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(天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402)

圖1 車輪運(yùn)動(dòng)分析模型

一、引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定增長和居民收入水平的持續(xù)提高，推動(dòng)了對汽車消費(fèi)的需求。據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心的預(yù)測，到2015年，我國汽車擁有量將超過1億輛，我國同時(shí)將成為世界最大的汽車生產(chǎn)國。伴隨汽車社會(huì)來臨，道路交通事故已經(jīng)成為中國公共交通領(lǐng)域面臨的嚴(yán)重問題。本文將就在高速公路上行駛的汽車前風(fēng)擋玻璃受異物沖擊造成的危害進(jìn)行分析，并提出預(yù)防措施。

二、模型建立與理論分析

1.模型建立

以高速行駛轎車的后車輪為研究對象，建立其分析模型，如圖1所示。假設(shè)該模型上A點(diǎn)處有一異物，在離心力作用下沿輪外緣切線方向被甩出，其速度為該異物相對輪心的相對速度VAO，速度大小與汽車行駛速度相同，輪外緣上A點(diǎn)的絕對速度為該點(diǎn)牽連速度與相對速度的矢量和VA。

2.模型尺寸

按照ISO國際標(biāo)準(zhǔn)，轎車輪胎編號表示為：(斷面寬度)/(扁平率)(輪胎結(jié)構(gòu)標(biāo)記號)(適用輪胎直徑)。

編號185/60R14的輪胎，意義如下：185表示輪胎斷面寬度為185毫米；60表示為扁平率的百分?jǐn)?shù)，即輪胎斷面的高度比寬度為60%；R表示子午線輪胎；14表示使用輪轂直徑為14英寸。

輪胎外徑=輪轂的直徑(英寸)×2.54+斷面寬度×扁平率×2。

DO=do×2.54+B×i×2=14×2.54+18.5×0.6×2=64.872cm。

3.運(yùn)動(dòng)分析

為便于理論分析，輪胎外徑尺寸取600mm，半徑RO=0.3m。分別取汽車行駛速度為VO=80km/h=22.22m/s，VO=120km/h=33.33m/s，VO=160km/h=44.44m/s進(jìn)行分析。

假定考察瞬間輪胎在地面做純滾動(dòng)，當(dāng)VO=80km/h=22.22m/s時(shí)，

忽略空氣阻力影響，可按以下公式計(jì)算出不同α角時(shí)異物在各時(shí)刻空中的位置。表1 為α=15°時(shí)，異物隨時(shí)間變化的位置和速度值，圖2—5是異物在不同點(diǎn)處被甩出的空中運(yùn)行軌跡所示。

表1 α=15°時(shí)，異物隨時(shí)間的位置和速度值

圖2 α=10°時(shí)異物在不同甩出速度時(shí)的運(yùn)行軌跡

圖3 α=15°時(shí)異物在不同甩出速度時(shí)的運(yùn)行軌跡

圖4 α=30°時(shí)異物在不同甩出速度時(shí)的運(yùn)行軌跡

圖5 α=45°時(shí)異物在不同甩出速度時(shí)的運(yùn)行軌跡

圖6 異物與汽車前風(fēng)窗玻璃正面碰撞

4.碰撞分析

假定被汽車輪胎甩出的異物沿水平方向速度為VAo=120km/h，與跟在后面的以V=100km/h速度行駛的汽車前風(fēng)擋玻璃發(fā)生正面碰撞，碰撞后異物與汽車保持相同速度，異物質(zhì)量為20 g。如圖6所示。

換算后，異物速度VAo=33.33m/s，后方被撞汽車速度V=27.78m/s，工程分析可假定后方被撞汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)，異物以VAo=61.11m/s的速度沖擊后方汽車擋風(fēng)玻璃，碰撞后速度為零。

目前，安裝在汽車上的前風(fēng)擋玻璃以夾層鋼化玻璃和夾層區(qū)域鋼化玻璃為主，應(yīng)滿足GB/T5137-2002《汽車安全玻璃試驗(yàn)方法》的抗沖擊性試驗(yàn)和抗穿透性試驗(yàn)。

