關(guān)于濕滑路面車輛防滑預(yù)警的相關(guān)分析

陳鵬志 李新宇 呂家樂 賀旭天 孟鳳威

【摘? 要】車輛在行駛過程中會遇到多種路面情況，其中，濕滑路面會對行車安全性和穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，甚至引起交通事故。因此，應(yīng)該加強(qiáng)對防滑預(yù)警裝置的合理設(shè)計，使車輛能夠保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，避免人員安全遭受威脅。部分駕駛員對濕滑路面條件下機(jī)動車的抗滑能力判斷不足，采用不當(dāng)?shù)能囁傩旭偅菀滓l(fā)追尾等交通事故。因此，論文對濕滑條件下路面的摩擦系數(shù)進(jìn)行研究，建立相關(guān)分析模型，提出不同路面條件下機(jī)動車建議行駛車速，并設(shè)計預(yù)警裝置向機(jī)動車駕駛員進(jìn)行預(yù)警。

【Abstract】Vehicles will encounter a variety of road conditions in the process of driving， among which， the wet and slippery road will have a serious impact on driving safety and stability， and even cause traffic accidents. Therefore， it is necessary to strengthen the reasonable design of anti-slip early warning device， so that the vehicles can maintain the good running state， so as to avoid threats to the safety of personnel. Some drivers have insufficient judgment on the vehicles' anti-slip ability under wet and slippery road condition， and use improper speed to drive， which will easily lead to traffic accidents such as rear-end collision. Therefore， this paper studies the friction coefficient of the road under wet and slippery condition， establishes the correlation analysis model， puts forward the recommended driving speed of motor vehicles under different road conditions， and designs an early warning device to warn the motor vehicle drivers.

【關(guān)鍵詞】濕滑路面;車輛;防滑預(yù)警

【Keywords】wet and slippery road; vehicles; anti-slip early warning

【中圖分類號】U492.8+4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）11-0193-02

1 引言

隨著汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，我國汽車數(shù)量也在逐漸增多，為社會各行各業(yè)帶來了巨大的便捷。在特殊天氣情況下，車輛的行駛狀況會更加復(fù)雜，在設(shè)計中應(yīng)該對該因素進(jìn)行綜合分析，提高汽車整體性能。在我國北方地區(qū)，濕滑路面是一種常見的行車環(huán)境。輪胎和路面的附著系數(shù)會由于水膜的存在而降低，導(dǎo)致滑水現(xiàn)象的發(fā)生。研究濕滑路面條件下機(jī)動車的安全行駛車速，并設(shè)計預(yù)警裝置向駕駛員發(fā)布安全行駛車速信息，對提高濕滑路面條件下機(jī)動車的交通安全水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過研究濕滑路面條件下車輛安全行駛速度與路面摩擦系數(shù)間的關(guān)系，設(shè)計機(jī)動車路面防滑預(yù)警裝置，用于向機(jī)動車駕駛員發(fā)布安全行駛車速建議值，以降低追尾等交通事故的發(fā)生概率，提高道路交通安全水平。

2 濕滑條件下路面的摩擦系數(shù)

利用路面摩擦系數(shù)檢測裝置獲取實(shí)驗(yàn)室模型的相關(guān)數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)成熟后進(jìn)行實(shí)際路面的數(shù)據(jù)采集。分析不同路面材料在模擬冰雪天氣下的摩擦系數(shù)與載運(yùn)工具不同行駛速度之間的關(guān)系，建立濕滑路面的摩擦系數(shù)實(shí)時檢測機(jī)制。根據(jù)上述機(jī)制，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的整合，分析在雨雪天氣下可能產(chǎn)生的不同情況，確定不同數(shù)據(jù)的影響程度大小并進(jìn)行誤差分析，從而建立比較完善的路面摩擦系數(shù)與機(jī)動車安全行駛速度關(guān)系模型[1]。我國采用橫向力系數(shù)SFC60和構(gòu)造深度TD作為抗滑性能的主要評價指標(biāo)，橫向力系數(shù)與構(gòu)造深度存在一定的相關(guān)性但相關(guān)性較弱。

3 輪胎臨界滑水速度研究

在濕滑路面當(dāng)中行駛時，汽車輪胎與路面接觸，受到水膜的影響，在車速提高的情況下會導(dǎo)致動水壓強(qiáng)增大。此時，也會增大汽車輪胎的浮力，外垂直荷載存在于汽車輪胎當(dāng)中，當(dāng)前者大于后者時，汽車輪胎就會在動水壓強(qiáng)作用下而不再與路面接觸，這是導(dǎo)致滑水問題的主要因素，甚至引起車輛的嚴(yán)重失控。應(yīng)用NASA滑水速度方程是研究滑水現(xiàn)象的常用方式，對于汽車輪胎滑水速度和胎壓之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。此外，汽車輪胎花紋情況和水膜的厚度值等，也會對滑水車速產(chǎn)生影響。國內(nèi)學(xué)者對于滑水速度和路面粗糙性的關(guān)系進(jìn)行了研究，此外，對于降落高度、雨滴大小和風(fēng)力等因素也進(jìn)行了綜合分析[2]。

完全上浮區(qū)、不完全接觸區(qū)和完全接觸區(qū)，是輪胎和路面的主要接觸區(qū)域。其中，在完全接觸區(qū)當(dāng)中兩者之間沒有水存在，兩者的接觸效果較好。在不完全接觸區(qū)當(dāng)中，既有水被擠走，又存在一定的水膜，因此，存在部分接觸的現(xiàn)象。在完全上浮區(qū)，水膜對車輛輪胎和路面進(jìn)行了阻隔，二者處于分離狀態(tài)。

