（载运工具运用工程专业论文）基于车路耦合的汽车区行驶安全度模型的建立及其研究.pdf

重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： l , olj 年q - 月矿日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：多伊辛芭一 日期：仰f f 年够月7i 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：芴屯憋 日期：加l 乍￥月l 日 指导教师签名： 日期：纠降 桫1日 彬归 掺刖 一 y 名 年 签吖 再 ) 师 电 教莎 导 期 指 日 摘要 山区地形条件复杂，具有坡道长、急弯、弯道多、隧道多、桥梁多等特点， 车辆在山区路段行驶时，极易出现因制动失效、侧滑、侧翻等造成重大交通事故。 因此，山区道路行驶安全是一个急待解决的问题。过去研究者主要是从车辆和道 路两个方面分别开展研究，通过调研发现车路的相互影响对行车安全起着重要的 作用，当车路耦合不良时将会导致事故的发生，所以研究车路耦合作用是解决车 辆行驶安全的一个重要问题。 为解决这一问题，本文依据车路耦合的思想，重点研究车辆在山区长下坡、 弯道等山区路面上行驶时车路相互作用的动力学关系，探讨不同坡度、弯道半径 等路面情况对车辆制动性和转弯特性的影响，从而分析车辆在山区道路中行驶的 安全性，拟建立一种新的安全度模型。本文在充分调研分析山区道路事故发生特 点的基础上，根据轮胎地面力学模型，针对车辆在山区下坡路段、弯道路段以及 隧道处的受力特点进行安全性分析，确定汽车行驶过程的安全状况。在此基础上 讨论两种不同方法来分析山区行车安全性，一种是山区道路交通安全模糊综合评 价；另一种是根据车辆参数和道路参数建立的汽车行驶安全度模型。 基于车路耦合的安全度模型的建立具有一定的创新性，不仅可以为山区道路 设计提供理论参考，同时也为山区道路车辆行驶安全预警的开发提供理论支撑， 对保障山区道路行车安全具有一定的现实意义。 关键词：山区道路；长大下坡；安全度模型；车路耦合；安全评价 a bs t r a c t o w i n g t ot h e c o m p l e x m o u n t a i n o u st e r r a i nc o n d i t i o n s ，w h i c hh a v em a n y l o n g - s h a r pd o w n h i l l ，b r i d g e sa n dt u n n e l s ，v e h i c l ee a s i l ya p p e a r sb r a k ef a i l u r e ，l a t e r a l s p r e a d s ，s i d et u m b l i n gc a u s i n gt os e r i o u s 位旺ca c c i d e n t t h e r e f o r e ，m o u n t a i nr o a d s a f e t yi so n eo ft h ek e yp r o b l e m st h a tn e e ds o l u t i o n s i nt h ep a s t , r e s e a r c h e r sm a i n l y r e s e a r c h e do nv e h i c l e sa n dr o a dr e s p e c t i v e l y t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o nw eh a df o u n d t h em u t u a li n f l u e n c eo nt h et r a f h cs a f e t y , a n da c c i d e n t sw i l lh a p p e nw h e nt h e v e h i c l e - r o a dc o u p l i n gi sn o n - c o n f o r m i n g ，s oi ti sr e a l l yi m p o r t a n tt os o l v et h ep r o b l e m w h i c hd r i v i n go nt h em o u n t a i n o u sr o a d i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m ，t h i sa r t i c l eb a s e do nt h ec o u p l i n gt h o u g h t s , k e y r e s e a r c ht h ed y n a m