霧霾天氣下車輛制動過程的分析研究

鄒惠萍　姜岳平

【摘要】霧霾天氣下，能見度降低造成駕駛員反應時間的增加，空氣濕度的加大造成地面摩擦系數的降低。本文通過研究不同霧霾等級對駕駛員反應的影響，以及地面摩擦系數的影響。建立車輛制動過程時制動距離的數學模型，并分析其結果。

【關鍵詞】制動距離 霧霾等級 制動時間

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）50-0203-01

1.霧霾

由于“霧”和“霾”是兩種不同的物質，他們對駕駛員制動的影響也是不一樣的，“霾”天對駕駛員的能見度會有影響，但是不會對地面與輪胎表面的濕度造成影響，也就不會造成附著系數的改變。“霧”也就是空氣中的細小水滴濃度較大，空氣中的濕度較大，所以“霧”天不僅僅會減小駕駛員的能見度，而且也會對輪胎表面與地面的濕度造成影響，從而影響輪胎與地面之間的摩擦系數。

（1）對制動反應時間的影響

霧霾天氣的影響主要就體現在反應時間上面，在正常天氣狀況下，也就是沒有霧霾的條件下，駕駛員反應時間的平均值大約在1.22s左右，隨著霧霾的加重，駕駛員的反應時間也有了相應的增加。

（2）對路面的影響

大霧天氣影響駕駛員的能見度，大霧的濃度直接會影響到空氣的濕度，空氣的濕度直接影響到車輪與地面之間的摩擦系數，隨著相對濕度的增大，摩擦系數是在減小的。

當車輪處于抱死狀態時，制動減速度只與地面摩擦系數有關，其表達式為：

ɑbmax=？漬sg （1）

式（1）中？漬s為地面摩擦系數，ɑbmax為制動減速度。不同的路面摩擦系數的條件下，能見度與制動距離的關系。

2.建立模型

為了能夠更好地了解在制動過程當中，駕駛員反應時間與地面摩擦系數對制動距離的影響， 假定初始車速假定為60km/h（16.7m/s）；將 2′為0.2s；將 2″為0.1s；單位化為m/s后得到制動距離表達式：

s=4.639 +1.157 （2）

編譯到MATLAB中得到的三維仿真曲面如圖1所示[4-5]。

以“+”標記的為 1時間段內的制動距離，以“？鄢”標記的為 2′時間段內的制動距離，以“×”標記的為 2″時間段內的制動距離，由于 3時間段內的制動距離并非與 3相關，而是與 2″相關，所以此處并沒有標出，從圖中可以看到 1階段與 2′階段皆為勻速運動狀態，其斜率即為初始車速， 2″的制動距離方程為s2″=u0 2″-1/6（ɑbmax 2″2），應為一個二次函數，由于此模型考慮實際情況，未將 2″的時間設置過長，所以其二次函數的特性看得不是特別明顯，為了能夠更加清楚其特性，圖2中描述了 2″的時間范圍設定為0.1s< 2″<4s時的制動時間與制動距離。

3.結論

霧霾對駕駛員的能見度和路面的摩擦系數有影響，能見度和摩擦系數對制動距離和制動時間有影響。從而反映出霧霾對制動時間和制動距離的關系。

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