长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法

摘要

本发明公开了一种长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法，包括以下步骤：获取采用点刹每次造成轮毂上升温度t

说明书

技术领域

本发明属于公路线路设计技术领域，具体涉及一种长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法。

背景技术

全国山区公路多数危险路段存在着长大纵坡情况，长大纵坡路段始终是重大交通事故高发路段。对于山区公路的连续长、陡下坡路段，货车制动失效导致的重特大交通事故占比较高。当前在山区高速公路的设计和运营管理中，连续长大纵坡的行车安全风险已成为重大技术问题，得到各方的高度重视。

在公路连续长、陡下坡路段路线设计时，需要考虑因驾驶员连续刹车，造成货车轮毂温度持续升高而导致货车制动失效而引发交通事故的可能。当前公路路线的设计流程是，根据路线纵断面方案设计数据，采用现有的货车轮毂温度预测方法，计算货车在下坡过程中轮毂温度上升的情况。如果货车轮毂的温度超出预定值，就认为存在制动失效的风险，将调整路线纵断面的坡度、坡长等设计参数，或者采用在相应位置设置避险车道和其它交通管理控制措施，以降低行车安全风险。

目前，现有的货车轮毂温度预测方法，只与路线纵断面的坡度、坡长和平均纵坡相关，单纯统计分析了货车在下坡时，纵断面设计数据与轮毂温度上升的关系。加速、制动与转向是驾驶员控制车辆正常行驶的主要方法，为了确保车辆在预设的轨迹内行驶，避免车辆驶出车道，与障碍物或其他车辆相撞，驾驶员必须控制车速，而刹车制动是控制车速的直接手段。驾驶员采取的刹车制动行为是货车轮毂温度上升的直接原因，其它都是间接原因。而现有的预测方法没有以此为基础，同时也没有考虑路线平面曲线、交通服务水平和构造物设置等环境因素以及实际载重相比额定载重对货车制动性能的影响，这些都是现有货车轮毂温度预测方法需要改进的方面。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的不足，提供一种长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法，能够更加准确全面地预测货车经过一段路线后的轮毂温度。

为实现上述目的，本发明所设计的长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法包括以下步骤：步骤1)，获取驾驶员采用点刹每次造成轮毂上升温度t_p和采用持续刹车单位时间产生的轮毂上升温度t_k；步骤2)，确定辅助制动对刹车行为的修正系数k_a和交通服务水平对刹车行为的修正系数k_f；步骤3)，根据平纵面、坡长、构造物状况将长大纵坡路线划分为n个单元路线段；步骤4)，根据每个单元路线段的纵面路段的不同坡度和坡长，确定单元路线段内驾驶员将采用的点刹次数n_z和持续刹车时间m_z；步骤5)，根据每个单元路线段的平面路段的不同平曲线半径和曲线长度，确定驾驶员将采用的点刹次数n_p和持续刹车时间m_p；步骤6)，根据每个单元路线段上不同的构造物类型和长度，确定驾驶员将采用的点刹次数n_g和持续刹车时间m_g；步骤7)，确定点刹次数修正系数k_op和持续刹车时间修正系数k_og；步骤8)，根据公式ΔT_i＝(n_p+n_z+n_g)*k_op*t_p+(m_p+m_z+m_g)*k_ok*t_k逐段计算每个单元路线段的货车轮毂温度变化ΔT_i，其中：采用点刹每次造成轮毂上升温度t_p单位为℃，采用持续刹车单位时间产生的轮毂上升温度t_k单位为℃/s，为应对单元平面曲线变化采取持续刹车时间之和m_p单位为s，为应对单元纵断面的变化采取的持续刹车时间之和m_z单位为s，为应对单元设置的构造物采取的持续刹车时间之和m_g单位为s。

作为优选方案，所述方法进一步包括以下步骤：步骤9)，根据每个单元路线路段的轮毂温度变化ΔT_i，结合辅助制动对刹车行为的修正系数k_a和交通服务水平对刹车行为的修正系数k_f进行修正叠加，按照公式来计算整个路线的货车轮毂预测温度T_n，T₀为进入长大纵坡路线前的轮毂初始温度，单位为℃。

作为优选方案，所述方法进一步包括以下步骤：步骤9a)，根据公式来计算整个路线的货车轮毂预测温度T_n，T₀为进入长大纵坡路线前的轮毂初始温度，单位为℃。

作为优选方案，在进入长大纵坡路线前为山区高速公路时，所述轮毂初始温度T₀在100℃以上取值；在进入长大纵坡路线前为平缓路线或很少纵坡路的段行驶时，所述轮毂初始温度T₀在60℃～80℃取值。

