（安全技术及工程专业论文）ITS环境下汽车驾驶系统安全可靠性分析.pdf

北京交通大学硕士学位论文 abs tract b a s e d o n t h e t h e o r i e s o f h u m a n - m a c h i n e e n g i n e e r i n g , s y s t e m r e l i a b i l i t y a n d h u ma n r e l i a b i l i t y , t h e t h e s i s s t u d i e s t h e s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e a u t o m o b i l e d r i v i n g s y s t e m . e s p e c i a l l y , t h e d r i v i n g s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y i n i n t e l l i g e n t t r a n s p o rt a t i o n s y s t e m i s a n a l y z e d s y s t e m i c a l ly . f i n a l l y , t h e d r i v e r s r e l i a b i li ty i s e x p l o r e d . f i r s t l y , t h e t h e s i s a n a l y z e s t h e s e v e r i t y o f t r a f f i c a c c i d e n t s i n c i v i l a n d o v e r s e a s r o a d s , a n d p o i n t s o u t t h a t t h e d e v e l o p me n t a n d a p p l i c a t i o n o f i t s w i l l im p r o v e t h e d r i v i n g s a f e t y r e m a r k a b l y . s e c o n d l y , i t a n a l y z e s t h e s t r u c t u r e o f t h e d r i v i n g s y s t e m i n t r a d i t i o n a l t r a ff i c e n v i r o n m e n t ( w it h o u t e q u i p m e n t s a n d t e c h n o l o g i e s o f i t s ) . t h e e f f e c t s o f t h e r e s u b s y s t e m s : d r i v e r , v e h i c l e a n d e n v i r o n m e n t o n t h e w h o l e s y s t e m s a f e t y a r e s t u d i e d . b a s e d o n t h e a b o v e w o r k , t h e d r i v i n g s y s t e m r e l i a b i l i t y i n t r a d i t i o n a l t r a f fi c e n v i r o n m e n t i s f o r m u l a t e d . t h e n , t h i s t h e s i s a n a l y z e s h o w i t s a ff e c t s t h e s a f e t y o f d r i v e r , v e h i c l e a n d e n v i r o n m e n t , a n d p r e s e n t s a r e l i a b i l i t y b l o c k d i a g r a m f o r t h e d r i v i n g s y s t e m i n i t s e n v i r o n m e n t . b a s e d o n t w o d r i v i n g m o d e s i n i t s , h u m a n ma s t e r / ma c h i n e s l a v e a n d ma c h i n e ma s t e r / h u m a n s l a v e , t h e r e l i a b i l i t y i s c a l c u l a t e d r e s p e c t i v e l y . f u r t h e r m o r e , t h e s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e d r i v in g s y s t e m i s s t u d i e d q u a l i t a t i v e l y b y me a n s o f f t a . f i n a l l y , t h i s t h e s i s a n a l y z e s t h e m o s t im p o rt a n t p a rt o f t h e a