一種貨車長下坡行駛制動器溫升預(yù)測方法
【專利說明】-種貨車長下坡行駛制動器溫升預(yù)測方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于車輛運(yùn)行狀況預(yù)測領(lǐng)域，具體設(shè)及一種貨車長下坡行駛制動器溫升預(yù) 測方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 我國是一個多山的國家，山區(qū)面積占到全國面積的2/3,山區(qū)公路在中國公路網(wǎng)中 所占比例較大，且大都是根據(jù)自然地理?xiàng)l件修筑，很多修筑在山嶺重丘中。受到地形、地質(zhì) 等條件限制，5%~8%的坡道所占比例較大，運(yùn)些坡道短則幾公里，長則幾十公里。隨著山 區(qū)公路通車?yán)锍毯蜋C(jī)動車數(shù)量的逐年增長，道路交通事故也在逐年上升，尤其是設(shè)及重型 貨車的特大交通事故時有發(fā)生。
[0003]汽車在長下坡路段行駛時，由于車輛高度下降，自身重力勢能將轉(zhuǎn)化為動能。當(dāng)在 較長坡道上制動時，由于持續(xù)制動，制動器溫度上升很快，當(dāng)溫度達(dá)到300°C，摩擦力矩會顯 著下降，出現(xiàn)"熱衰退"現(xiàn)象。當(dāng)超過600°C，就有可能發(fā)生制動失效。尤其是對于裝配了鼓式 制動器的中、重型貨車，連續(xù)下坡造成的制動器"熱衰退"是引發(fā)交通事故的主要因素。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種貨車長下坡行駛制動器溫升預(yù)測方 法，基于貨車平路制動器升溫和降溫理論，來預(yù)測某一速度和坡度下制動器溫度的變化，為 提高汽車行駛安全性能提供重要的理論依據(jù)。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括W下步驟：
[0006]步驟一，建立平路制動器升溫過程的數(shù)學(xué)模型；
[0007] W平路制動為條件，制動器摩擦產(chǎn)生熱量的95%被制動鼓吸收，升溫模型為，
[000引
[0009] 其中，T+為制動停車后制動器溫度，T日為開始制動時制動器溫度，ε為修正系數(shù)，mg 為制動鼓的質(zhì)量，cg為制動鼓的比熱容，η為制動器個數(shù)，U日為汽車制動初速度，m為汽車總質(zhì) 量，F(xiàn)b為行車制動器產(chǎn)生的制動力，F(xiàn)f為滾動阻力，F(xiàn)w為空氣阻力，F(xiàn)b_cnn為持續(xù)制動力，S為制 動距離；
[0010] 步驟二，建立平路制動器降溫過程的數(shù)學(xué)模型；
[0011] W平路制動為條件，升溫模型為，
[0012]
[0013]其中，
[0014]
[001引T-為制動停車后制動器溫度，T%為開始時制動器溫度，Ta為制動鼓周圍的平均溫 度，A2為制動鼓外表面面積，Ua為車速；
[0016] 步驟Ξ，基于平路制動器升溫過程的數(shù)學(xué)模型和平路制動器降溫過程的數(shù)學(xué)模 型，建立坡道運(yùn)行制動器升溫過程的數(shù)學(xué)模型；
[0017] W車輛下坡行駛為條件，溫升模型為，
[0024] 其中，U為平均速度，i為坡度。
[0025] 所述步驟一中，還包括確定制動器升溫過程條件；
[0026] 所述制動器升溫過程條件為，汽車在水平道路上行駛，當(dāng)駕駛員采取制動措施時， 車輛受到行車制動力、滾動阻力、空氣阻力和持續(xù)制動力作用而減速，為了消除制動過程中 制動器的散熱因素，在整個減速過程中，駕駛員采取緊急制動措施，制動時間短，制動距離 短，因此可W忽略制動過程制動器散熱因素，并且由于制動器制動力和車速無關(guān)，所W可認(rèn) 為在貨車制動過程中制動力不變。