i c sr e l a t i o n s h i pb e t w e e nv e h i c l e sa n dr o a d sw h e nt h et r a v e l i n go n m o u n t a i n o u sr o a d 、i n ll o n gd o w n h i l la n dc u r v e s t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ei n f l u e n c eo f t u r n i n gc h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n ts l o p ea n d b e n dr a d i u so fv e h i c l eb r a k i n g ，i no r d e rt o a n a l y z ed r i v 吨s a f e t yw h e nv e h i c l eo na m o u n t a i nr o a d ，i ti sp r o p o s e dt ob u i l dan e w s a f e t ym o d e l b a s e do nm o u n t a i nr o a da c c i d e n t si n v e s t i g a t i o na n a l y s i sa n dt h et y r e s g r o u n dm e c h a n i c a lm o d e la n a l y s i n gt h es t r e s sc h a r a c t e r i s t i c so fv e h i c l ed r i v i n go n m o u n t a i n o u sl o n gd o w n h i l l ，c u r v er a m pa n dt u n n e l s ，i td e t e r m i n e st h es a f e t ys t a t u so f v e h i c l e d r i v i n gt h r o u g ht h e d i s c u s s i o no ft w od i f f e r e n tm e t h o d s ，i ta n a l y z e st h e m o u n t a i n o u sa r e at r a f f i cs a f e t y ,o n ek i n di sam o u n t a i nr o a d蛐cs a f e t yf u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o na n da n o t h e ri sa u t o m b i l ed r i v i n gs a f e t ym o d e le s t a b l i s h e db y i sa c c o r d i n gt h ev e h i c l ep a r a m e t e r sa n dr o a dp a r a m e t e r s t h ec r e a t i o no ft h em o d e lo fs a f e t yd e g r e eb a s e do nt h ev e h i c l e - r o a dc o u p l i n gh a s c e r t a i ni n n o v a t i o n i tc a nn o to n l yp r o v i d e st h e o r e t i c a lr e f e r e n c ef o rm o u n t a i nr o a d d e s i g n , b u ta l s op r o v i d e st h e o r e t i c a ls u p p o r tf o r t h ed e v e l o p m e n to ft h es a f e t y p r e - w a m i n go fd r i v i n g o nm o u n t a i n o u sr o a d b e s i d e s ， i th a sc e r t a i n p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ef o rg u a r a n t e e i n gt h es a f e t yo f v e h i c l e sd r i v i n go nm o u n t a i nr o a d k e yw o r d s ：m o u n t a i nr o a d ；l o n g v e h i c l e - r o a dc o u p l i n g ；s a f e t ya s s e s s m e n t 目录 第一章绪论。 