5.74%，说明该制动器升温模型能较准确的反应下坡过程中制动器的温度。

3 辅助减速车道设置位置分析模型研究

由公式（15），可得：

（17）

由公式（17）可以得出排气制动、液力缓速器制动和行车制动联合作用时在制动器安全温度阈值内行驶的距离s、车速ua和坡道坡度i之间的关系[4]。

旅游经济与生态环境之间存在相互促进和相互制约的辩证关系，两者的协调有序发展是社会可持续发展的重要目标[1]。因此，定量分析旅游经济与生态环境的耦合协调程度，对区域旅游业发展及生态环境保护有更现实的需要。目前，海南省作为旅游经济和生态环境结合十分紧密的典型区域尚未得到学者关注。本文借鉴物理学的耦合协调模型，研究海南省旅游经济和生态环境的耦合协调关系，为海南在全域旅游示范省的建设背景下旅游经济与生态环境协调稳定发展提供支撑。

在公式（17）中，T=250℃，T0=30℃，Ta=35℃[5]时，在给定的道路条件和环境条件下，如果车速保持一定，在一定道路坡度i下辅助车道的位置就可以用式（17）确定。由公式（7）计算出在相应挡位和车速下排气制动与液力缓速器联合制动时的下坡能力，得出i大于5%时图中所示挡位和车速有行车制动器参与制动。如图2-5是重型汽车在不同变速器和液力缓速器挡位下，以不同车速下坡时相应的坡度对应的安全下坡距离，即制动器温度刚升到250℃时的下坡距离，安全下坡距离可以作为辅助减速车道设置的参考位置。

图2 联合制动下不同坡度对应的安全下坡距离

图3 联合制动下不同坡度对应的安全下坡距离

图4 联合制动下不同坡度对应的安全下坡距离

图5 联合制动下不同坡度对应的安全下坡距离

4 结论

本文为解决重型汽车在长大下坡路段长时间制动导致制动器失效的问题对辅助减速车道的位置设计进行研究。本文首先讨论了排气制动与液力缓速器联合作用制动特性研究，对排气制动与液力缓速器联合制动作用下不同车速的下坡能力进行分析，得出公式（7），可以分析各挡位不同车速下汽车的下坡度，由此判断行车制动器参与工作的最小坡度。本文对排气制动、液力缓速器制动和制动器制动联合作用下的制动器升温模型进行研究，得到排气制动、液力缓速器制动和制动器制动联合制动作用下制动器温度安全阈值内下坡坡度、车速和坡道坡度之间的关系，由此可以作为辅助车道位置的设计参考。从而可以在保证安全的前提下在长大下坡路段设置最合理的辅助减速车道数量，降低了建造成本，便于辅助减速车道在长大下坡路段的推广。

参考文献

[1] 苏波,方守恩,王俊骅.基于大货车制动性能的山区高速公路坡度坡长限制研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版）,2009,28（2）:287-289.

[2] 袁伟.鼓式制动器温升计算模型及其应用研究[D].西安:长安大学,2003.

[3] 靳恩勇,杜博英.长大下坡货车制动器温度模型[J].公路交通科技,2011,28（2）:133-136．

[4] 张云龙,谷彩红.高速公路连续长大下坡互通减速车道长度设计研究[J].公路与汽运, 2013(03): 87-89+126.

[5] 王志新.基于汽车行驶安全特性的山区公路连续长大下坡路段辅助减速车道研究[D].陕西:长安大学,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

中图分类号：U463

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2019)14-80-04

作者简介：袁晓磊，硕士，工程师，就读于长安大学，主要研究车辆主动安全技术。

*基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFC08 03904）；陕西省重点产业创新链（群）项目（2018ZDCXL-GY-05- 03-01）资助。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.025