u t o m o b i l e d r i v in g s y s t e m: t h e d r i v e r s u b s y s t e m b a s e d o n t h e s t u d y o f d r i v e r f a u l t c o r r e c t i n g a b i l i t y , w i th t h e c l a s s i c a l h u m a n a c t i o n f o r m u l a : s - 0 - r , t h e d r i v e r o p e r a t i o n r e l i a b i l i t y i n i t s i s f o r mu l a t e d . k e y w o r d s i n t e l l i g e n t t r a n s p o rt a t io n s y s t e m , s y s t e m r e l i a b i l i t y , h u ma n r e l i a b i l i t y , d r i v e r f a u l t c o r r e c t i n g a 2 北京交通大学硕士学位论文 1 绪论 1 - 1 论文的背景 1 1 1 道路交通安全问题 随着经济的快速发展和城市化的进程，人们出行次数不断增 加，货物运输量不断提高，而随之也带来了一些前所未有的交通 问题。交通拥堵、效率低下、环境污染和交通事故频发，这些都 对社会经济和人民的生命安全造成了严重威胁，己经引起了社会 各方面的关注。从1 8 8 6 年汽车问世，18 9 8 年纽约市首例车祸死 人以来，迄今，全世界每年由于交通事故而致伤者达1 5 0 0 多万人， 致死者达7 0 多万人，平均每2 秒钟就有1 人因交通事故而致伤， 每5 0 秒钟就有1 人困交通事故而死亡。表1 1 给出了国外一些国 家的交通事故情况。 近年来我国汽车工业迅速发展，机动车拥有量迅速上升，导 致我国交通状况不断恶化，交通事故数量和死亡人数逐年上升， 给社会和个人各方面造成巨大损失。据统计，1 9 9 6 年我国共发生 各类交通事故2 8 7 6 8 5 起，死亡7 3 6 5 5 人，伤1 7 4 4 4 7 人，折合损 失达1 7 1 7 6 8 5 万元；1 9 9 7 年上述各项指标分别为3 0 4 2 1 7 起，7 3 8 6 1 人，1 9 0 1 2 8 人和1 8 4 6 1 5 8 万元；1 9 9 8 年分别为3 4 6 1 2 9 起，7 8 0 6 7 人，2 2 2 7 2 1 人和1 9 2 9 5 1 4 万元；1 9 9 9 年各项指标又分别比1 9 9 8 年上升1 9 3 、7 、2 8 4 ；f d1 0 1 ；2 0 0 0 年，交通事故创纪录， 死亡人数达到9 3 8 5 3 人，比上一年度净增1 万余人；2 0 0 1 年， 恶性交通事故不断发生，全国共发生一次死亡3 0 人以上的特大恶 性交通事故1 5 起。图1 1 图1 4 给出了我国1 9 9 6 2 0 0 1 年间交 通事故的情况【2 _ 6 】。 北京交通大学硕士学位论文 表1 1 国外6 国交通事故情况 年份法国德国日本韩国 英国美国 1 9 8 0 2 4 8 4 6 94 1 2 6 7 24 7 6 6 7 71 2 0 1 8 2 4 5 7 2 8 2 2 0 7 4 2 5 7 事故 2 0 0 0 1 2 1 2 2 33 8 2 9 4 99 3 1 9 3 42 9 0 4 8 12 4 2 1 1 72 1 0 7 0 0 0 总数 2 0 0 11 1 6 7 4 53 7 5 3 4 59 4 7 1 6 92 6 0 5 7 9 2 3 6 4 6 l 2 0 4 1 0 0 0 行人 1 9 8 02 4 8 23 7 2 03 5 9 74 2 2 52 0 3 58 0 7 0 死伤 2 0 0 08 3 89 9 32 9 5 53 7 6 48 8 94 7 6 3 2 0 0 18 2 29 0 03 1 3 78 5 84 8 8 2 汽车1 9 8 07 2 6 76 9 1 53 0 0 62 3 6 02 7 4 5 5 乘员2 0 0 0 5 2 9 1 4 3 9 6 2 9 0 12 7 9 21 7 8 42 0 6 9 9 死伤2 0 0 l5 2 8 34 0 2 32 0 0 71 8 4 82 0 2 3 3 自行 1 9 8 07 0 91 3 3 81 3 6 6 3 1 69 6 5 乒2 0 0 02 7 06 5 91 2 7 33 1 71 3 16 9 3 死伤2 0 0 l2 5 66 3 52 9 31 4 0 7 2 8 摩托 1 9 8 02 5 5 62 6 3 12 2 0 l1 1 8 75 1 4 4 车人2 0 0 0 13 9 21 1 0 21 8 4 71 5 6 46 1 22 8 9 7 死伤 2 0 0 11 5 1 91 1 0 2 1 2 8 45 9 43 18 1 图1 11 9 9 6 2 0 0 1 年我国道路图1 ，21 9 9 6 2 0 0 1 年我国道路 交通事故发生情况交通事故经济损失情况 北京交通大学硕士学位论文 图1 31 9 9 6 2 0 0 1 年我国道路 交通事故死亡人数 图1 41 9 9 6 2 0 0 1 年我国道路 交通事故受伤人数 以上统计分析表明，交通事故已成为人口致死致伤的头号杀 手，造成了社会经济的巨大损失，改善道路安全状况，提高驾驶安 全性已经刻不容缓。