基于GSRS仿真模型的连续下坡路段刹车鼓温度预测与分析

王玉尧 王玉冉

摘 要：在连续下坡路段，刹车鼓温度是衡量载重车是否处于安全状态的重要指标。刹车鼓温度受坡长、坡度、载重及运行速度的影响，在大武至久治公路的连续下坡路段，本文基于美国GSRS模型，并采用青海交通科技项目研究成果进行修正，对不同重量、运行速度下的载重车刹车鼓温度进行预测，以评价连续下坡路段的安全性。

关键词：道路工程 连续下坡 刹车鼓温度 GSRS仿真

前言

大武至久治公路扩建工程为交通运输部2011年5月在深入实施西部大开发交通运输工作会议上确定的“八纵八横”骨架公路八纵之一，路线全长233.3公里。

载重车在连续下坡路段行驶时，长时间使用行车制动，使得刹车鼓温度急剧上升，制动“热衰退”现象突出，严重时车辆制动能力完全丧失，以致重特大事故经常发生。在连续下坡路段中刹车鼓温度是载重车持续制动性能的直接影响因素，是导致载重车制动失效的直接原因。在综合分析国内外刹车鼓温度预测模型的基础上，选用美国GSRS（坡度严重程度分级评价模型）作为基础模型，结合长安大学承担的青海交通科技项目“青海省高等级公路连续长下坡路段安全性评价及改善对策研究”课题的科研成果，建立了刹车鼓温度预测模型，并编制了“载重车刹车鼓温度预测仿真软件”。运用仿真软件，预测了本文连续下坡路段刹车鼓温度，评价连续下坡路段载重车安全性。

1连续下坡路段分布情况

2连续下坡路段刹车鼓温度预测模型选择与修正

2.1刹车鼓温度预测模型

坡度严重程度评价体系GSRS（Grade Severity Rating System），建立了载重车刹车鼓温度与纵坡坡长、坡度、载重车的总重和运行速度之间的关系模型。GSRS刹车鼓温度预测模型描述如下：

式中：

——圈数； ——总重量，Ib； ——下坡距离，mile； ——车速，mile/h；

——坡底温度，F； ——制动功率，hp； ——初始温度，F；

——发动机功率，hp。

基于青海湟倒一级公路刹车鼓温度实测数据，对模型参数进行修正可得：

=1.23+0.0256

=

=

=73hp， ，

基于上述模型，长安大学开发了连续下坡路段刹车鼓温度预测仿真软件，用于本专题评价的刹车鼓温度预测。

2.2刹车鼓热衰退温度的确定

汽车在连续下坡路段行驶时，刹车鼓需要较长时间连续作较大强度的制动，刹车鼓温度常在300℃以上，有时高达600～700℃。正常制动时，摩擦副的温度在200℃左右，摩擦副的摩擦系数约为0.3～0.4。但在更高的温度，摩擦系数会有很大降低，出现所谓的热衰退现象。一般情况下，当刹车鼓的温度不超过260℃时，刹车鼓的制动效能不会发生明显衰退。目前在刹车鼓中广泛采用模压材料、编织材料和粉末冶金摩擦材料作为刹车鼓刹车片摩擦材料，这些材料在260℃以上时不能承受较高的单位压力，会加快磨损。因此，以刹车鼓温度260℃为临界温度，超过260℃就有可能发生事故，即为危险状态。

3连续下坡路段载重车刹车鼓温度预测与安全评价

本文以K34+000～ZK39+900（左线）连续长下坡路段为例，进行路段交通安全评价。

本文利用剎车鼓温度预测仿真模型分别对载重车总重30t、40t、55t情况下，运行速度为60km/h、70km/h、80km/时的刹车鼓温度进行预测。其中，按照刹车鼓温度变化规律，载重车总重55t、运行速度80km/h时为最极限状态（最危险状态）。

3.1总重30t、40t运行速度80km/h刹车鼓温度预测分析

由载重车刹车鼓温度仿真预测结果可知：

（1）本路段总重55t的载重车以60km/h的运行速度行驶时，刹车鼓温度最高为245.05℃，接近于260℃的安全温度。

（2）以70km/h的运行速度行驶时，刹车鼓温度最高为257.47℃，接近于260℃的安全温度。

（3）以80km/h的运行速度行驶时，到达K35+630处刹车鼓温度为268.3℃，刹车鼓温度最高为269.63℃，超过安全温度，可能导致刹车失灵。

（4）本路段对于总重55t的载重车，如严格限速为60km/h，基本可以保证不会因为刹车鼓温度过高刹车失灵。如本路段限速值超过60km/h，载重车则有刹车失灵的可能，建议增设紧急停车带、避险车道等措施。

图3-2 55t总重的载重车60km/h、70km/h 、80km/h运行速度刹车鼓温度变化图