1 1 1 研究问题的提出1 1 2 课题研究现状和问题。l 1 2 1 国内外研究现状。l 1 2 2 研究工作取得的进展。5 1 - 3 主要研究内容5 1 4 研究技术路线6 1 5 本章小结6 第二章汽车山区道路事故特征分析7 2 1 事故调查与现象分析7 2 2 山区高等级公路事故特性分析8 2 3 山区高等级公路交通安全现状影响因素分析8 2 3 1 高速公路交通事故分析。9 2 3 2 典型路段事故起因统计1 0 2 3 3 典型路段事故车辆统计1 l 2 3 4 典型路段事故发生天气统计1 1 2 4 交通安全的影响因素分析1 2 2 4 1 人对交通安全的影响1 2 2 4 2 车辆对交通安全的影响1 3 2 4 3 道路交通条件对交通安全的影响1 3 2 4 4 环境对交通安全的影响1 4 2 5 本章小结一1 4 第三章轮胎与地面力学机理分析 1 5 3 1 轮胎坐标系1 5 3 2 轮胎受力分析。1 6 3 2 1 路面作用于轮胎侧偏力1 6 3 2 2 轮胎的法向反力1 7 3 3 本章小结1 9 第四章车辆山区道路受力分析与事故机理研究2 0 4 1 下坡路段车辆的安全性分析2 0 4 1 1 车辆所受阻力分析2 0 4 1 2 汽车在直长坡路段车辆受力特性分析2 3 4 2 汽车弯道处受力特性分析一2 6 4 2 1 汽车的侧翻2 7 4 2 2 汽车的侧滑2 9 4 3 长下坡与弯道组合道路上的安全性分析。3 0 4 4 车辆隧道行驶中的受力分析。3 l 4 4 1 隧道空气阻力31 4 4 2 进出隧道对驾驶员视觉的影响3 4 4 5 车辆坡道事故机理研究。3 5 4 6 本章小结3 5 第五章安全度理论模型的建立 3 6 5 1 安全度的概念与定义3 6 5 2 山区道路交通安全模糊综合评价3 7 5 2 1 建立安全度指标体系3 7 5 2 2 模糊评判模型的建立3 8 5 2 3 山区交通安全实例评价分析4 0 5 3 基于车路耦合的山区道路交通安全度模型一4 2 5 3 1 参数选取原则4 2 5 3 2 确定模型参数4 3 5 3 3 建立基于车路耦合的山区道路交通安全度模型4 4 5 4 安全度模型应用前景一4 6 5 5 本章小结一4 6 第六章总结与展望 4 8 6 1 主要研究成果4 8 6 2 论文的不足和有待深入的地方一4 8 6 3 研究展望。4 9 参考文献 附录 在学期间发表的论著及取得的研究成果 5 3 5 5 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究问题的提出 西部山区公路具有坡道长、弯道多、隧道多、桥梁多的特点。这些特点使得 特大交通事故在一些路段频发，使之成为了“魔鬼路段、“死亡路段 。如： 渝黔高速路的崇遵段、贵州新寨到河池方向段、重庆长万高速右线r 2 0 5 k m 附近路 段、重庆长涪高速右线r 3 0 5 k m 处路段。“魔鬼路段 上，很多车辆在同一路段， 甚至同一地点频繁发生交通安全事故，似乎存在着客观的规律，然而，分析事故 原因，发现公路的设计和修建往往并未违反相关标准和规范，车辆也不存在故障， 驾驶员的人为因素也不太可能，事故必然与车路耦合不良有关。 从汽车行驶安全性角度分析，当汽车在长陡坡上向下行驶时，由于道路高程 不断下降，车辆的势能转化为动能而产生加速度，车速会越来越快，具有相当大 的冲量，为了控制车速，驾驶员必须不断地制动车辆，当坡度过长时，因制动减 速时间长，容易导致制动器过热或故障而使制动失效，因而常酿制重大交通事故。 当紧急制动时，还将导致车辆甩尾、侧翻等事故发生，出现车毁人亡的惨剧，特 别是在弯道处的下行车辆。 交通安全涉及到人、车、路、环境四个方面的要素。道路交通安全的潜在危 险性因素主要体现在交通参与者的不安全行为和交通工具及交通设施环境的不安 全状态【1 1 。道路交通事故是多因素共同耦合的结果，但是人和环境变化因素较为复 杂，目前主要通过加强交通管理来预防；而车和路这两个因素较为客观，可采用 一个指标来定量反映交通安全的程度。因而本文主要通过研究车和路之间的耦合 作用进行交通安全度模型分析。 山区道路上事故多是由于制动器或是道路线形设计不良引起的，本文的目的 是为了提高山区道路中车辆的行驶安全性，提出结合道路和车辆两个因素共同分 析车辆行驶安全性，进而建立安全度模型，为道路的设计提供理论参考。 1 2 课题研究现状和问题 1 2 1 国内外研究现状 多年来，人们一直都在关注和研究车辆在山区公路上的行驶安全性能，但基 本上都是从车辆和道路两个方面分别开展研究，并提出相应的改进措施。