一種貨車長下坡行駛制動器溫升預測方法技術

本發明專利技術公開了一種貨車長下坡行駛制動器溫升預測方法，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學模型和平路制動器降溫過程的數學模型，能夠便捷快速的計算在某一速度和坡度下行駛的貨車制動時的制動器溫升，不僅可以預測分段制動時制動器溫升，而且可以預測連續制動時制動器溫升；本發明專利技術具有預測精度良好的優點，并且降低了試驗成本，易于實施，本發明專利技術為公路設計和建設部門在坡道線型設計方面提供了試驗總結和理論基礎，并且為提高汽車行駛安全性能提供重要的理論依據。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】-種貨車長下坡行駛制動器溫升預測方法
本專利技術屬于車輛運行狀況預測領域，具體設及一種貨車長下坡行駛制動器溫升預 測方法。 【
技術介紹
】 我國是一個多山的國家，山區面積占到全國面積的2/3,山區公路在中國公路網中 所占比例較大，且大都是根據自然地理條件修筑，很多修筑在山嶺重丘中。受到地形、地質 等條件限制，5%~8%的坡道所占比例較大，運些坡道短則幾公里，長則幾十公里。隨著山 區公路通車里程和機動車數量的逐年增長，道路交通事故也在逐年上升，尤其是設及重型 貨車的特大交通事故時有發生。汽車在長下坡路段行駛時，由于車輛高度下降，自身重力勢能將轉化為動能。當在 較長坡道上制動時，由于持續制動，制動器溫度上升很快，當溫度達到300°C，摩擦力矩會顯 著下降，出現"熱衰退"現象。當超過600°C，就有可能發生制動失效。尤其是對于裝配了鼓式 制動器的中、重型貨車，連續下坡造成的制動器"熱衰退"是引發交通事故的主要因素。 【
技術實現思路
】本專利技術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測方 法，基于貨車平路制動器升溫和降溫理論，來預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。為了達到上述目的，本專利技術包括W下步驟：步驟一，建立平路制動器升溫過程的數學模型； W平路制動為條件，制動器摩擦產生熱量的95%被制動鼓吸收，升溫模型為，[000引 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，mg 為制動鼓的質量，cg為制動鼓的比熱容，η為制動器個數，U日為汽車制動初速度，m為汽車總質 量，Fb為行車制動器產生的制動力，Ff為滾動阻力，Fw為空氣阻力，Fb_cnn為持續制動力，S為制 動距離； 步驟二，建立平路制動器降溫過程的數學模型； W平路制動為條件，升溫模型為，其中，[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； 步驟Ξ，基于平路制動器升溫過程的數學模型和平路制動器降溫過程的數學模 型，建立坡道運行制動器升溫過程的數學模型； W車輛下坡行駛為條件，溫升模型為， 其中，U為平均速度，i為坡度。 所述步驟一中，還包括確定制動器升溫過程條件； 所述制動器升溫過程條件為，汽車在水平道路上行駛，當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，所W可認 為在貨車制動過程中制動力不變。 所述步驟一中，還包括確定制動器的溫升機理；所述制動器的溫升機理為， 所述步驟二中，還包括確定制動器降溫過程條件； 所述制動器降溫過程條件為，根據制動器熱力學理論，制動鼓的散熱方式主要有 熱傳導、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接觸面積 較小則熱傳導散熱量較小，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，忽略熱傳導和熱福射散熱量。 所述步驟二中，還包括確定制動器降溫機理； 所述制動器降溫機理為，制動鼓因周圍空氣的散熱而降溫，運用牛頓冷卻公式來 計算對流換熱量。 所述步驟Ξ中，還包括確定升溫過程條件； 所述升溫過程條件為，坡道運行制動器溫升過程由升溫和降溫兩個過程組成。 所述步驟Ξ中，還包括確定制動器溫升機理； 所述制動器溫升機理為，在坡道行駛過程中，制動器升溫的能量是由重力勢能和 動能共同轉化而來。 所述步驟一和步驟二中，建立數學模型后進行模型驗證。與現有技術相比，本專利技術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學模型和平路制動器降溫過程的數學模型，能夠便捷快速的計 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預測分段制動時制動器 溫升，而且可W預測連續制動時制動器溫升;本專利技術具有預測精度良好的優點，并且降低了 試驗成本，易于實施，本專利技術為公路設計和建設部口在坡道線型設計方面提供了試驗總結 和理論基礎，并且為提高汽車行駛安全性能提供重要的理論依據。 