[0027] 所述步驟一中，還包括確定制動器的溫升機(jī)理；
[00%]所述制動器的溫升機(jī)理為，
[0029]
[0030] 所述步驟二中，還包括確定制動器降溫過程條件；
[0031] 所述制動器降溫過程條件為，根據(jù)制動器熱力學(xué)理論，制動鼓的散熱方式主要有 熱傳導(dǎo)、熱對流和熱福射Ξ種;不采取制動時，制動鼓散熱過程中和周圍其它固態(tài)接觸面積 較小則熱傳導(dǎo)散熱量較小，并且制動鼓與周圍空氣溫差不大，因此熱福射散熱量也較小，本 模型主要研究熱對流對制動器溫度的影響，忽略熱傳導(dǎo)和熱福射散熱量。
[0032] 所述步驟二中，還包括確定制動器降溫機(jī)理；
[0033] 所述制動器降溫機(jī)理為，制動鼓因周圍空氣的散熱而降溫，運(yùn)用牛頓冷卻公式來 計(jì)算對流換熱量。
[0034] 所述步驟Ξ中，還包括確定升溫過程條件；
[0035] 所述升溫過程條件為，坡道運(yùn)行制動器溫升過程由升溫和降溫兩個過程組成。
[0036] 所述步驟Ξ中，還包括確定制動器溫升機(jī)理；
[0037] 所述制動器溫升機(jī)理為，在坡道行駛過程中，制動器升溫的能量是由重力勢能和 動能共同轉(zhuǎn)化而來。
[0038] 所述步驟一和步驟二中，建立數(shù)學(xué)模型后進(jìn)行模型驗(yàn)證。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于貨車平路行駛制動器升溫和降溫的理論，建立了基 于平路制動器升溫過程的數(shù)學(xué)模型和平路制動器降溫過程的數(shù)學(xué)模型，能夠便捷快速的計(jì) 算在某一速度和坡度下行駛的貨車制動時的制動器溫升，不僅可W預(yù)測分段制動時制動器 溫升，而且可W預(yù)測連續(xù)制動時制動器溫升;本發(fā)明具有預(yù)測精度良好的優(yōu)點(diǎn)，并且降低了 試驗(yàn)成本，易于實(shí)施，本發(fā)明為公路設(shè)計(jì)和建設(shè)部口在坡道線型設(shè)計(jì)方面提供了試驗(yàn)總結(jié) 和理論基礎(chǔ)，并且為提高汽車行駛安全性能提供重要的理論依據(jù)。 【【附圖說明】】
[0040] 圖1為汽車平路制動受力分析圖；
[0041]圖2為本發(fā)明模型仿真結(jié)果與平路試驗(yàn)制動器溫升第3軸試驗(yàn)結(jié)果對比圖；
[0042]圖3為本發(fā)明模型仿真結(jié)果與平路試驗(yàn)制動器降溫第3軸試驗(yàn)結(jié)果對比圖；
[0043]圖4為本發(fā)明模型仿真結(jié)果與第一次坡道試驗(yàn)制動器溫升第3軸試驗(yàn)結(jié)果對比圖；
[0044]圖5為本發(fā)明模型仿真結(jié)果與第二次坡道試驗(yàn)制動器溫升第3軸試驗(yàn)結(jié)果對比圖；
[0045]圖6為本發(fā)明模型仿真結(jié)果與長下坡變坡度時第3軸制動器升溫試驗(yàn)結(jié)果對比圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0046]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0047]本發(fā)明包括W下步驟：
[0048]步驟一，建立平路制動器升溫過程的數(shù)學(xué)模型；
[0049] 1)確定制動器升溫過程條件；
[0050]所述制動器升溫過程條件為，汽車在水平道路上行駛，當(dāng)駕駛員采取制動措施時， 車輛受到行車制動力、滾動阻力、空氣阻力和持續(xù)制動力作用而減速，為了消除制動過程中 制動器的散熱因素，在整個減速過程中，駕駛員采取緊急制動措施，制動時間短，制動距離 短，因此可W忽略制動過程制動器散熱因素，并且由于制動器制動力和車速無關(guān)，所W可認(rèn) 為在貨車制動過程中制動力不變。