在山区 道路设计中，研究者把目光越来越多地放在了道路线形及其对行驶安全性的影响 上，并从交通事故统计分析和道路参数设计的角度，定性地讨论了公路线形、纵 2 第一章绪论 横断面几何形状、弯道曲线半径、路面抗滑性能及其耐久性等参数对交通安全的 影响。 交通事故的成因和形态都具有一定的模糊性，模糊事故树分析法可分析事故 因素与事故形态之间的关系。e l k e h e r m a n s a 等采用模糊层次分析法建立道路安全 度评价指数，对道路整体的安全状况进行评价。b e n o i t d e p a i r e 等提出用模糊聚类 的方法，对道路交通事故受伤的数据进行聚类，找出引起伤害的危险因素的主要 类别。国内学者对道路交通事故的统计指标进行模糊评价分析，寻找道路交通事 故黑点，建立了事故黑点的模糊识别方法【2 4 】。 交通安全上，现在经常使用的交通安全预测，主要是根据事故调查，通过数 据分析，运用一定的数学方法，进行拟合分析，来评价道路的安全程度。 交通部2 0 0 6 年新发布的行业标准公路路线设计规范( j t gd 2 0 - - 2 0 0 6 ) 的 1 0 1 0 条中规定：“高速公路、一级公路在设计完成后，或运营后，或改建时，宜 进行安全性评价，以提高行车安全性。 该标准的条文说明对1 o 1 0 条给予的解释是：“本规范在设计上引入了安全 性评价的概念，但目前对安全性评价只要求对高速公路、一级公路的线形设计受 地形条件限制的地段，或改、扩建工程，或其他特殊情况等，采用运行车速进行 安全性评价、检验。 2 0 0 4 年，同济大学张小平等从车辆的运行特征、制动性能、超载行驶等方面 分析了目前长下坡路段载重车辆事故多发的原因，并采用刹车鼓的实测温度来评 价车辆的制动性能，对高速公路连续长下坡路段行车安全进行分析【5 羽。 2 0 0 5 年，同济大学马云杰从汽车动力学角度对车辆的弯道制动工况进行了分 析，从力学的角度给出车辆制动工况对行车轨迹的影响 7 1 。 2 0 0 5 年，长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室慕慧、杨少伟，从运 行车速的角度，以车一路联合设计为主导思想，探讨了山区公路最大坡长限制问题， 并给出了各级公路在不同行驶条件下的上、下坡最大坡长限制值的具体计算公式 以及最大坡长限制的修改值【8 】。 2 0 0 5 年，合肥工业大学张建军，在其硕士论文连续长大下坡路段避险车道设 置原则研究中，根据车辆在长下坡路段等速行驶时各种制动方式下的制动温度， 依此建立了车辆在长大下坡路段行驶时制动器温度与下坡坡度，车辆下坡速度和 距坡顶距离之间的关系模型 9 1 。 2 0 0 6 年，西安交通大学张永生，宋涛，于晓东等分析了山区长大下坡路段事 故成因，并得出长大下坡事故的发生与纵坡坡度和长度有很大的关系，长距离的 下坡更是诱发交通事故的重要原因，提出设置避险车道是解决山区长大下坡路段 交通事故多发问题的重要措施i l o j 。 第一章绪论 3 2 0 0 7 年，重庆交通大学徐慧芬、唐伯明、徐建涛，定性定量分析了纵断面各 设计参数对交通安全的影响i l 。 2 0 0 7 年，长安大学人一车一环境系统安全交通行业重点实验室肖润谋，针对连 续长下坡汽车主制动器失效的现象，研究汽车在排气制动下长坡的临界之问题【1 2 1 。 2 0 0 8 年，重庆交通科研设计院祝建平，从汽车制动性能出发，通过对汽车下 坡制动功能转换的分析，提出从汽车制动功能角度来考虑下坡纵断面设计极限值 的计算模型和试验方法：通过对汽车下坡转弯处的力学分析，提出从计算侧滑值 的角度来计算下坡平曲线处的极限值【l 引。 2 0 0 8 年，长安大学慧鹏，在其硕士毕业论文车辆长大下坡联合制动特性研究 中，对汽车下坡过程中发动机制动、排气制动与主制动器联合作用的制动特性进 行了深入分析，并确定了它们的下坡能力和在下坡过程吸收能量的特点，进一步 建立了联合制动时汽车下坡坡度、坡长和行驶车速与制动器之间的模型，并利用 该关系模型对几种不同行驶工况的车辆在不同装载状态进行了模拟分析对比，得 出了使用联合制动对于长大下坡汽车的主制动器制动效能恒定性有所提耐川。 交通部委托同济大学交通运输工程学院编制了 公路项目安全性评价指南 ( 征求意见稿) ，该指南把8 5 的车辆运行车速与设计车速的差值和相邻评价单元运 行车速的差值作为评价指标，用以分析道路路线设计的安全性。 1 9 9 9 年j a m e s 等人研究了运行车速作为平曲线设计控制因素的方法【1 5 j ；k a l l e l l m d i s 等人提出了运行车速与平曲线半径的计算模型1 1 6 1 ；y u s i n l e e 和j u e y f u 研 究了运行车速与公路纵坡坡度的关系l l 。 