作为优选方案，所述步骤1)进一步包括以下步骤：步骤1.1)，根据长纵坡路线的平纵面、坡长、构造物状况，通过实地的调研和勘查选择合适的测试路段；步骤1.2)，调查测试路段所属地区的历史数据以及实际调研数据，确定路段地区主要车辆类型或主导车型作为测试货车；步骤1.3)，将测试货车装货至接近标准载重后开至测试路段坡顶，尽量保持匀速下坡，读取并记录测试货车轮毂初始温度，并且每到百米桩号牌读取记录温度数据；步骤1.4)，根据关系式ΔT＝n*t_p+m*t_k计算得到驾驶员采用点刹每次造成轮毂上升温度t_p和采用持续刹车单位时间产生的轮毂上升温度t_k。

作为优选方案，在所述步骤1.1)中，测试路段满足以下要求：测试路段长度超过10km；测试路段保持连续的下坡且平均纵坡不能过小。

作为优选方案，在所述步骤1.3)中，将红外测温仪及测速仪安装固定在测试货车上，每隔100米读取一次红外测温仪的温度数据并同时记录测速仪显示的行驶距离、下坡车速。

作为优选方案，在所述步骤1.4)中，通过多组测试得到的轮毂上升温度ΔT，行驶过程中点刹次数n和持续刹车时长m通过记录员记录并通过测速仪进行校正，根据关系式ΔT＝n*t_p+m*t_k反算获取驾驶员采用点刹每次造成轮毂上升温度t_p和采用持续刹车单位时间产生的轮毂上升温度t_k。

作为优选方案，在所述步骤2)中，辅助制动对刹车行为的修正系数k_a、交通服务水平对刹车行为的修正系数k_f通过第i单元路线段的轮毂温度T_i＝T_i-1+ΔT_i*k_a*k_f进行数据回归，反算拟合得到。

作为优选方案，在所述步骤4)、步骤5)、步骤6)中，为应对单元纵断面的变化采取的点刹次数n_z、为应对单元纵断面的变化采取的持续刹车时间m_z、为应对单元平面曲线变化采取的点刹次数n_p、为应对单元平面曲线变化采取的持续刹车时间m_p、为应对单元设置的构造物采取的点刹次数n_g、为应对单元设置的构造物采取的持续刹车时间m_g根据相似单元路段历史统计资料、试验数据与经验值综合确定；在所述步骤7)中，根据对应单元路线段的温度数据与重叠路段刹车情况通过回归拟合得到点刹次数修正系数k_op和持续刹车时间修正系数k_ok。

本发明的有益效果是：本发明所设计的长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法以驾驶员刹车行为作为计算货车轮毂预测温度的核心，将路线设计的平纵面设计数据、构造物设置与驾驶员将采取的刹车行为关联起来，从而计算货车轮毂预测温度；除了考虑路线纵断面设计因素外，还考虑了路线平面设计因素和构造物设置因素，能够更好反应路线各方面设计因素对计算货车轮毂预测温度的影响；考虑了采用的不同辅助制动手段对计算货车轮毂预测温度的影响；考虑了不同的交通服务水平对计算货车轮毂预测温度的影响。

附图说明

图1为本发明优选实施例的长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法的流程图。

图2为本发明优选实施例的长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法中步骤1的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，其为本发明优选实施例的长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法的流程图。长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法以对某长大纵坡路段是否需设置避险车道或采取其它交通管理控制措施进行货车轮毂温度预测，其具体步骤如下：

步骤1)，获取驾驶员采用点刹每次造成轮毂上升温度t_p和采用持续刹车单位时间产生的轮毂上升温度t_k。

步骤1.1)，根据长纵坡路线的平纵面、坡长、构造物状况，通过实地的调研和勘查选择合适的测试路段。

测试路段的选择原则如下：①选择路段超过10km；②路段保持连续的下坡，且平均纵坡不宜过小；③在终点段有休息站、停车区或类似的地点可以停放车辆，重新转弯上坡。

步骤1.2)，调查测试路段所属地区的历史数据以及实际调研数据，确定路段地区主要车辆类型或主导车型作为测试货车。

通过查阅相关规定和测试路段地区运管局数据确定货车标准载重，确定路段地区主要车辆类型或主导车型作为测试货车，并准备测试货车和当地具有丰富经验的货车驾驶员。

步骤1.3)，将测试货车装货至接近标准载重后开至测试路段坡顶，尽量保持匀速下坡，读取并记录测试货车轮毂初始温度，并且每到百米桩号牌读取记录温度数据。

将红外测温仪及测速仪安装固定在测试货车上，并根据室温检验红外测温仪和测速仪是否能够正常工作。将测试货车装货至接近标准规载重后开至坡顶，尽量保持匀速下坡。读取并记录测试货车制动鼓初始温度，并且每到百米桩号牌读取记录温度数据，在没有桩号牌路段，根据测速仪显示的距离，每隔100米左右读一次红外测温仪的温度数据，同时记录测速仪显示的行驶距离、下坡车速，测试货车仪表盘车速，并且记录测试货车的变速器档位变化情况；试验车到达坡底后，出终点站并返回坡顶。