[0051] 2)確定制動器的溫升機(jī)理；
[0052] 所述制動器的溫升機(jī)理為，
[0化3]
[0054] 3)確定制動器參數(shù)及修正系數(shù)：
[0055]制動器參數(shù)及修正系數(shù)由文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)校正，并用于建立能量守恒方程。
[0056]4)W平路制動為條件，制動器摩擦產(chǎn)生熱量的95%被制動鼓吸收，升溫模型為，
[0化7]
[005引其中，T+為制動停車后制動器溫度，To為開始制動時制動器溫度，ε為修正系數(shù)，mg為制動鼓的質(zhì)量，cg為制動鼓的比熱容，η為制動器個數(shù)，U日為汽車制動初速度，m為汽車總質(zhì) 量，F(xiàn)b為行車制動器產(chǎn)生的制動力，F(xiàn)f為滾動阻力，F(xiàn)w為空氣阻力，F(xiàn)b_c。。為持續(xù)制動力，s為制 動距離；
[0化9] 5)模型驗(yàn)證；
[0060] 本內(nèi)容目的在于通過制動器平路升溫試驗(yàn)，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)確性。
[0061] 由于在平路制動試驗(yàn)過程中，制動時間短、制動距離短、沒有持續(xù)制動力參與制 動，因此可忽略滾動阻力、空氣阻力和持續(xù)制動力作的功。則平路制動器升溫模型可轉(zhuǎn)化 為：
[0062]
[0063] 本試驗(yàn)選擇東風(fēng)天龍DFL4251A9型牽引車，CSQ9401GYY型罐式半掛車第3軸制動器 為研究對象。在試驗(yàn)過程中，每次試驗(yàn)是連續(xù)的，即連續(xù)加速制動，因此忽略制動器在整個 試驗(yàn)過程的散熱情況。根據(jù)上述理論模型預(yù)測第Ξ軸制動器溫度，并將模型仿真溫度與試 驗(yàn)獲得的制動器升溫對比。對比結(jié)果如表1和圖2所示。
[0064] 表1平路制動器升溫第3軸試驗(yàn)結(jié)果與模型仿真結(jié)果對比
[00化]
[0066] 本試驗(yàn)過程中，第3軸制動器經(jīng)過20次制動，制動器溫度從30.06°C上升至161.05 °C。整個制動過程中，汽車動能轉(zhuǎn)化為整車制動能量，即制動鼓吸收的能量。仿真結(jié)果與試 驗(yàn)結(jié)果最大相對誤差為4.90%，因此說明制動器升溫模型能夠比較準(zhǔn)確的反應(yīng)制動器升溫 特性。
[0067]步驟二，建立平路制動器降溫過程的數(shù)學(xué)模型；
[0068] 1)確定制動器降溫過程條件；
[0069]所述制動器降溫過程條件為，根據(jù)制動器熱力學(xué)理論，制動鼓的散熱方式主要有 熱傳導(dǎo)、熱對流和熱福射Ξ種;不采取制動時，制動鼓散熱過程中和周圍其它固態(tài)接觸面積 較小則熱傳導(dǎo)散熱量較小，并且制動鼓與周圍空氣溫差不大，因此熱福射散熱量也較小，本 模型主要研究熱對流對制動器溫度的影響，忽略熱傳導(dǎo)和熱福射散熱量；
[0070] 2)確定制動器降溫機(jī)理；
[0071]所述制動器降溫機(jī)理為，制動鼓因周圍空氣的散熱而降溫，運(yùn)用牛頓冷卻公式來 計(jì)算對流換熱量；
[0072] 3)確定方程各相關(guān)系數(shù)：
[0073]方程各相關(guān)系數(shù)由文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)校正，并用于建立能量守恒方程。
[0074]4)W平路