一種提高安全性能防止車輛打滑的減速帶

劉杰　邱海通　鄧健坤　周浩鋅　朱楚杰

摘 要：減速帶是行車道中的一個障礙凸起物，是一種用于降低交通流速度或減少過境交通的道路設施。常見的減速帶雖有減速與警示的功能，但是也存在沖擊力大、坡度設計不合理、噪音大的缺點。本項目設計一款新型的減速器。分別從坡度、尺寸等關鍵參數進行全新設計。該減速帶既能降低汽車車速，又能降低車輛通過時的震動，減少顛簸感，保護車輛的懸掛系統;同時結構簡單、產生噪聲小，適合大規模生產和使用，成本低。

關鍵詞：新型減速帶 降低振動 噪音小 結構簡單 大規模生產

Speed Bump for Improving Safety Performance and Preventing Vehicle from Slipping

Liu Jie，Qiu Haitong，Deng Jiankun，Zhou Haoxin，Zhu Chujie

Abstract：The speed bump is an obstacle bump in the traffic lane， which is a road facility used to reduce the speed of traffic flow or reduce the transit traffic. Although the common speed bumps have the functions of deceleration and warning， they also have the shortcomings of large impact， unreasonable slope design， and high noise. This project designs a new type of reducer， which respectively carries out a new design from the key parameters such as slope and size. The deceleration belt can not only reduce the speed of the car， but also reduce the vibration when the vehicle passes， reduce the bumpiness， and protect the suspension system of the vehicle; at the same time， it has the advantages of a simple structure， low noise， suitable for mass production and use， and low cost.

Key words：new speed bump， reduce vibration， low noise， simple structure， mass production

1 引言

減速帶是行車道中的一個障礙凸起物，是一種用于降低交通流速度或減少過境交通的道路設施。減速帶基本原理是在公路特殊路段的行車道上設置某種突起設施，對車輛駕駛員起到警示作用，車輛駕駛員根據常識預計到車輛通過減速帶時會帶來車輛劇烈振動，從而促使車輛駕駛員自覺、主動地降低車速，達到強制減速、提高特殊路段行車安全性的目的[1]。同時減速帶也可起到安全警示作用，防止交通事故的發生。目前國內常用的減速帶有道釘減速帶、駝峰式減速帶、水泥臺減速帶、熱塑振動減速帶、路面凹槽減速帶、瀝青混合料減速帶、防滑減速帶、卵石減速帶等[2]。主要用于強制減速、安全警示和對行人的警示。

現有的減速帶設置具有減速和警示的基本功能，但同時引起了一些問題，主要表現在沖擊力大、坡度不合理等方面：

（1）沖擊力大：車輛通過減速帶時是剛性沖擊式的，這是車輛通過減速帶的振動源。即使已經減速的車輛通過減速帶也會有顛簸的不舒適感覺，嚴重影響了行車的舒適性。

（2）坡度設計不合理：現各地安裝的減速帶一般是截面呈圓形、三角形或梯形的突起，此類減速帶使車輛有沖擊感而促使駕駛員減速。根據實驗研究發現，車輛經過減速帶時受到的沖擊與減速帶的坡度、尺寸有關，截面呈半圓形的減速帶的沖擊感比截面呈梯形的減速帶的沖擊感更加強烈[3]。現在我國城市道路上最常見的是梯形橡膠減速帶，其寬度為35cm左右，高度在30～100mm之間，但是最常用，也是較合適的尺寸是45mm高，350mm下寬，這樣的減速帶由于坡度設計不合理，往往存在過長、過寬、過高等問題，車輛通過時振動增大頻頻受傷，嚴重時會刮壞發動機的機油底殼;同時設計不合理的減速帶在車輛駛過時，產生的震動不僅會對機動車輛的懸掛系統造成很大負擔，影響其壽命，更嚴重威脅到行車的安全[4]。

（3）噪音大：由于減速帶尺寸設計的不合理，車輛通過減速帶時，輪胎通過減速帶時會發出“咚咚”的聲音，并且隨著車速的增加而聲音增大。尤其是大貨車通過時，發出的聲響更加明顯，形成了噪聲污染，給附近的居民帶來了很多的困擾，減速帶成了城市道路上的“擾民帶”[5]。

（4）缺乏統一性：國內外廣泛使用的減速帶，缺乏統一標準，不同路段不同地區設置隨意性較大，相關研究還處于起步階段。

因此，如何設計減速帶，既能履行其“安全”職責，又能更加舒適，更加人性化，成了亟待解決的問題。

2 設計原理

從力學角度出發，分別從坡度、尺寸等關鍵參數進行全新設計，得到一種全新的減速帶，并通過實驗證明設計的合理性。該新型減速帶長度為500mm，底面寬度為350mm，頂面寬度為50mm，高度為45mm，減速帶模型見圖1。

