動力學原理在交通風險分析中的應用

呂賢 王斌虎

摘要：文章從動力學原理方面對常見的交通風險進行力學分析，目的是使駕乘人員更加深入地了解常見交通風險及安全注意事項，以進一步提高安全意識，同時對其他風險分析方法提供借鑒。

關鍵詞：動力學；交通風險；危險源；靜摩擦力；質心運動

中圖分類號：U452文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）19-0021-02

人類發展的歷史，實質上是人類征服自然、改造自然，不斷積累、不斷進步的過程，在這個漫長的過程中，人類一直在與危險進行抗爭，從最初的生存競爭，到后來規避各種各樣的傷害，可以說，風險無處不在。那么，如何提高生存能力、防范風險自然就成為一個永恒的話題。

不斷地積累、總結形成的各種安全理論，是防范系統性風險的有效手段，但是由于受個體差異、環境多樣化等因素的影響，業已形成的安全理論有時會讓人覺得很遙遠，因此，加強個體風險意識，提高風險識別、防范能力對于降低傷害同樣重要，畢竟幾乎每起傷害都與“人”這一特殊個體

有關。

運動是絕對的，相對運動也是最普遍的，而由于相對運動造成的傷害也是最多的，因此，文章重點從動力學角度來分析交通風險危害的原因，以期對人們識別及防范風險有所借鑒。

1危險源分類

危險源是指可能造成人員傷害、職業病、財產損失、作業環境破壞的根源或狀態。危險因素是指能造成人的傷亡和物的突發性損壞或影響人的身體健康，導致疾病，對身體造成慢性損壞的因素。

安全科學理論根據危險源在事故發生發展過程中的作用，把危險源劃分為兩大類。

根據能量意外釋放理論，能量或危險物質的意外釋放是傷亡事故發生的物理本質。于是把生產過程中存在的，可能發生意外釋放的能量或危險物質稱作第一類危險源。為了防止第一類危險源導致事故，必須采取措施約束、限制能量或危險物質，控制危險源。

正常情況下，生產過程中的能量或危險物質受到約束或限制，不會發生意外釋放，即不會發生事故。但是，一旦這些約束或限制措施受到破壞或失效（故障），則將發生事故。導致能量或危險物質約束或限制措施破壞或失效的各種因素稱作第二類危險源。第二類危險源主要包括物的故障、人的失誤和環境因素。

危險源是一種客觀存在，之所以確定為危險源，是因為它可能對其影響范圍內的人造成傷害，那么，識別出危險源，了解其造成危害的原因和規律，對于防范風險、降低傷害至關重要。

在交通風險中，車輛是最大的危險源，它可能對駕乘人員本身、行人及其他車輛造成重大傷害。

2常見交通風險的動力學原理

任何交通風險都有其力學本質，下面利用動力學原理對幾種常見交通風險進行分析。

對于一輛行駛的汽車本身，可以將其作為一個質點系，由質心運動定理可知，其內力不影響質心的運動。汽車發動機中氣體的壓力是內力，雖然這個力是汽車行駛的原動力，但是它不能使汽車的質心運動，汽車質心的運動還需要依靠一個外力的作用。事實上，汽車發動機中的氣體壓力推動汽缸內的活塞，經過傳動機構，將力矩傳給主動輪。如果車輪與地面的接觸面摩擦系數足夠大，那么地面對車輪作用的靜摩擦力就是使汽車的質心改變運動狀態的外力（FA）；如果地面光滑，靜摩擦力克服不了汽車前進的阻力（FB），那么車輪將原處不動，汽車不能前進。當然，靜摩擦力（FA）的大小與汽車發動機自身的輸出力矩有關。當靜摩擦力（FA）的方向發生變化時，汽車質心的運動方向也會隨之變化，這也是汽車轉向的力學原理。

了解了汽車運動的原理，那么就可以通過分析靜摩擦力這一外力來控制交通安全風險。汽車行進路線上的一切可能影響靜摩擦力變化的因素，都可能成為影響汽車安全行駛的外因：（1）雨天行駛，濕滑的路面會降低車輪與地面的靜摩擦力（FA），同時也會降低緊急制動時的靜摩擦阻力（FB），延長制動時間；（2）當汽車因正常行進路線上的異常或因急打方向造成爆胎，該輪胎與地面接觸面的靜摩擦力因正壓力和摩擦系數均瞬間降低，致使各驅動輪因靜摩擦力（FA）不平衡而產生平面轉動力矩，當這個力矩足夠大時，會導致汽車在路面上水平轉動，橫向移動時，車輪與地面靜摩擦力（FA）瞬間快速增大，由于靜摩擦力（FA）作用點不在汽車質心上，因而形成轉動力矩，當這個力矩足夠大時，汽車就容易發生側翻，造成重大事故；（3）汽車高速行駛時，遇前方有緊急情況，駕駛人員一般都會采取緊急制動，此時車輪與地面的靜摩擦合力（FA－FB）方向與汽車運動方面相反，使汽車慣性前進狀態發生改變，在汽車自重不變，摩擦系數基本不變的情況下，如果車速過快，制動時間就會延長，很容易直接造成碰撞事故；（4）當車輛轉彎時，會產生離心作用，離心力的大小與車輛行駛速度、總質量和轉彎半徑有關，車輛總質量越大、行駛速度越快、轉彎半徑越小，離心力越大。車輛轉彎的同時，地面對車輛產生一個向心摩擦力。當向心力小于離心力時，車輛將產生側滑，嚴重時會側翻。

通過上述動力學分析，可以解釋交通安全管理的幾點經驗：（1）雨雪天要降低車速；（2）注意觀察行進路線的路況及行人，遇異常提前采取措施，避免猛打方向；（3）爆胎時，盡量保持方向平穩；（4）降低車速，保持車距（制動距離）；（5）轉彎時盡量降低減速，盡量加大轉彎半徑。

以上是用動力學原理對交通風險進行的分析，由于交通事故原因多種多樣，因此，文章只是將汽車作為一個沒有缺陷的質點系進行理想化分析，即排除其他一切異常因素，單從理論力學角度對主要交通風險成因進行動力學分析，以便使駕乘、行人和安全管理人員對交通風險有一個更深入的了解，做到“知其然，知其所以然”，提高風險意識，并正確駕駛，有效防范交通風險。當然，其他風險也同樣可以采取類似方法進行原理性分析研究，篇幅有限，不再一一贅述。

參考文獻

[1]哈爾濱工業大學理論力學教研室．理論力學（第4版）

[M]．北京：高等教育出版社，1982．

[2]中國石油天然氣HSE指導委員會．HSE健康、安全與環境管理體系風險評價[M]．北京：石油工業出版社，2001．

作者簡介：呂賢（1970-），女，新科澳石油天然氣技術股份有限公司工程師；王斌虎（1979-），男，新疆油田公司設備管理處工程師。

（責任編輯：王書柏）