非牛頓流體減速帶對多限速道路的適應性研究

江許情 梅桑

【摘要】現存的多數減速帶在保障基礎安全性能的前提下，無法更好地實現道路行駛中的舒適性和在不同限速道路的適用性。利用非牛頓流體“遇強則強，遇弱則弱”的特性，將其運用于減速帶，既能保障安全性，也能給駕駛者帶來更好的體驗感。經研究，非牛頓流體粘度的相關性質可以有效實現不同限速道路對于減速帶臨界剪切應力的要求。

【關鍵詞】非牛頓流體減速帶；粘度；舒適性

減速帶是目前現存的一種性價比較高的有效限速設施，一定程度上大量減少了交通事故。據資料顯示，英國、日本等國家在道路設置減速帶以后，道路車速下降15km/h以上。我國設有多種形式的減速帶，目前多用于高等級公路特殊路段、特殊建筑周圍等，但是發展至今，減速帶所附帶的一系列負面問題也越發凸顯，它使行車舒適性下降，車輛通過時，顛簸感嚴重，對于車身有較大的傷害，并有較嚴重的噪音污染現象，由此對于減速帶的改進與優化是發展可持續交通的重要組成部分。本文提出的非牛頓流體減速帶，作為一種新型減速裝置，在保證安全性的前提下，達到道路行駛更加舒適與環境友好的目的。

一、減速帶在國內外的現狀分析

我國目前比較常見的減速帶有道釘減速帶、熱塑震動減速標線、水泥臺減速帶、路面凹形槽減速帶和駝峰式減速帶等，其中駝峰減速帶最為常見。還有幾種比較少見的減速裝置，例如車輛道路阻尼限速裝置、可變鋸齒形道路交通減速帶、反光減速拱等。現有的普通減速帶可大致分為橡膠制和鑄鋼制兩種。其中橡膠減速帶減震性能強、抗壓性極好、壽命長，對車磨損少且噪音相對較小。車輛通過時駕駛人體驗感良好，顛簸小。橡膠減速墊破損后，基本上不能在原位置重新修復或者安裝新的減速帶，而且舊安裝位置留下的螺釘對車輛輪胎磨損大，影響行人步行經過的體驗感，甚至存在安全隱患。

減速帶在歐洲、美國等一些經濟發達國家使用亦非常廣泛。英國自20世紀80年代開始便把駝峰減速路障陸續應用于英國的部分公路事故多發路段，并取得了較好的效果，有效減少了交通事故的發生，是較早采用道路強制減速帶的國家之一。近年來，減速丘、新型瓦楞形減速帶等新形式的減速帶也相繼問世。

隨著對減速帶重要作用的逐漸認識，我國很多地區公路管理部門和維護單位也開始大量使用減速帶對車速進行強制控制，起到了預防交通事故的作用。就目前我國減速帶使用情況來看，減速帶對車輛損害較大，且具有較強的顛簸感，行人的出行舒適度下降，且減速帶壽命較短。近年來，一些國家也一直在探索新型減速裝置，而非牛頓流體減速裝置也是其研究重點對象之一。比如西班牙Badennove公司近期新推出的非牛頓流體減速帶，在普通減速帶有效控制車速的基礎上，有效地解決了減速帶造成的車身顛簸對于車身的損傷，并達到最終降低交通事故，逼迫機動車減速的效果。而國內目前對于非牛頓流體應用于減速帶的實例還未出現過，因此，對于非牛頓流體減速帶的研究至關重要。

二、非牛頓流體減速帶原理

非牛頓流體減速帶的特性體現于非牛頓流體本身“遇強則強，遇弱則弱”的特性，其粘度不同于牛頓流體，會隨著剪切應力的改變而改變。在達到臨界剪切速率下，該混合液瞬間凝固，堪比正常的混凝土減速帶，這恰好可以實現道路需求的強制性減速效果，然而，當車輛以低速駛過時，其粘度則變化不大，不會產生突變，車輛行駛就像駛過液體一樣，不會產生顛簸感，行車舒適性提高，且避免了車輛顛簸對周圍產生的噪音污染。本文重點研究的問題則是關于該減速帶的自適應性問題，研究表明，非牛頓流體制作材料，根據比例不同，可以達到不同的剪切速率下有不同的極限反應粘度，而剪切速率由機動車行駛經過速度決定，因此通過不同比例濃度的材料混合，充分利用材料的性質，可以實現不同路段對于最高限速的要求，實現可持續發展。

三、非牛頓流體減速帶現狀

據資料顯示，近年來在非牛頓流體減速帶領域的創新研究層出不窮，大部分的研究思路是對現存減速帶不夠人性化的優化。現存的非牛頓流體減速帶由于經濟或技術問題，多數都沒有投入大量生產與運用，但其形式多樣，有基于非牛頓流體的可沉降減速帶，非牛頓流體可調式減速帶等，其核心都是將現有減速帶中的混凝土部分改成液態的非牛頓流體，以此降低車輛駛過減速帶時車輪抬起的高度，使行駛過程更加平順，增強駕駛員與乘坐者的舒適度，有效地減少噪音。但是在非牛頓流體材料的比例研究領域還有很大的發展空間，在具有不同限速的路段，通過具體探究非牛頓流體材料的成分配比與相應臨界剪切應力的關系，從而更進一步地實現減速帶的對口化、專一化，是我們問題研究的關鍵。不同路段采用不同比例材料混合制成非牛頓流體，使其極限剪切應力與該路段的限速相對應，以更好地實現減速帶的人性化和能動性。

四、結語

關于非牛頓流體材料的混合比例與臨界剪切應力值的具體關系還有待深究，本文旨在通過材料濃度的不同配比，在原普通減速帶作用的基礎上提高駕車的舒適性，降低噪聲，進而實現發展可持續交通。

參考文獻

[1]王劍波，葉燕仙.城市道路減速帶的人性化設置[J].道路交通與安全，2007，7（3）：42～44.

[2]魏金麗，楊金順，何繼旭.自適應理論的可升降減速帶設計[J].科學技術與工程，2018，18（2）：358～362.

[3]張蕉蕉.一種新型減速帶裝置的設計[J].機械制造，2014，43（2）：32～34.