美国联邦公路局( f h w a ) 开发的坡道严重度分级系统( g r a d es e v e r i t yr a t i n g s y s t e g s r s ) 是至今为止在连续长大下坡路段是否需要设置避险车道运用最为广泛 的分析工具。g s r s 使用预先确定的制动器温度限制( 2 6 0 。c ) 来建立坡道的最大安 全下坡速度，最大安全速度被定义为以此速度在坡底紧急制动，制动器温度不会 超过预先确定的温度限制【l8 】。g s r s 的主要目标是计算“重量特定速度 ( w e i g h t s p e c i f i cs p e e d ) 标记值，这个标记值为驾驶员提供了不同车重情况下，下坡 时的最大安全速度。g s r s 能根据给定的车辆总重( g v i o 和坡度严重性( 即道路曲线) 产生制动器温升曲线。通过判断制动器温度是否超过制动器温度限n ( 2 6 0 。c ) 的办 法就可以确定是否应设置避险车道，制动器温度超过此温度限制值( 2 6 0 。c ) 的地点 即为避险车道理论上的设置位置。 美国公路与运输协会( a a s h t o ) 2 0 0 1 年发布的公路和街道几何设计政策( 俗称 “绿皮书 ) 【1 9 】中指出，对于现有公路来说，只要有需要，避险车道就应该被设置， 事故的历史记录( 对于新建公路来讲，可参考相似公路上的事故记录) 和与工程判断 相结合的货车下坡时的运行情况，常常用于确定避险车道是否需要。绿皮书进一 4 第一章绪论 步指出，决定避险车道是否需要设置的主要因素应该是路面上其他交通流的安全、 失控车辆的驾驶员和下坡坡道沿途以及坡底的居民。通常，如果失控货车对毗邻 的活动区或人口密集地区存在潜在的影响，将为建造避险车道提供充分的理由。 绿皮书还指出不必要的避险车道也应该避免设置。 文献幽】中介绍，通过对陡坡或陡坡加急弯导致的车辆失控率，制动器过热或 冒烟等制动失效的货车数及失控车辆的事故率等来分析，并确定是否设置避险车 道。并提出在下坡路段设置下坡标志、转弯和坡度标志以及限速标志，使驾驶员 能够及时了解下坡路段道路信息，以便采取合理的制动等安全措施：其次，在坡 顶设置制动器检查站，检测制动器使用状况，了解下坡路段信息同时可以使制动 器冷却；最后需要考虑设置避险车道。 r a m a c h a n d r ar a o 等采用实际道路试验的方法，通过内置温度计测量制动器温 升变化，并利用有限元模拟研究制动鼓温度分布，试验分析表明有限元法可较好 拟合制动器温升变化。i o m b f i l l c r ，s f 等选用公共汽车，对于重力势能减少和制动 器温度升高之间关系进行了研究，并选用模拟计算程序及进行模拟计算。w a t s o n ，c 等，对于制动鼓温升和制动之间关系利用三维有限元法进行模拟研究。f a n e h e r ，p 等研究分析在不同的制动方式下，山区道路行驶车辆温升与制动效能之间的关系。 h u t c h i n s o n ，b g 等分析在不同载荷( 满载、半载) 汽车制动距离的大小，分 析下坡路段制动效能参数变化情况。m i s k a ，e 针对在下坡路段车辆车速不断增大 的问题，研究下坡时车辆速度增大自动避免报警系统。 关于道路环境对行驶安全的影响，整条道路景观对行车安全的影响的评价研 究，s a n d r al s a l i s b u r y , l a t 2 1 】提出景观对道路行车安全的影响的评价方法，它将路 域景观按着完整性、生动性、统一性进行打分。景观因素包括路边植被、地形、 人类建筑、水源等。与上面提到的相类似的研究还有对s t a t er o u t e9 7 一p a t e r o st o t h e c a n a d i a nb o r d e r 段道路景观的研究田毋j 。 汽车安全性是按交通事故发生的前后加以分类的。一方面是在交通事故发生 之前采取安全性措施，特别当即将发生危险状态时，驾驶员操纵方向盘避让或者 紧急制动，以避免交通事故的发生。如汽车在通常的行驶中，为确保驾驶者的基 本操纵稳定性，对周围环境的视认性和确保汽车的基本行驶性能，称为主动安全。 另一方面，为了尽量减少交通事故和司乘人员直接受害程度，保证司乘人员和行 人的安全，称这种安全性为被动安全。 目前对于山区公路中的急弯与陡坡路段的设计多是依据汽车转弯的速度限制 和爬坡的动力性能来进行的，没有从车辆的安全行驶角度出发进行设计。在对山 区急弯陡坡路段交通安全性研究中，就车路耦合对山区行驶安全的综合影响的研 究涉入不深，仅停留在对路面平整度、路面附着系数、横向力系数的单独研究中。 