将驾驶员刹车行为分为点刹和持续刹车，点刹以次数计，持续刹车以持续时间计，标定代表货车车型在预想运行速度条件下和在标准载重情况下。

如此反复，保证测试货车在不同交通服务水平下，分别以不同辅助指导方式下坡多组，得到交通服务水平和辅助制动方式对轮毂温度的影响。

步骤1.4)，根据关系式ΔT＝n*t_p+m*t_k计算得到驾驶员采用点刹每次造成轮毂上升温度t_p和采用持续刹车单位时间产生的轮毂上升温度t_k。

通过多组测试得到的轮毂上升温度ΔT，行驶过程中点刹次数n和持续刹车时长m，根据关系式ΔT＝n*t_p+m*t_k反算获取驾驶员采用点刹每次造成轮毂上升温度t_p和采用持续刹车单位时间产生的轮毂上升温度t_k。

行驶过程中点刹次数n和持续刹车时长m通过与驾驶员沟通紧密的记录员记录，并通过测速仪进行校正。

步骤2)，确定辅助制动对刹车行为的修正系数k_a和交通服务水平对刹车行为的修正系数k_f。

辅助制动手段包括发动机制动或排气制动等手段。发动机制动是指挂低档，让车利用低档位的惯性制动的制动手段。不同的交通服务水平指的“畅通、基本畅通、轻度拥堵、中度拥堵、严重拥堵”等几种。

辅助制动对刹车行为的修正系数k_a、交通服务水平对刹车行为的修正系数k_f通过多个单元路线段测试测得温度值与相应的不同辅助手段建立的关系式，第i单元路线段的轮毂温度T_i＝T_i-1+ΔT_i*k_a*k_f进行数据回归，反算拟合得到。

步骤3)，根据平纵面、坡长、构造物状况将长大纵坡路线划分为n个单元路线段。

步骤4)，根据每个单元路线段的纵面路段的不同坡度和坡长，确定单元路线段内驾驶员将采用的点刹次数n_z和持续刹车时间m_z。

根据相似单元路段历史统计资料、试验数据与经验值综合确定为应对单元纵断面的变化采取的点刹次数n_z、为应对单元纵断面的变化采取的持续刹车时间m_z。

步骤5)，根据每个单元路线段的平面路段的不同平曲线半径和曲线长度，确定驾驶员将采用的点刹次数n_p和持续刹车时间m_p。

根据相似单元路段历史统计资料、试验数据与经验值综合确定为应对单元平面曲线变化采取的点刹次数n_p、为应对单元平面曲线变化采取的持续刹车时间m_p。

步骤6)，根据每个单元路线段上不同的构造物类型和长度，确定驾驶员将采用的点刹次数n_g和持续刹车时间m_g。

根据相似单元路段历史统计资料、试验数据与经验值综合确定为应对单元设置的构造物采取的点刹次数n_g、为应对单元设置的构造物采取的持续刹车时间m_g。

步骤7)，确定点刹次数修正系数k_op和持续刹车时间修正系数k_og。

对于平面、纵面或桥隧等构造物重叠的路段，存在点刹次数与持续刹车时间的重复计算。通过对应单元路线段的温度数据与重叠路段刹车情况，可通过回归拟合得到点刹次数修正系数k_op和持续刹车时间修正系数k_ok。

步骤8)，根据公式ΔT_i＝(n_p+n_z+n_g)*k_op*t_p+(m_p+m_z+m_g)*k_ok*t_k逐段计算每个单元路线段的货车轮毂温度变化ΔT_i。

在每个单元路线段的货车轮毂温度变化ΔT_i的下列计算公式

ΔT_i＝(n_p+n_z+n_g)*k_op*t_p+(m_p+m_z+m_g)*k_ok*t_k，

其中：

t_p——每次点刹产生的轮毂上升温度，单位℃；

t_k——持续刹车单位时间产生的轮毂上升温度，单位℃/s；

n_p——为应对单元平面曲线变化，采取的点刹次数之和；

m_p——为应对单元平面曲线变化，采取持续刹车时间之和，单位s；

n_z——为应对单元纵断面的变化，采取的点刹次数之和；

m_z——为应对单元纵断面的变化，采取的持续刹车时间之和，单位s；

n_g——为应对单元设置的构造物，采取的点刹次数之和；

m_g——为应对单元设置的构造物，采取的持续刹车时间之和，单位s；

k_op——单元路段平面、纵面和构造物设置重叠对点刹次数的修正系数；

k_ok——单元路段平面、纵面和构造物设置重叠对持续刹车时间之和的修正系数。

步骤9)，根据每个单元路线路段的轮毂温度变化ΔT_i，结合辅助制动对刹车行为的修正系数k_a和交通服务水平对刹车行为的修正系数k_f进行修正叠加，按照公式来计算整个路线的货车轮毂预测温度T_n。