3 實驗驗證

為證明項目的合理性，在保持底面寬度和長度以及減速帶高度不變的 情況下，通過改變頂面寬度，使減速帶坡度、角度發生改變，用不同的頂面寬度做實驗，找出適合的尺寸，得出結論。通過三個減速帶模型（1號、2號、3號），尺寸分別是1號50×350×500×45mm、2號80×350×500×45mm、3號100×350×500 ×45mm（頂面寬度×底面寬度×長度×高度），測試車輛為雷諾牌科雷傲SUV，測試器材包括尼康D7000單反相機一臺、三腳架一個、螺絲四顆、車內振動監測手機一臺、車內數據拍攝手機一臺、硬幣若干以及瓶子若干。

測試方法包括以下步驟：S1：將攝像機攝像機架設在適合的拍攝位置。S2：水泥地上分別打入2組相距150mm的2顆螺絲，將減速帶固定在地上。S3：安裝振動監測手機。S4：啟動車輛進行不同速度重復測試。S5：進行數據記錄。S6：進行數據復查與校核。S7：收集數據。

測試車速分別為10km/h、15km/h和 20km/h，每組數據重復三次測試 以保證減小偏差，記錄沖擊數據我們使用了詳細數據記錄與直觀數據記錄。詳細數據記錄我們用的是振動檢測軟件進行記錄，其中減速帶尺寸50×350×500×45mm，車速為10km/h時測試結果如圖5，直觀數據記錄我們使用了不同的小物品放在車內，觀察不同速度的物品運動情況。

通過測試，得出該尺寸的三種減速帶均符合減速帶所需要求，經過對模型的預實驗，得到對應的測試結果，其中1號減速帶對車輛的沖擊最小，車輛過減速帶時有沖擊，但是較平順。2號減速帶對車輛沖擊稍大，車輛振動較大、3號減速帶沖擊感明顯，車輛振動大。通過實地測試，結果與預測相吻合。車輛在過1號減速帶時車內人員雖然感覺到沖擊感但是較平穩，車內測試物品紋絲不動，測振數據顯示振動波形振幅小，而且振動頻率少，只有1-2次。車輛過2號減速帶時車內人員感覺沖擊感比1號減速帶強，而且抖動感強，車內測試物品電池倒下，測振數據顯示振動波形振幅較大，振動頻率為 2-3 次。車輛過3號減速帶時，車內人員明顯感覺沖擊感強烈，測振數據顯示，振幅與振動頻率大。根據以上測試數據顯示，1號減速帶的尺寸最為良好，表現與預期相符合。分析實驗結果，最終得出當梯形減速帶尺寸達到 50×350×500×45mm 時，既可以履行減速帶的安全職責，又能更加舒適，更加人性化。

同時，通過模擬實驗再次驗證，所用材料為一個1：24金屬仿真汽車模型（帶前懸掛），數條綠色細繩、裝有約200克的可樂瓶（總重約為210克）。為了保證車輛每次到達減速帶時速度相同，應使車輛受一個均勻的力。所以用一定質量的吊物（可樂瓶）使其重力轉化為車輛的拉力，使拉力不變。只要使車輛在同一起點出發，到達減速帶時，速度是相等的。這次實驗自變量為減速帶的尺寸，所以同一位置減速帶設置為三個不同的尺寸。

通過更換不同尺寸減速帶，得到三張不同的狀態記錄紙。如圖4由圖可知車輛經過減速帶跳動的范圍分別為5mm，4.5mm，4.1mm。可得出當減速帶橫截面的上邊長越大，車輛跳動高度越大。

4 結語

經過實驗，該新型減速帶優勢明顯，主要包括以下幾個方面：

（1）沖擊力小。本項目設計出新型梯形減速帶既能起到傳統減速帶的降低汽車行駛中的車速的作用，又能降低車輛通過時的震動，減少顛簸感，提高通過時的舒適性，保護車輛的懸掛系統;同時結構簡單，適合大規模生產和使用，成本低;（2）坡度設計合理。該新型減速帶經過實驗驗證，不存在 尺寸過高、過長、過寬現象，車輛通過時振動小，振動波形振幅小，頻率少，噪音小，可有效保護汽車，延長汽車使用壽命;（3）推進減速帶產品標準化。本項目設計的減速帶結構合理，且經過實驗 驗證，有一定的理論實踐基礎，為減速帶大規模標準化生產提供參考。

課題基金：2020年廣東省大學生科技創新培育專項資金立項項目（pdjh2020b1408）。

參考文獻：

[1]李家順，李淑慶，錢小兵.減速帶在校園交通安全的應用研究[J].交通信息與安全， 2011，29（001）：64-67.

[2]王琳，鄭巧麗，李佳悅，等.關于大學生對校園內減速帶設置的態度及改善建議的調查——以浙江師范大學為例[J].青春歲月，2015（15）.

[3]韓鳳春，宋克珠，陳艷艷，等.限速標志設置的合理嗎？[J].汽車與安全，2007，No.112（04）：14-19.

作者簡介

劉杰：（1990.03—），女，河南安陽人，漢族，碩士研究生，講師。研究方向：智能制造。