第一章绪论 5 对于山区公路中弯道和坡道路段的设计标准( 如：最新版的 公路路线设计规范 j t gd2 0 2 0 0 6 ) ) ) 主要根据汽车的爬坡动力性能和转弯速度限制来定量确定的，而 对于下坡过程中汽车制动性能对坡度的限制仅仅根据其部分调查数据来定性估 计，而没有从理论和试验数据分析上系统考虑车辆制动可靠性、转向稳定性与道 路设计参数之间的关系，也就是说：没有从车辆下坡的安全行驶要求和条件来科 学分析和考虑，使得山区公路设计往往存在安全上的先天不足，一旦车辆制动系 统、转向系统、行驶系统出现故障，车路耦合将不协调，车辆便会失稳，就可能 酿成交通事故。 1 2 2 研究工作取得的进展 过去对山区道路行车安全问题已经进行了大量研究工作，但这些研究工作要 么是定性的，要么是单就车或者路孤立开展的，没有将车和路作为一个完整的系 统来考虑，对行车安全性未给出一个定量的描述。 在行驶过程中，车辆和道路是相互作用的，两者的关系很密切。狭义上来说， 交通安全性的主要影响因素是车辆和道路，但在整个交通系统中，车辆与道路相 互作用，道路条件好坏决定了车辆行驶时的操纵稳定性、平顺性以及驾驶员的舒 适性等，而车辆性能的好坏则决定了车辆动力性能和制动性能等是否处于良好的 状态。因此，需要系统地分析影响山区道路车辆行驶安全性的因素，从道路条件、 车辆相关系统的技术状况、路面和车辆轮胎之间的相互作用机理以及作用力的变 化规律等方面来剖析车与路之间的安全本构关系，提出车辆行驶安全度的概念。 建立行驶安全度的计算模型，进而应用安全度模型指导山区道路的设计和车辆行 驶安全预警方案设计等，具有理论创新性。 1 3 主要研究内容 针对长大下坡路段所特有的道路线形，及现有道路和车辆技术状况，文中开 展了基于车辆制动安全性能及弯道行驶稳定性能的连续下坡路段事故预防技术研 究，主要研究内容： 长大下坡路段事故分析。针对重庆地区典型连续长大下坡事故多发路段进 行实际的调查和统计分析，归纳分析事故发生路段、典型事故车型、事故形态、 事故成因、车辆技术状况等。 山区道路行驶车辆的动力性分析。对山区道路中行驶的车辆在长下坡路段 和弯道以及隧道等不同状况下进行受力分析，确定各参数之间的关系，并得出不 同道路条件下的临界值。 安全度模型的建立。通过分析行驶车辆的安全性，确定各因素之间的关系， 6 第一章绪论 建立山区道路行驶车辆的安全度模型。 运用相关研究结论，结合实践，提出长下坡路段注意的安全性措施及相应 的建议。 1 4 研究技术路线 技术路线见下图： 图1 1 技术路线 f i g1 1t e c h n i c a lr o u t e 1 5 本章小结 本论文以山区道路的长下坡、弯道和隧道路段的行驶车辆为研究对象，把车 辆和道路作为一个相互耦合的整体，系统地分析影响行驶车辆安全性的因素，从 道路条件、车辆相关系统的技术状况、路面和车辆轮胎之间的相互作用机理以及 作用力的变化规律等方面来剖析车路之间的安全本构关系，提出车辆行驶安全度 的概念，建立行驶安全度的计算模型，为山区道路的设计、新型路面材料的设计 和车辆行车安全预警方案设计等提供理论指导。 第二章汽车山区道路事故特征分析 7 第二章汽车山区道路事故特征分析 随着我国现代化的不断推进，道路交通建设得到了前所未有的快速发展。全 国公路网的形成，极大地改善了人们的出行条件和出行方式，也促进了地方经济 的发展。然而，道路建设的规模不断扩大，机动车保有量的不断增长，也大大增 加了交通事故的发生率。 2 1 事故调查与现象分析 重庆地处长江中上游三峡库区及四川盆地的东南边缘，位于中国经济发达的 东部地区与资源富集的西部地区的结合部，重庆地形地貌结构较为复杂，山高沟 深，主要地貌以丘陵、山地为主( 图2 1 ) ，自古就有“蜀道难，难于上青天一之 说。重庆绝大多数道路等级不高，可谓“弯多、坡陡、路窄、坑深 ，同时傍山 险道比比皆是，有些地区无国道，只有一、二条二、三级公路，其余都是等外级 公路和便道、机耕道等，路面状况极差，极易发生事故，加之偏远，管理难度大， 历年来都是全国特大恶性事故的“重灾区 。 图2 1 重庆典型的山区地形和山区公路车辆坠崖事故 f i g2 1c h o n g q i n gt y p i c a lm o u n t a i n o u st e r r a i na n dv e h i c l ea c c i d e n t s 重庆市2 0 0 6 年在市级督办危险路段排查中对5 2 条危险路段的统计中，有1 8 条为急弯、长下坡及急弯长下坡路段，占总危险路段的3 4 6 2 。而在2 0 0 7 年排查 中，2 2 2 条危险路段中有1 0 8 条急弯、长下坡及急弯长下坡路段，约为4 8 6 5 。 从2 0 0 6 年和2 0 0 7 年危险路段排查的统计结果可以看出，交通事故在山区公路中 急弯、长下坡以及急弯长下坡组合发生的比例极大，而且呈逐年上升趋势。因此， 山区道路典型路段车辆安全行驶的研究，对有效减少山区道路发生交通事故率是 非常必要的。 