車速對客車行駛安全性的影響分析

胡閏秀，張棣華，劉永濤

（1.陜西省汽車檢測站，陜西 西安 710061；2.長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

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車速對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.陜西省汽車檢測站，陜西 西安 710061；2.長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

摘 要：近些年來，交通安全問題日益嚴重，車輛由于超速而引發的事故屢見不鮮。通過定量分析車速對制動距離和側翻的影響，得出車速越高，制動距離與側翻臨界轉彎半徑越大，越容易引發交通事故。

關鍵詞：車速；制動距離；側翻臨界轉彎半徑

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

進入21世紀以來，汽車安全性的研究將是發展我國汽車技術領域首要考慮的問題之一，而駕駛員的非職業化、汽車密集化和車輛高速化，則更對汽車的安全性提出了更高的要求。此外，交通安全問題已經成為了我國人員非正常死亡的第三大殺手，年均死亡人數約10萬人，成為僅次于醫療事故和藥物過敏的非正常死亡原因。在客車交通安全事故中，制動距離太長、轉彎過程中發生側翻等情況占據了一定的比例，主要原因就在于行駛車速超過了該路段所規定的車速，由于車輛本身的固有屬性，就會造成制動距離過長或是發生側翻，進而導致更嚴重的后果。

1、車速對制動距離的影響

汽車的行駛安全與制動距離有著密不可分的關系，制動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踏板（或操縱制動控制裝置）直到汽車完全停住時所行駛過的距離。制動距離同路面附著條件、初速度的大小等一系列因素有關。假設汽車在道路情況良好的路面上行駛，附著系數不變，車輛制動系統良好，分析制動距離。

1.1 制動距離的計算

如圖1所示，制動過程分為以下四個階段:駕駛員看見信號后作出行動反應、制動器起作用，持續制動和放松制動。通過對制動各子階段的車輛運行狀態分析可知，車輛總制動距離的計算公式可用公式(1)表示。

圖1 制動過程中制動踏板力、制動減速度與時間的關系

式中，u0為車輛初速度，1t＇為從駕駛員開始踩踏板到制動器開始起作用時間，1t＇＇為從制動器起作用至制動力達到最大值的時間，αbmax為持續制動階段車輛的最大減速度。

從上式可看出，制動距離和初始速度是二次方的關系，初始速度越大，則制動距離越大。

1.2 制動距離隨車速變化仿真分析

利用VC++ 6.0對上述過程進行模擬，并帶入具體數值得到結果如圖2所示。從圖2中可以看出，隨著車速線性增長，制動距離的值是急劇增加的，車速從60km/h 增長到70 km/h時，制動距離增加了7.7m，而從130 km/h增加到140 km/h時，制動距離增加了15m。

圖2 制動距離隨車速的變化關系

2、車速對側翻的影響

目前，我國發生的大客車重大交通事故中，由于側向失穩導致的事故比例高達40%，作為影響客車安全行駛的重要性能，研究大客車的側向失穩對改善大客車行駛安全性具有重要的意義。汽車側翻按類型可分為兩類，一類是絆倒型側翻，是指汽車行駛時產生側向滑移，與路面上的障礙物側向撞擊而將其“絆倒”造成側翻；另一類曲線運動引起的側翻，也稱非絆倒型側翻，是指汽車在道路(包括側向坡道)上行駛時，由于汽車的側向加速度超過一定限值，使得汽車內側車輪的垂直反力為零而引起的側翻[2]。

從近年來發生的側翻事故來看，“三超一疲勞”逐漸成為了公路客運運輸的第一殺手。其中車輛的超速行駛危險性最大，在這種狀態下，由于車速過快，司機很難在較短的時間里安全有效地處理急轉彎和緊急避障等特殊工況。如果客車處于超員狀態，那么其質心高度均有所提升，也勢必加劇車輛側翻的危險性。此外，司機主觀因素（如酒后駕車或疲勞駕駛等）也不可忽視。當路面出現突發情況時，司機在非正常狀態的情況下一般會頻繁左右操作方向盤或緊急轉向，這樣就會造成汽車側向加速度的突然增大，從而大大增加了汽車側翻的可能性[3]。

2.1 側翻臨界轉彎半徑的計算與仿真分析

如圖3所示，車輛彎道行駛時，不發生側翻的條件是側傾力矩不大于回正力矩，不考慮道路的側向坡道角，不發生側翻可用公式(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傾力矩，∑Mφ為車輪內側地面作用力引起的側傾力矩，∑T為回正力矩，m為汽車質量，v為車速，R為轉彎半徑，h為車輛質心高度， Fzi為轉彎時內側車輪垂直反力，g為重力加速度，B為輪距。汽車處于側翻的臨界狀態時，Fzi為0。

圖3 車輛側翻受力分析

圖4 車輛轉向示意圖

車輛轉彎時，簡化圖如圖4，其中CDEF為車輪所在位置，J為質心位置，O為轉向中心，由圖中各邊長位置關系可得轉彎半徑Rr為：

式中b為質心到后軸的距離，L為軸距。

此時所求得的半徑是該速度下的側翻臨界轉彎半徑。由上式可得，速度越大，側翻臨界轉彎半徑越大，也就是說，發生側翻的可能性越高。

圖5 側翻臨界轉彎半徑隨車速的變化關系

利用VC++ 6.0軟件進行模擬[5]，選取兩款大客車的數據進行計算，并帶入具體數值，得到結果如圖5所示。從圖5中可以看出隨著車速的增長，臨界轉彎半徑的增長速率是越來越快的，當轉彎時轉彎半徑小于側翻臨界轉彎半徑的時候，客車就會發生側翻。

2.2 側翻臨界車速與質心高度的關系仿真分析

若在客車行進過程中發生緊急情況，駕駛員緊急避讓時，猛打一把方向盤，此時如果速度超出一定的值，容易引起側翻。對公式(5)進行變換，就可以得到質心高度對側翻臨界車速vr的關系如下：

式中RL為緊急避讓時的轉彎半徑，θL為猛打方向盤時轉向輪轉角。

圖6 側翻臨界車速隨質心高度的變化關系

利用VC++ 6.0進行模擬，選取兩款大客車的數據進行計算，并帶入具體數值，得到結果如圖6所示。一般一輛客車設計好之后，質心高度是一定的，但是如果出現超載等其他情況，就會使得質心高度提高，從圖6可以看出，同一條件下側翻臨界車速是在減小，客車實際運行車速如果超過這一臨界車速，就會發生側翻。

3、結束語

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

參考文獻

[1] 余志生,夏群生. 汽車理論[M]. 北京:機械工業出版社, 2009.

[2] 金智林. 運動型多功能汽車側翻穩定性及防側翻控制[D]. 南京航空航天大學, 2008.

[3] 富子丞. 營運客車側翻穩定性及其控制算法研究[D]. 長安大學, 2012.

[4] 王宏雁, 董文灝. 客車側翻的運動學分析[J], 交通科學與工程, 2012, 28(3): 61-66.

[5] 魏朗,陳濤. VC++程序設計攻略教程[M]. 西安：電子科技大學出版社, 2004.

作者簡介：胡閏秀，工程師，就職于陜西省汽車檢測站，主要從事車輛檢測分析方面的研究。

中圖分類號：U463.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-103-03