胡閏秀，張棣華，劉永濤

（1.陜西省汽車檢測(cè)站，陜西 西安 710061；2.長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

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車速對(duì)客車行駛安全性的影響分析

胡閏秀1，張棣華2，劉永濤2

（1.陜西省汽車檢測(cè)站，陜西 西安 710061；2.長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

摘 要：近些年來(lái)，交通安全問(wèn)題日益嚴(yán)重，車輛由于超速而引發(fā)的事故屢見不鮮。通過(guò)定量分析車速對(duì)制動(dòng)距離和側(cè)翻的影響，得出車速越高，制動(dòng)距離與側(cè)翻臨界轉(zhuǎn)彎半徑越大，越容易引發(fā)交通事故。

關(guān)鍵詞：車速；制動(dòng)距離；側(cè)翻臨界轉(zhuǎn)彎半徑

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.038

Analysis of Speed for Passenger Vehicle Driving Safety

Hu Runxiu1, Zhang Dihua2, Liu Yongtao2
（1.Shaanxi Vehicle Quality Test Station, Shaanxi Xi’an 710061; 2.School of Automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064)

Abatract: In recent years, the problem of traffic safety is growing, many accidents are caused by over-speed vehicles. By quantitative analyzing the impact of the speed to the braking distance and roll, obtained the conclusion that the higher the speed, the longer the braking distance and rollover critical turning radius, the more easily lead to traffic accident.

Keywords:Speed; Braking distance; Rollover critical turning radius

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-103-03

引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，汽車安全性的研究將是發(fā)展我國(guó)汽車技術(shù)領(lǐng)域首要考慮的問(wèn)題之一，而駕駛員的非職業(yè)化、汽車密集化和車輛高速化，則更對(duì)汽車的安全性提出了更高的要求。此外，交通安全問(wèn)題已經(jīng)成為了我國(guó)人員非正常死亡的第三大殺手，年均死亡人數(shù)約10萬(wàn)人，成為僅次于醫(yī)療事故和藥物過(guò)敏的非正常死亡原因。在客車交通安全事故中，制動(dòng)距離太長(zhǎng)、轉(zhuǎn)彎過(guò)程中發(fā)生側(cè)翻等情況占據(jù)了一定的比例，主要原因就在于行駛車速超過(guò)了該路段所規(guī)定的車速，由于車輛本身的固有屬性，就會(huì)造成制動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)或是發(fā)生側(cè)翻，進(jìn)而導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果。

1、車速對(duì)制動(dòng)距離的影響

汽車的行駛安全與制動(dòng)距離有著密不可分的關(guān)系，制動(dòng)距離指的是汽車以某一初始速度行駛，從駕駛員開始踩制動(dòng)踏板（或操縱制動(dòng)控制裝置）直到汽車完全停住時(shí)所行駛過(guò)的距離。制動(dòng)距離同路面附著條件、初速度的大小等一系列因素有關(guān)。假設(shè)汽車在道路情況良好的路面上行駛，附著系數(shù)不變，車輛制動(dòng)系統(tǒng)良好，分析制動(dòng)距離。

1.1 制動(dòng)距離的計(jì)算

如圖1所示，制動(dòng)過(guò)程分為以下四個(gè)階段:駕駛員看見信號(hào)后作出行動(dòng)反應(yīng)、制動(dòng)器起作用，持續(xù)制動(dòng)和放松制動(dòng)。通過(guò)對(duì)制動(dòng)各子階段的車輛運(yùn)行狀態(tài)分析可知，車輛總制動(dòng)距離的計(jì)算公式可用公式(1)表示。

圖1 制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)踏板力、制動(dòng)減速度與時(shí)間的關(guān)系

式中，u0為車輛初速度，1t＇為從駕駛員開始踩踏板到制動(dòng)器開始起作用時(shí)間，1t＇＇為從制動(dòng)器起作用至制動(dòng)力達(dá)到最大值的時(shí)間，αbmax為持續(xù)制動(dòng)階段車輛的最大減速度。

從上式可看出，制動(dòng)距離和初始速度是二次方的關(guān)系，初始速度越大，則制動(dòng)距離越大。

1.2 制動(dòng)距離隨車速變化仿真分析

利用VC++ 6.0對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行模擬，并帶入具體數(shù)值得到結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出，隨著車速線性增長(zhǎng)，制動(dòng)距離的值是急劇增加的，車速?gòu)?0km/h 增長(zhǎng)到70 km/h時(shí)，制動(dòng)距離增加了7.7m，而從130 km/h增加到140 km/h時(shí)，制動(dòng)距離增加了15m。

圖2 制動(dòng)距離隨車速的變化關(guān)系

2、車速對(duì)側(cè)翻的影響

目前，我國(guó)發(fā)生的大客車重大交通事故中，由于側(cè)向失穩(wěn)導(dǎo)致的事故比例高達(dá)40%，作為影響客車安全行駛的重要性能，研究大客車的側(cè)向失穩(wěn)對(duì)改善大客車行駛安全性具有重要的意義。汽車側(cè)翻按類型可分為兩類，一類是絆倒型側(cè)翻，是指汽車行駛時(shí)產(chǎn)生側(cè)向滑移，與路面上的障礙物側(cè)向撞擊而將其“絆倒”造成側(cè)翻；另一類曲線運(yùn)動(dòng)引起的側(cè)翻，也稱非絆倒型側(cè)翻，是指汽車在道路(包括側(cè)向坡道)上行駛時(shí)，由于汽車的側(cè)向加速度超過(guò)一定限值，使得汽車內(nèi)側(cè)車輪的垂直反力為零而引起的側(cè)翻[2]。