8 第二章汽车山区道路事故特征分析 2 2 山区高等级公路事故特性分析 重庆地区地形叠嶂起伏，丘壑广泛分布，大多以山区为主，地势险要，根据 上述山区公路危险路段的判断标准，危险路段道路类型主要包括长下坡( 包括连 续下坡) 、弯道( 包括连续弯道) 、急弯长下坡段、陡坡、视线不良、平直线、路 侧险段、交通安全设施不足及高路堤路段等危险路段。0 7 年重庆市督办对2 2 2 条 危险路段( 国道3 3 处、省道1 4 0 处、县道4 9 处) 进行了排查，统计如图2 2 ( 由 于某些道路综合线形不良，存在多个问题，因此按不同线形统计时，总数会超过 2 2 2 条，重复统计为3 0 8 条) 。 图2 2 危险路段排查统计嘲 f i g 2 2i n v e s t i g a t i o na n ds t a t i s t i co fd a n g e r o u sm o u n t a i nr o a d s 2 3 山区高等级公路交通安全现状影响因素分析 交通事故的发生是人、车、路这三者所组成的系统失衡的结果。除此之外， 交通设施、环境等多方面辅助因素叠加在该系统中，也会导致事故的发生。在人、 车、路、环境四个因素之中，一般来讲，单纯由其中单个因素引起的道路交通事 故非常少，通常都是由几个因素共同作用而产生的。将事故原因分为人、车、路、 环境四个因素对2 0 0 7 年以来交通事故进行统计分析，得到的比例分布图如图2 3 所示。 从图2 3 可以看出：第一，造成交通事故的主要因素是交通参与者，其一是 驾驶人因素，包括无证驾驶、操作不当、违规操作等，其二是其他交通参与者的 因素，包括行人违法横穿等，由人为因素引发的交通事故占总事故量的8 5 ：第二， 不良车况也是诱发交通事故的主要因素，由车况不良，缺乏保养、例检引发的交 通事故占总事故量的8 ：第三，不良天气和道路条件也成为事故诱因，但数量较 少，各占1 ；其他原因占5 。因此，人的因素在山区公路交通事故中扮演最主要 2 3 1 高速公路交通事故分析 重庆是中国西南地区重要交通枢纽，高速公路主要由以重庆主城区为中心的 二环八射高速路网构成，很多路段具有山区高速公路的特点，尽管整体设计车速 在8 0 公里d , 时左右，但交通事故也时常发生。通过对2 0 0 6 年高速公路( 包括成 渝高速、长万高速、渝涪高速、渝黔高速、渝武高速等) 中特殊路段( 包括弯道、 坡道及弯坡道路) 上发生交通事故的原因、事故形态、事故天气以及事故车型的 分析，得出该特殊路段交通事故发生的特征。 图2 4 高速公路特殊路段比例分布 6 1 f i g2 4t h ep r o p o r t i o n a ld i s t r i b u t i o no fas p e c i a ls e c t i o no fh i g h w a y 1 0 第二章汽车山区道路事故特征分析 本文所关注的特殊路段包括了事故车辆处于弯道、上坡、下坡及弯坡行驶时 的四种特殊路段。在所调查的1 0 9 2 次交通交通事故中，有3 9 7 次交通事故是发生 在特殊路段上的。图2 4 是对山区高速公路交通事故中发生在特殊路段上的事故 的统计。 从发生交通事故的特殊路段比例分布可以看出，下坡路段是特殊路段中发生 交通事故最多的路段。主要是下坡时，车辆沿下坡的重力分力随坡度的增大而增 大，从而导致下坡路段车辆的速度越来越快，制动器制动时，车辆的制动器温度 迅速升高导致制动失效等，影响行车安全。因此，在下坡路段上发生的交通事故 数相对较多。 2 3 2 典型路段事故起因统计 高速公路上特殊路段中事故起因主要包括：操作不当、疲劳驾驶、超速、雨 天路滑而车辆未减速、车况不良、安全距离不足及其他原因等。特殊路段事故起 因统计图如图2 5 所示。操作不当在交通事故发生的原因中所占的比例要远远高 于其他原因，操作不当、疲劳驾驶、超速、违章行驶等都属于人为因素。交通事 故影响因素中，人的因素所占比例最大，而通过对高速公路交通事故的发生原因 统计，这一结论得到论证，但是人为因素所引发的交通事故不属于本文的研究范 围。除操作不当之外，制动不良及车况不良等车辆因素造成的交通事故占统计总 数的1 0 9 6 。从很多实际事故案例中，不难发现，其实操作不当的诱因也有很多是由 于车路耦合不良造成车辆运行状态突然改变，使得驾驶员措手不及，慌乱之中处 置不当。 图2 5 高速公路特殊路段交通事故起因统计图1 6 f i g2 5t h et r a f f i ca c c i d e n t sc a u s e si nt h es p e c i a ls e c t i o no fh i g h w a ys t a t i s t i c a lc h a r t ， 图2 6 高速公路典型路段事故车型分布图【6 】 。 