抗沖擊性試驗(yàn)：采用質(zhì)量為227g±2g,直徑約為38mm的淬火鋼球，按表2要求進(jìn)行試驗(yàn)

表2 抗沖擊性試驗(yàn)

公稱厚度,e落球高度,m-20℃40℃碎片質(zhì)量,g≤e≤4.58.59124.56.5101225

抗穿透性試驗(yàn)：采用質(zhì)量為2260g,直徑約為82mm的淬火鋼球，按表3要求進(jìn)行試驗(yàn)。

表3 抗穿透性試驗(yàn)

對6mm厚符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)的A類夾層玻璃：

三、結(jié)果和討論

通過對表1和圖2—5進(jìn)行分析可知，忽略空氣阻力，α角不超過15°，汽車以高速公路允許最高時(shí)速120Km/h行駛時(shí)，異物被甩出至落地時(shí)間約為1.7s，水平距離約為56m。如果計(jì)入空氣阻力影響，則落地時(shí)間和水平距離為將有所減小。因此，在高速上兩輛以允許最高時(shí)速120Km/h行駛時(shí)的汽車，前車輪胎甩出的異物α角不超過15°時(shí)，對相距60m的后車不會(huì)帶來危險(xiǎn)。因此，為使α角不超過15°，在汽車車輪后應(yīng)安裝尺寸合適的擋泥板。圖7給出了在汽車后輪處安裝擋泥板對異物的攔擋效果。

圖7 安裝擋泥板攔擋異物效果

1.對汽車后輪處安裝擋泥板的統(tǒng)計(jì)

目前，國內(nèi)交通參與者對汽車安裝擋泥板的作用認(rèn)識(shí)不夠，2013年9月19—21日，筆者對在津薊高速和津京塘高速行駛的轎車和在天津市內(nèi)及周邊區(qū)縣范圍行駛的公交和旅行轎車進(jìn)行隨機(jī)統(tǒng)計(jì)。后輪處安裝擋泥板的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：

種類統(tǒng)計(jì)總數(shù)安裝擋泥板車數(shù)安裝擋泥板車數(shù)/總數(shù);100%小轎車5000158232%小卡車2000188694%大卡車100086586.5%公交和旅行轎車100099699.6%

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，公交和旅行轎車、大小卡車大部分按裝了擋泥板，小轎車有安全意識(shí)加裝擋泥板的比例較低。

2.異物沖擊危害分析

安裝在汽車上的前風(fēng)擋玻璃出廠前應(yīng)滿足GB/T5137-2002《汽車安全玻璃試驗(yàn)方法》的抗沖擊性試驗(yàn)和抗穿透性試驗(yàn)。通過對以上理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較可知，質(zhì)量不大的異物對在安全距離內(nèi)不超速行駛的汽車不會(huì)造成嚴(yán)重危害。

危險(xiǎn)情況往往發(fā)生在以下幾種情形：一是汽車未安裝尺寸合格的擋泥板；二是汽車違章在應(yīng)急車道超車，而應(yīng)急車道存在石子等異物并被帶起甩出的幾率更大；三是不按安全超車距離超車。如果以上三種情形同時(shí)存在，則對后車的危害更大，一旦前車有異物甩出，輕則后車前風(fēng)窗玻璃受損，造成經(jīng)濟(jì)損失；重則造成汽車駕駛員緊張，汽車失控，引起重大交通事故。

四、結(jié)論

綜合以上分析可知，目前我國交通參與者對在高速行駛時(shí)受異物沖擊危害認(rèn)識(shí)不足，為避免和降低因異物沖擊造成的危害，建議交通管理部門和交通參與者采取以下預(yù)防措施：

第一是交通行政管理部門加大遵守交通法規(guī)的宣傳力度，對違章車輛進(jìn)行嚴(yán)厲處罰。第二是車輛出廠和售出時(shí)要根據(jù)其型號強(qiáng)制安裝符合該車型標(biāo)準(zhǔn)的擋泥板，對未安裝擋泥板的車輛在交通法規(guī)中應(yīng)列出相應(yīng)的處罰標(biāo)準(zhǔn)。第三是廣大交通參與者應(yīng)嚴(yán)格按照交通法規(guī)安全駕駛。

參考文獻(xiàn)：

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