【【附圖說明】】 圖1為汽車平路制動受力分析圖；圖2為本專利技術模型仿真結果與平路試驗制動器溫升第3軸試驗結果對比圖；圖3為本專利技術模型仿真結果與平路試驗制動器降溫第3軸試驗結果對比圖；圖4為本專利技術模型仿真結果與第一次坡道試驗制動器溫升第3軸試驗結果對比圖；圖5為本專利技術模型仿真結果與第二次坡道試驗制動器溫升第3軸試驗結果對比圖；圖6為本專利技術模型仿真結果與長下坡變坡度時第3軸制動器升溫試驗結果對比圖。 【【具體實施方式】】下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步說明。本專利技術包括W下步驟：步驟一，建立平路制動器升溫過程的數學模型； 1)確定制動器升溫過程條件；所述制動器升溫過程條件為，汽車在水平道路上行駛，當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，所W可認 為在貨車制動過程中制動力不變。 2)確定制動器的溫升機理； 所述制動器的溫升機理為， 3)確定制動器參數及修正系數：制動器參數及修正系數由文獻數據和實驗數據校正，并用于建立能量守恒方程。4)W平路制動為條件，制動器摩擦產生熱量的95%被制動鼓吸收，升溫模型為，[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，mg為制動鼓的質量，cg為制動鼓的比熱容，η為制動器個數，U日為汽車制動初速度，m為汽車總質 量，Fb為行車制動器產生的制動力，Ff為滾動阻力，Fw為空氣阻力，Fb_c。。為持續制動力，s為制 動距離； 5)模型驗證； 本內容目的在于通過制動器平路升溫試驗，檢驗模型準確性。 由于在平路制動試驗過程中，制動時間短、制動距離短、沒有持續制動力參與制 動，因此可忽略滾動阻力、空氣阻力和持續制動力作的功。則平路制動器升溫模型可轉化 為： 本試驗選擇東風天龍DFL4251A9型牽引車，CSQ9401GYY型罐式半掛車第3軸制動器 為研究對象。在試驗過程中，每次試驗是連續的，即連續加速制動，因此忽略制動器在整個 試驗過程的散熱情況。根據上述理論模型預測第Ξ軸制動器溫度，并將模型仿真溫度與試 驗獲得的制動器升溫對比。對比結果如表1和圖2所示。 表1平路制動器升溫第3軸試驗結果與模型仿真結果對比 本試驗過程中，第3軸制動器經過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，汽車動能轉化為整車制動能量，即制動鼓吸收的能量。仿真結果與試 驗結果最大相對誤差為4.90%，因此說明制動器升溫模型能夠比較準確的反應制動器升溫 特性。步驟二，建立平路制動器降溫過程的數學模型； 1)確定制動器降溫過程條件；所述制動器降溫過程條件為，根據制動器熱力學理論，制動鼓的散熱方式主要本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種貨車長下坡行駛制動器溫升預測方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，建立平路制動器升溫過程的數學模型；以平路制動為條件，制動器摩擦產生熱量的95％被制動鼓吸收，升溫模型為，T+=T0+0.95ϵmgcgn[12m(u02-ut2)-∫(Ff+Fw+Fb_con)ds]]]>其中，T+為制動器溫度升高值，T0為開始制動時制動器溫度，ε為修正系數，mg為制動鼓的質量，cg為制動鼓的比熱容，n為制動器個數，u0為汽車制動初速度，ut為汽車制動末速度，m為汽車總質量，Ff為滾動阻力，Fw為空氣阻力，Fb_con為持續制動力，s為制動距離；步驟二，建立平路制動器降溫過程的數學模型；以平路制動為條件，降溫模型為，T?＝(T′0?Ta)e?At+Ta其中，A=(5.224+1.5525uae-0.0027785ua)A2mgcg]]>T_為制動器溫度降低，t時間，T′0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；步驟三，基于平路制動器升溫過程的數學模型和平路制動器降溫過程的數學模型，建立坡道運行制動器升溫過程的數學模型；以車輛下坡行駛為條件，溫升模型為，T(t)=T0+(Ta-T0+K2PB)×(1-e-K1t)]]>其中，PB=0.95ϵ·12m(u02-ui2)+mgsi1+i2-∫(Ff+Fw+Fb_con)dsnt]]>K2=1hAC,K1=hACmgCg,hAC=(5.224+1.5525·ua·e-0.0027785ua)·A2]]>當車輛勻速下坡行駛時，則PB=0.95ϵ·u·mgi1+i2-(Ff+Fw+Fb_con)n]]>其中，u為速度，i為坡度。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙軒，余強，史培龍，袁曉磊，楊佩釗，
申請(專利權)人：長安大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61