f i g 2 6t h ed i s t r i b u t i o nc h a r to f t r a f f i ca c c i d e n to f v e h i c l em o d e l si nat y p i c a lh i g h w a y 从图2 6 可知，轿车发生交通事故的概率要高于其他类型的汽车，这主要是 由于高速公路上行驶的车辆以轿车为主，同时轿车的速度亦高于其他类型的车辆。 2 3 4 典型路段事故发生天气统计 对高速公路特殊路段发生交通事故的晴天、雨天、阴天、雾天四种天气统计 结果如图2 7 所示。 图2 7 高速公路交通事故天气分布嘲 f i g2 7t h e t r a f f i ca c c i d e n t sw e a t h e ri nt h eh i g h w a yd i s t r i b u t i o nc h a r t 1 2 第二章汽车山区道路事故特征分析 从图可知，在高速公路上，晴天发生的交通事故要远远高于其他类型的天气。 这主要是因为：全年中晴天所占的比例远高于其他天气类型；在天气良好 的情况下，车辆的行驶速度要高于其他类型的天气，同时，驾驶员在晴天行车时 容易麻痹大意，不自觉就提高了车辆的行驶速度。车辆行驶速度过快，发生意外 事故时，驾驶员反应时间减少，容易导致交通事故的发生。 2 4 交通安全的影响因素分析 影响交通安全的因素可以从宏观和微观两个角度来分析。首先，从宏观角度 来说，交通事故发生次数与交通运输量、机动车保有量等有着密切的联系。当事 故发生概率相同时，运输车辆越多，里程越长，事故的发生次数就越多；其次， 从微观角度出发，由人、车、路和交通环境等要素构成道路交通系统，并且各因 素是相互协调、相互作用，任何因素出现问题，都将影响到交通安全。 “道路交通安全度”就是针对道路运输系统中人、车、路、环境间的协调状 况所决定车辆运行安全程度的一种客观的度量。作为一个系统，人、车、路、环 境间的协调状况显然是一个内因问题。研究四者间的相互作用关系显然是确定道 路交通安全度的重要环节。但是，人、车、路、环境四个要素中，人最为复杂、 最具有主观性的因素，研究难度相对较大，但由于人的因素在事故中占的比例较 大，针对人的因素，本文只是作了简要的介绍。而车辆的因素、道路的因素和环 境中的部分因素，如气候条件等，相对而言却属于客观性因素。因此，研究重点 放在车辆和道路之间的协调问题上，就可以对基于车路耦合的道路交通安全度开 展研究。 2 4 1 人对交通安全的影响 人作为道路交通系统中的主体，对道路交通安全起着主导控制的作用。文中 所述的道路交通的参与者，包括行人和驾驶员。驾驶员控制着车辆的运行，是车 辆的操纵者和管理者，在道路交通安全系统中起着至关重要的作用，相对行人而 言对道路交通安全的影响更大。通常认为，驾驶人员的观察、判断、操作等方面 所发生的错误是导致交通事故发生的直接原因。 人与道路的关系对交通安全的影响的主要在于道路对人的反应特性、视觉特 性和心理特性的影响阱j 。汽车在行进过程中，驾驶员的状态不是固定的，在心理 和生理方面受到的刺激随着外界的条件变化而变化。在行车时，不管出现什么情 况，都应当给予驾驶员足够的制动反应时间，防止发生安全事故。道路线形、弯 道半径、坡度、宽度以及路面状况等各类指标就是根据制动反应时间来确定的。 分析调查结果，从人、车辆、道路和环境在交通事故中所起的作用可发现， 第二章汽车山区道路事故特征分析 1 3 由于驾驶员的过失而导致交通事故的产生是最主要的原因。 2 4 2 车辆对交通安全的影响 汽车是道路交通过程中的客体，并且是道路交通系统中重要组成部分，与交 通安全有着密切的关系。虽然在交通事故统计中，人的因素占有相当大的比例， 因车辆而直接导致的事故比例并不大，但是，如果能进一步改善车辆的结构和性 能，并按规定进行安全检查，使汽车具有良好的技术状况，从某种角度讲是可以 防止操作失误，从而减少交通事故。即使是交通事故发生，也能尽可能的把交通 事故损失减少到最低限度。因此，汽车技术状况是驾驶员行车安全的物质基础， 直接影响行车的安全性，主要体现在是否具有良好的使用性能，包括动力性、经 济性、制动性、操纵稳定性、通过性、安全性、舒适性、维修方便性及灯光照明 等。汽车技术性能的不断完善，可以预防或是弥补驾驶员操作上的一些失误。 我国道路交通流组成与国外不同，大车所占比例较大，且车辆构成复杂，各 车型之间性能差距较大。特别是山区道路中，中小型货车在交通流中所占比例较 大。在山区长大下坡路段，汽车的制动性能对行车安全有着至关重要的作用，一 般评价汽车制动性能的指标有：制动效能( 包括制动距离、制动减速度、制动力、 制动时间) 、制动效能的恒定性、制动时的方向稳定性。影响因素主要有：制动时 轴荷的分配、车轮制动器的质量、制动初速度、道路附着系数、汽车的装载和驾 驶技术等。 2 4 3 道路交通条件对交通安全的影响 影响交通安全的道路交通因素包括道路上的交通流状态、道路几何线