在第1单元路线路段的轮毂温度T₁时，第1路线段起点轮毂温度为货车轮毂的初始温度T₀，是货车在进入长大纵坡之前在常规路段行驶一段时间之后的温度。轮毂初始温度T₀的取值与货车在进入长大纵坡之前的行驶行为密切相关，通过经验值、历史数据或试验确定。

对于山区高速公路，由于货车在进入长大纵坡前存在较多平纵曲线路段的刹车行为，会使制动器温度升高，T₀一般在100℃以上取值；而对于长大纵坡前，货车一直保持在平缓或很少纵坡路的段行驶时，T₀可在60℃～80℃左右取值。

由于本发明的长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法用于验证设计路线的安全性，步骤9)中也可通过各单元路线段的近似轮毂平均温度来预测：

步骤9a)，若划分的各单元路段行车路况与刹车行为近似相同，可根据公式来计算整个路线的货车轮毂预测温度T_n。

若整个路线预测货车轮毂温度T_n超过刹车制动摩擦片适宜工作温度上限T_max(一般为260°)，则设计路线需考虑设置避险车道或采取其它交通管理控制措施。

下面就某已建成的长大纵坡路段进行货车轮毂温度预测，操作步骤如下，整个路线长大纵坡段起始里程桩号为K89+100，选择试验路段终点桩号为K96+700，现就具体计算说明如下：

轮毂初始温度T₀为72.3°，试验路段分为10段(n段)，根据试验统计每段路线段(第i路线段)，单元平面曲线变化时采取的点刹次数n_p为3次，单元纵断面变化时采取的点刹次数n_z为6次，单元设置的构造物对应采取的点刹次数n_g为2次，每次点刹导致货车轮毂上升温度t_p为0.5℃；单元平面曲线变化时采取的持续刹车时间m_p之和平均为15s，纵断面变化时持续刹车时间m_z平均为25s，单元设置的构造物对应采取的持续刹车时间m_g平均为12s，持续刹车每秒轮毂上升温度t_k为0.2℃。由单元路段数据，回归得到k_op＝0.8，k_ok＝0.9。对于试验路段交通服务水平处于畅通，修正系数k_a取为1；采用发动机辅助制动刹车行为修正系数k_f取为1，采用排气辅助制动刹车行为修正系数取0.8。

计算第i路线段的货车轮毂温度变化：

ΔT_i＝(n_p+n_z+n_g)*k_op*t_p+(m_p+m_z+m_g)*k_ok*t_k＝(3+6+2)*0.8*0.5℃+(15+25+12)*0.9*0.2℃＝13.76℃

整个路线段的近似轮毂平均温度：

经实地测量取20组试验数据去掉偏离较大结果，平均温度为207°，采用本发明的长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法得到的结果与实验结果吻合较好。

需要指出的是，若设计路段所处地区主导车型及标准载重、对于不同单元路段纵坡所需采用点刹次数n和持续刹车时长m、点刹每次造成轮毂上升温度t_p、采用持续刹车单位时间产生的轮毂上升温度t_k、辅助制动对刹车行为的修正系数k_a、交通服务水平对刹车行为的修正系数k_f等可以通过经验值、既往试验和历史数据确定，则可直接进行步骤3)～步骤9)的计算，否则需进行步骤1)进行实测得到相关数据。

与现有技术相比，本发明的长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法具有以下特点：

(1)本方法计算概念更加清晰，明确了以驾驶员刹车行为作为计算货车轮毂预测温度的核心，将路线设计的平纵面设计数据、构造物设置与驾驶员将采取的刹车行为关联起来，从而计算货车轮毂预测温度。

(2)本方法考虑因素更加全面，除了考虑路线纵断面设计因素外，还考虑了路线平面设计因素和构造物设置因素，能够更好反应路线各方面设计因素对计算货车轮毂预测温度的影响。

(3)本方法考虑了采用的不同辅助制动手段对计算货车轮毂预测温度的影响。

(4)本方法考虑了不同的交通服务水平对计算货车轮毂预测温度的影响。

本发明的长大纵坡路线基于刹车行为的货车轮毂温度预测方法，适用于设计人员在公路路线长大下坡设计时，利用设计的路线平纵面方案和相关环境因素，根据驾驶员可能采取的刹车行为，预测货车轮毂温度上升的情况，来判断货车刹车失灵的可能性，从而评估路线方案的行车安全风险，以作为调整设计方案或采取相应的交通工程管理措施的依据。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。