基于长大纵坡路段制动鼓温度预测及路段风险评估方法技术

本发明专利技术涉及基于长大纵坡路段制动鼓温度预测及路段风险评估方法，采集实验数据；构建由长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化模型及基于驾驶行为引起的制动鼓温度误差模型；基于上述两个模型构建长大纵坡路段的制动鼓温度变化模型，利用其预测受长大纵坡路段线形及驾驶行为影响的货车制动鼓温度。并以货车制动鼓温度来确定长大纵坡路段的风险等级。本发明专利技术在对货车制动鼓温度进行预测时同时考虑到长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化以及驾驶员的在长达连续纵坡路段的驾驶行为引起的制动鼓温度变化，从而提高了制动鼓温度变化预测的准确性。也进一步提高了长大纵坡路段的风险评估准确性，进而确保长大纵坡路段设计的合理性。合理性。合理性。

【技术实现步骤摘要】
基于长大纵坡路段制动鼓温度预测及路段风险评估方法


[0001]本专利技术属于道路安全评估领域，具体涉及基于长大纵坡路段制动鼓温度预测及路段风险评估方法。

技术介绍

[0002]鼓式制动器在凸轮促动力作用下推动制动蹄围绕销轴旋转并张开一定角度，固定于制动蹄上的摩擦衬片则会挤压制动鼓内表面，从而产生反向的力矩，最终实现车辆减速的效果。
[0003]根据能量守恒定律，在汽车在下坡过程中，如果驾驶人不采取加速操作，那么转化成的其他能量主要有汽车下坡时的克服滚动阻力做的功(轮胎非抱死)，抵抗风阻做的功，发动机制动功以及制动器的摩擦生热等能量。以能量守恒定律为基础，认为在长大纵坡路段总吸热量等于总放热量，进而求解温度方程：制动器产生的热流率主要是克服纵坡路段重力势能产生，在克服行车阻力消耗的热流率后剩余部分被制动鼓吸收，同时制动鼓也在通过热辐射和对流换热的形式散热。
[0004]货车在一般路段行车的情况下，制动鼓的温度一般不会超过200℃，制动性能始终处于良好状态。然而当车辆在连续纵坡路段行驶时，驾驶人为保证行车安全会进行较长时间、连续地制动，主制动器温度常常达到 300℃以上，在特殊情况下甚至高至500℃以上。研究结果表明，当制动鼓的温度不超过 200℃时，车辆主制动器的制动性能处于良好状态。当温度超过500℃，车辆主制动器制动力降低，近似为零，使得主制动器的制动效能完全丧失。
[0005]货车制动失灵失效是导致长大纵坡路段事故的最主要原因。当货车在连续下坡路段频繁使用制动时，制动鼓的温度会持续的升高，摩擦蹄变形，使得制动鼓的摩擦系数急剧减小，导致货车在下坡路段的制动效能显著下降的现象，称为货车制动效能的热衰退。为保持一个安全的运行状态，驾驶员通常会选择持续制动来降低车速，从而导致货车制动器的温度在运行过程中始终处于上升趋势，热衰退现象明显，当温度过高时甚至会发生货车完全丧失制动能力的现象，造成交通事故。
[0006]相关研究表明，因货车的制动效能发生热衰退而引起的交通事故，大多发生高速公路长大连续下坡路段，长大纵坡路段的线形条件是引起货车制动鼓失效的主要原因之一。但实际情况中，驾驶员所处的道路环境条件以及驾驶员的驾驶行为，对货车主制动器出现热衰退现象均有着较大的影响。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术中认为长大纵坡路段的线形条件是引起货车制动鼓失效的唯一原因的问题，提出一种基于长大纵坡路段制动鼓温度预测及路段风险评估方法，在对货车制动鼓温度进行预测时同时考虑到长大纵坡路段的线形条件及基于该道路环境驾驶员采取的驾驶行为，提高制动鼓温度预测的准确性，从而提高长大纵坡路段风险评估的准确性。
[0008]为达到上述专利技术目的，本专利技术提供一种基于长大纵坡路段制动鼓温度预测方法，包括以下步骤：步骤1：采集实验数据；所述实验数据包括货车行驶于长大纵坡路段时制动鼓初始温度、制动鼓淋水辅助后的水膜温度、货车制动器耗热能功率、对流换热系数、制动鼓外表面积、制动鼓质量及制动鼓比热容；步骤2：构建由长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化模型，模型公式如下：式中：为基于长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化量；为制动鼓初始温度；为水膜温度；为货车制动器耗热能功率；为对流换热系数；为制动鼓外表面积；为制动鼓质量；为制动鼓比热容；为货车运行初始时刻；为货车运行结束时刻；步骤3：构建基于驾驶行为引起的制动鼓温度误差模型，包括：步骤31：根据制动鼓实时温度及基于长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化量，确定温度误差项，所述温度误差项为随机变量，其概率密度函数为：式中：为t时刻的温度误差项；表示服从正态分布时的标准差；表示服从正态分布时的均值；步骤32：对温度误差项进行数据处理，使其服从正态分布，确定服从正态分布的均值及标准差，则基于驾驶行为引起的制动鼓温度误差项模型公式如下：式中：为基于驾驶行为引起的制动鼓温度误差项；N为关于t的正态分布函数；步骤4：构建长大纵坡路段的制动鼓温度变化模型，利用其预测受长大纵坡路段线形及驾驶行为影响的货车制动鼓温度，所述长大纵坡路段的制动鼓温度变化模型公式如下：式中：为长大纵坡路段的制动鼓温度变化量。
