[发明专利]一种公路长大下坡的可靠性设计方法

权利要求书

1.一种公路长大下坡可靠性设计方法，包括如下步骤：

1)基于制动毂温升函数关系式，以货车制动毂制动效能下降的临界安全温度作为约束条件，建立货车下坡过程制动安全的可靠度模型；

2)利用蒙塔卡洛法计算纵坡上货车制动安全的可靠度，基于可靠性设计方法，按一般安全和极限安全两个安全层次，分别计算了高速公路组合纵坡的不同平均坡度值所对应的一般安全最大坡长和极限安全最大坡长；

3)基于步骤1)中的制动安全可靠度模型，评价当前纵坡设计的安全性，最后，利用制动安全的目标可靠度反算不同的平均坡度对应的坡长，完成纵坡的不同平均坡度及对应坡长的设计，

其特征在于，步骤1)中温升函数关系是基于当前的研究结合室内及试验优化而来，该关系式是由坡度、坡长、车速、车总重、制动毂初始温度、环境温度构成，见式1,其中，制动毂的初始温度及环境温度都是通过试验调查数据得到；基于国内学者的研究成果，货车在长大下坡行驶的速度符合正态分布，期望与标准差也存在一定的关系，见式2、式3；假定货车总重服从正态分布，期望与方差是依据调查数据在MATLAB平台调用函数命令计算得到，见式4，

T＝T(v,G,i,L,T₀,T_a) (1)

货车在长大下坡的行驶时平均速度关于坡度的关系式，速度标准差关于平均速度的关系式，即

根据有关研究货车在长大下坡的行驶速度服从正态分布，即

V～N(μ_V,σ_V) (3)

货车实际载重假设它服从正态分布，即

G～N(μ_G,σ_G) (4)

式中：T—制动毂上的温度，单位是℃；T(·)—函数关系；—货车的平均车速，单位是km·h^-1；V—货车的行驶速度，单位是km·h^-1；G—货车的总重，单位是N；i—平均坡度，单位是％；L—坡长，单位是km；T₀—制动毂的初始温度，单位是℃；T_a—环境温度，单位是℃；N(·)—正态分布；μ_V—货车的平均车速，单位是km·h^-1；σ_V—货车车速的标准差，单位是km·h^-1；μ_G—货车总重的平均值，单位是N；σ_G—货车总重的标准差，单位是N。

2.根据权利要求1所述的公路长大下坡的可靠性设计方法，其特征在于，所述步骤1)以货车制动毂制动效能下降的临界安全温度作为约束条件，即

P＝P(T≤T_s)＝P(Z≤0) (5)

式中：Z＝T-T_s；T—货车在长大下坡路段行驶过程中制动毂上的温度，单位是℃；T_s—制动毂制动效能下降的临界安全温度，单位是℃；P(·)—货车制动安全的可靠度，也即货车在长大下坡路段行驶过程中制动毂上的温度小于或等于制动效能下降的临界安全温度的概率。

3.根据权利要求1所述的公路长大下坡的可靠性设计方法，其特征在于步骤2)中利用蒙塔卡洛法法计算货车制动安全的可靠度，通过编程产生服从已知分布的各随机变量的随机数代入功能函数Z中；然后利用一个循环程序，当功能函数Z满足条件Z≤0时累加一次，不满足时跳出，接着执行下一个功能函数，直到样本数N使用完，跳出循环；最后记下Z≤0的次数M，当N→∞时，根据Bernoulli大数定律求得制动安全可靠度，表达式为：

式中：P—货车制动安全的可靠度；M—满足功能函数Z≤0的次数；N—样本数。