4 濕滑路面車輛防滑預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

4.1 目標(biāo)要求

預(yù)測模塊、感知模塊和執(zhí)行模塊等，是濕滑路面車輛防滑預(yù)警系統(tǒng)的主要構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)信息的實(shí)時獲取與分析，從而通過預(yù)警的方式提醒駕駛?cè)藛T。各個模塊應(yīng)該獨(dú)立設(shè)置，同時，增強(qiáng)各模塊的內(nèi)在銜接性，增強(qiáng)防滑預(yù)警功能。對于臨界滑水車速的精確判斷，是保障防滑預(yù)警系統(tǒng)能夠高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，而在設(shè)計工作當(dāng)中應(yīng)該對輪胎的花紋、輪胎的寬度、車速和水膜的厚度等進(jìn)行綜合分析，確保臨界滑水預(yù)測模型構(gòu)建的合理性。提供準(zhǔn)確的警示，同時，能夠使駕駛?cè)藛T根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整，防止對行車安全造成影響，這是防滑預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計的基本目標(biāo)[3]。此外，如果駕駛員未能采取有效反應(yīng)措施，系統(tǒng)會完成自動接管，從而對車速加以控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)有效協(xié)同，車輛在濕滑路面中的控制效果增強(qiáng)。駕駛?cè)藛T也可以對該系統(tǒng)進(jìn)行開啟或者關(guān)閉操作，以保障系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，滿足不同駕駛?cè)藛T的個性化需求。在設(shè)計防滑預(yù)警裝置時，應(yīng)該確保能夠?qū)εR界滑水車速、實(shí)時車速加以預(yù)估和顯示，同時，在危險情況下及時發(fā)出警示信息。需要在系統(tǒng)設(shè)計中對安全情況進(jìn)行設(shè)定，包括了非雨天、車速未超出安全范圍和駕駛員采取制動措施等[4]。

4.2 設(shè)計方法

在所有工作開展之前應(yīng)當(dāng)初步了解什么是機(jī)動車路面防滑預(yù)警裝置。收集好相關(guān)的資料，然后制定出一個相對合理的研究方案。關(guān)于這方面的內(nèi)容，有過些許技術(shù)不同但目的相同的先例，通過參考以往有關(guān)研究進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計完善。研究方案的制定符合相應(yīng)的技術(shù)和人員要求。以單片機(jī)為載體，對行駛路面的摩擦系數(shù)進(jìn)行即時測算，并生成相應(yīng)對策。例如，在行駛過程中，測量系統(tǒng)得到即時數(shù)據(jù)，程序計算得到建議行駛速度區(qū)間，并向駕駛員示警[5]。考慮到路面的摩擦系數(shù)可能受外界因素影響時，對于路面及車輪（接觸面）材料、路面濕度、路面平整度、載運(yùn)工具自重和體積等問題，需加入幾種數(shù)據(jù)對應(yīng)的傳感器來進(jìn)行即時測算。預(yù)警裝置能夠具備即時反饋、正確預(yù)警的功能，在駕駛員對緊急情況無法及時作出反應(yīng)之前發(fā)出預(yù)警。預(yù)警的方式可以包括：語音預(yù)警、車內(nèi)指示燈閃爍等方式向駕駛員傳遞信號。對于實(shí)時行駛速度的獲取，則主要依靠系統(tǒng)當(dāng)中的信息感知模塊完成[6]。為了能夠確保對相關(guān)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，還可以將智能手機(jī)與汽車實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。對于數(shù)據(jù)的分析則借助預(yù)測模塊，確保臨界滑水車速預(yù)測的科學(xué)性與精確性。對于上述兩個模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，能夠借助執(zhí)行模塊對實(shí)際情況進(jìn)行評估，在滿足相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施。

5 結(jié)語

通過對濕滑路面條件下路面的摩擦系數(shù)進(jìn)行實(shí)時檢測，分析并構(gòu)建路面摩擦系數(shù)與車輛安全行駛速度關(guān)系的模型，在不同濕滑路面條件下提出機(jī)動車安全行駛車速。設(shè)計預(yù)警裝置，向駕駛員發(fā)布相關(guān)預(yù)警信息，用以指導(dǎo)駕駛員在該種特殊路況下的安全駕駛。

【參考文獻(xiàn)】

【1】黎春林，樂金朝，馬旭陽.GripTester摩擦系數(shù)儀應(yīng)用研究[J].河南科學(xué)，2003（01）：73-77.

【2】苗英豪，曹東偉，任慧，等.基于動態(tài)摩擦系數(shù)測試儀的路面抗滑性能評價方法改進(jìn)[J].公路，2010（04）：1-5.

【3】趙雪濤.公路路面摩擦系數(shù)檢測與評價方法研究[J].交通世界，2019（23）：56-58.

【4】欒建澤，劉祥，柳青秀，等.冰雪路面轉(zhuǎn)彎路段安全車速預(yù)警技術(shù)研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2015（25）：123-124+111.

【5】Yuchi Feng，Hong Chen，Haiyan Zhao，et al.Road tire friction coefficient estimation for four wheel drive electric vehicle based on moving optimal estimation strategy[J].Mechanical Systems and Signal Processing，2020（139）：1-23.

【6】Lynn B. Meuleners，Michelle L. Fraser，Paul Roberts.Impact of the Rural Intersection Active Warning System （RIAWS） on driver speed： A driving simulator study[J].Accident Analysis and Prevention，2020（139）：1-6.