[0009]在一个实施例中，所述步骤1中，采集实验数据还包括货车行驶于长大纵坡路段时的实时行驶速度、实际制动力、长大纵坡路段的路段最优行驶速度以及行驶路段长度；所述步骤32中服从正态分布的均值及标准差计算方式如下：
式中：为实际制动力；为驾驶人紧急制动力最小值（20N）；为速度离差，即货车实时行驶速度与长大纵坡路段的路段最优行驶速度的差值；s为行驶路段长度（km）。
[0010]在一个实施例中，所述步骤4中，对货车制动鼓温度进行预测时，基于驾驶行为引起的制动鼓温度误差模型以正态分布45%~55%分位的随机值作为制动鼓温度误差项的取值。
[0011]在一个实施例中，所述步骤4中，对货车制动鼓温度进行预测时，将基于驾驶行为引起的制动鼓温度误差模型通过“3σ原则”扩大温度误差项取值范围。
[0012]为达到提高对长大纵坡路段风险评估的准确性，本专利技术还提供一种长大纵坡路段风险评估方法，依据上述任意一项所述的基于长大纵坡路段制动鼓温度预测方法预测受长大纵坡路段线形及驾驶行为影响的货车制动鼓温度；当260
°
≤＜300
°
时,认定该行驶路段为潜在行车风险路段；当 ≥300
°
时, 认定该行驶路段为高行车风险路段。
[0013]本专利技术的有益效果在于，本专利技术在对货车制动鼓温度进行预测时同时考虑到长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化以及驾驶员的在长达连续纵坡路段的驾驶行为引起的制动鼓温度变化，从而提高了制动鼓温度变化预测的准确性。也进一步提高了长大纵坡路段的风险评估准确性，进而确保长大纵坡路段设计的合理性，保证货车在该路段驾驶对的安全性。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化。
[0015]图2为本专利技术实施例制动鼓温度误差项频数分布。
[0016]图3为本专利技术实施例中误差项数据处理结果，其中(a)为误差项立方取值；(b)为误差项平方取值；(c)为误差项一次方取值；(d)为误差项开方取值。
[0017]图4为本专利技术实施例中制动鼓温度误差项取值。
[0018]图5为本专利技术实施例中制动鼓温度误差项预测值与实际值对比。
具体实施方式
[0019]下面结合实施例，详细描述本专利技术的技术方案。
[0020]本例以雅西高速拖乌山北坡越岭线51km长大纵坡为例，对本专利技术进行具体阐述及验证。为满足试验的安全性及试验数据的可靠性，根据51km长大纵坡路段平纵线形组合情
况，将试验路段划分为37个单元路段。
[0021]首先采集货车在该长大纵坡路段行驶的各项数据，所述实验数据包括货车行驶于长大纵坡路段时的实时行驶速度、实际制动力、制动鼓初始温度、制动鼓淋水辅助后的水膜温度、货车制动器耗热能功率、对流换热系数、制动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于长大纵坡路段制动鼓温度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集实验数据；所述实验数据包括货车行驶于长大纵坡路段时制动鼓初始温度、制动鼓淋水辅助后的水膜温度、货车制动器耗热能功率、对流换热系数、制动鼓外表面积、制动鼓质量及制动鼓比热容；步骤2：构建由长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化模型，模型公式如下：式中：为基于长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化量；为制动鼓初始温度；为水膜温度； 为货车制动器耗热能功率；为对流换热系数；为制动鼓外表面积；为制动鼓质量；为制动鼓比热容；为货车运行初始时刻；为货车运行结束时刻；步骤3：构建基于驾驶行为引起的制动鼓温度误差模型，包括：步骤31：根据制动鼓实时温度及基于长大纵坡路段线形引起的制动鼓温度变化量，确定温度误差项，所述温度误差项为随机变量，其概率密度函数为：式中：为t时刻的温度误差项；表示服从正态分布时的标准差；表示服从正态分布时的均值；步骤32：对温度误差项进行数据处理，使其服从正态分布，确定服从正态分布的均值及标准差，则基于驾驶行为引起的制动鼓温度误差项模型公式如下：式中：为基于驾驶行为引起的制动鼓温度误差项；N为关于t的正态分布函数；步骤4：构建长大纵坡路段的制动鼓温度变化模型，利用其预测受长大纵坡路段线形及驾驶行为影响的货车制动鼓温度，所述长大纵坡路段的制动鼓温度变化模型公式如下：式中：为长大纵坡路段的制动鼓温度变化量。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：何云勇，何恩怀，高建平，伍毅，
申请(专利权)人：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：