從近年來(lái)發(fā)生的側(cè)翻事故來(lái)看，“三超一疲勞”逐漸成為了公路客運(yùn)運(yùn)輸?shù)牡谝粴⑹帧Ｆ渲熊囕v的超速行駛危險(xiǎn)性最大，在這種狀態(tài)下，由于車速過(guò)快，司機(jī)很難在較短的時(shí)間里安全有效地處理急轉(zhuǎn)彎和緊急避障等特殊工況。如果客車處于超員狀態(tài)，那么其質(zhì)心高度均有所提升，也勢(shì)必加劇車輛側(cè)翻的危險(xiǎn)性。此外，司機(jī)主觀因素（如酒后駕車或疲勞駕駛等）也不可忽視。當(dāng)路面出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，司機(jī)在非正常狀態(tài)的情況下一般會(huì)頻繁左右操作方向盤或緊急轉(zhuǎn)向，這樣就會(huì)造成汽車側(cè)向加速度的突然增大，從而大大增加了汽車側(cè)翻的可能性[3]。

2.1 側(cè)翻臨界轉(zhuǎn)彎半徑的計(jì)算與仿真分析

如圖3所示，車輛彎道行駛時(shí)，不發(fā)生側(cè)翻的條件是側(cè)傾力矩不大于回正力矩，不考慮道路的側(cè)向坡道角，不發(fā)生側(cè)翻可用公式(2)、(3)表示[4]。

車速的單位為km/h，則上式可表述為如下，

式中，∑Mφ為由汽車離心力引起的側(cè)傾力矩，∑Mφ為車輪內(nèi)側(cè)地面作用力引起的側(cè)傾力矩，∑T為回正力矩，m為汽車質(zhì)量，v為車速，R為轉(zhuǎn)彎半徑，h為車輛質(zhì)心高度， Fzi為轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)側(cè)車輪垂直反力，g為重力加速度，B為輪距。汽車處于側(cè)翻的臨界狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)zi為0。

圖3 車輛側(cè)翻受力分析

圖4 車輛轉(zhuǎn)向示意圖

車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，簡(jiǎn)化圖如圖4，其中CDEF為車輪所在位置，J為質(zhì)心位置，O為轉(zhuǎn)向中心，由圖中各邊長(zhǎng)位置關(guān)系可得轉(zhuǎn)彎半徑Rr為：

式中b為質(zhì)心到后軸的距離，L為軸距。

此時(shí)所求得的半徑是該速度下的側(cè)翻臨界轉(zhuǎn)彎半徑。由上式可得，速度越大，側(cè)翻臨界轉(zhuǎn)彎半徑越大，也就是說(shuō)，發(fā)生側(cè)翻的可能性越高。

圖5 側(cè)翻臨界轉(zhuǎn)彎半徑隨車速的變化關(guān)系

利用VC++ 6.0軟件進(jìn)行模擬[5]，選取兩款大客車的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并帶入具體數(shù)值，得到結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出隨著車速的增長(zhǎng)，臨界轉(zhuǎn)彎半徑的增長(zhǎng)速率是越來(lái)越快的，當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑小于側(cè)翻臨界轉(zhuǎn)彎半徑的時(shí)候，客車就會(huì)發(fā)生側(cè)翻。

2.2 側(cè)翻臨界車速與質(zhì)心高度的關(guān)系仿真分析

若在客車行進(jìn)過(guò)程中發(fā)生緊急情況，駕駛員緊急避讓時(shí)，猛打一把方向盤，此時(shí)如果速度超出一定的值，容易引起側(cè)翻。對(duì)公式(5)進(jìn)行變換，就可以得到質(zhì)心高度對(duì)側(cè)翻臨界車速vr的關(guān)系如下：

式中RL為緊急避讓時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑，θL為猛打方向盤時(shí)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角。

圖6 側(cè)翻臨界車速隨質(zhì)心高度的變化關(guān)系

利用VC++ 6.0進(jìn)行模擬，選取兩款大客車的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并帶入具體數(shù)值，得到結(jié)果如圖6所示。一般一輛客車設(shè)計(jì)好之后，質(zhì)心高度是一定的，但是如果出現(xiàn)超載等其他情況，就會(huì)使得質(zhì)心高度提高，從圖6可以看出，同一條件下側(cè)翻臨界車速是在減小，客車實(shí)際運(yùn)行車速如果超過(guò)這一臨界車速，就會(huì)發(fā)生側(cè)翻。

3、結(jié)束語(yǔ)

從上述兩個(gè)方面不難得出，制動(dòng)距離和側(cè)翻臨界轉(zhuǎn)彎半徑都跟行駛車速的平方呈正相關(guān)，車速越大，制動(dòng)距離和側(cè)翻臨界轉(zhuǎn)彎半徑就越大，發(fā)生交通事故的可能性就會(huì)大大增加。另一方面，影響車輛行駛安全性的因素不止車速這一個(gè)方面，是由很多因素共同作用的結(jié)果，例如超載等，本文著重討論了車輛行駛速度對(duì)行駛安全性的影響。

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作者簡(jiǎn)介：胡閏秀，工程師，就職于陜西省汽車檢測(cè)站，主要從事車輛檢測(cè)分析方面的研究。

中圖分類號(hào)：U463.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)02-103-03