传统的安全对策，例如完善道路交通设施，减 少混合交通，加强驾驶员的培训和交通的管理等等，固然能在一定 程度上起到减少和控制交通事故的作用，但具有局限性，难以满足 交通日趋复杂的需要，单纯依靠传统的模式已不能很好的解决交通 安全问题。随着电子技术、通信技术、控制技术和计算机技术的发 展，智能运输系统( i t s ) 的诞生为解决这一闯题提供了新的思路， 并且随着i t s 技术的发展和完善，i t s 必将成为解决道路交通安全 问题的最有效途径。 1 1 2 国内外i t s 的发展 智能运输系统( i t s ) 是在较完善的基础设旌上，将先进的信 息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技 术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效的综合应用于交通 运输领域，从而建立起的大范围内的实时、准确、高效的综合运 输系统。自本世纪8 0 年代以来，西欧、北美和日本竟相发展智能 运输系统，成立了许多机构，制订并实施了开发计划。1 9 8 6 年欧 洲启动了智能运输系统研究的第一批项目d r i v e 和p r o m e t h e u s ， 北京交通大学硕士学位论文 曰本开始r a c s 试验研究，其后美国开始启动p a t h f i n d e r 和 “2 0 0 0 年的交通模式”研究项目。除了欧、美、日以外，新兴的 工业国家和发展中国家也开始i t s 的全面开发和研究，如韩国由 交通部牵头制订了全面的i t s 框架结构和发展计划，新加坡已经 在全国推行不停车收费，中东的一些国家也开始讨论本国的i t s 计划。我国经过多年的不断努力在i t s 的开发和研究方面也取得 了相当的成绩。 ( 1 ) 美国美国的i t s 始于1 9 6 7 年的电子路径引导系统 ( e d g s ) ，但由于得不到继续开发的政策和资金，1 9 7 1 年该项目 终止。直到1 9 8 7 年一些对智能车辆和道路研究感兴趣的人员成立 了。个非f 式团体m o b i l i t y 2 0 0 0 ，美国都没有明显的关于i t s 的 研究动向。m o b i t i t y 2 0 0 0 的目的是促进后来称之为i v h s 的主要 国家计划的建立，更有意义的是导致了1 9 9 0 年美国智能车辆道路 协会( i v h sa m e r i c a ) 的诞生。1 9 9 2 年美国运输部、联邦顾问委 员会和全国运输协会联合制定了“智能运输系统”发展计划。1 9 9 4 年美国提出了i t s 的7 个服务领域：先进的交通管理系统、先进 的交通信息系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、公交运营 系统、应急管理系统和先进的车辆控制系统。1 9 9 4 年i v h s a m e r i c a 更名为i t sa m e r i c a ，美国的i t s 研究从过去的以州政府 或地方政府为主的方式进入到以联邦政府宏观指导调控、共同投 资的方式。为加强i t s 研究，美国设立了3 个i t s 研究中心( i t s r c e ) 。1 9 9 1 1 9 9 7 年期间，i t s 试验场有8 6 个，耗资达到7 亿多 美元。2 0 0 0 年，美国从全国i t s 示范实施项目中选择了7 个进行 国家级评价，这7 个项目是美国i t s 集成计划的一部分，它们分 别是：位于加利福尼亚邻近的s a nj o s e 的硅谷、加利福尼亚的 砌v e r s i d e 、华盛顿的s e a t t l e 每年交通事故死亡人数可比 现在减少3 0 % 7 0 %。 就交通事 故的致死率而言，国外的致死率大大低于我国，如日 本为 0 . 9 % 美国为 1 . 3 %，而我国的致死率则平均为 2 7 .3 %，这主要是抢救不 及时所致，因为8 5 %的死亡者都是在交通事故发生后3 0 分钟之内 死去。 如果我国能够有效地应用智能交通系统， 使交通事故受害者 在受害的3 0 分钟之内得到急救，那么每年全国就可能少死 6 万人 1 7 - 9 1 1 .3人机系统可靠性 1 .3 . 1人机系统简介 人机系统是指人和机器构成的系统， 一般由人、 机器和环境三 个子系统构成。其中， “ 人”是被研究系统中参与系统过程的人; “ 机”是与人处于同一系统中并与人交换信息、物质和能量的物， 北京交通大学硕士学位论文 可以是机器， 也可以是物品; “ 环境” 是影响人机系统的环境条件。 在人机系统中，人、机、环境每个局部的功能由每个子系统的结 构所决定，而整个人机系统的功能则由人机环境系统的总体结构 所决定。 ( 1 ) 人的因素人是系统中最活跃的环节， 也是最重要的一 个环节，同时也是最难控制的环节对人的因素的研究一般归纳 为以下几个方面: 人体尺寸，包括静态尺寸和动态尺寸两部分: 人体的机械力学功能和机能，包括人在各种静态及动态状 况 下，既性、重心、肤体运动速度等的变化规律和人的体力及耐 力等; 劳动生理功能的变化及其机能， 包括体力劳动、 脑力劳动、 静态劳动及动态劳动的人体负荷反应与 疲劳机制等; 人的信息传递能力及其机制 主要是研究人对信息的接收、 传递、存储和人的信息输出能力及其机制，为系统的信息 编码、 信l4 1 显示及控制装置的设计提供依据; 人的可靠性，影响人的可靠性的因素十分复杂，既有主观 因素，又有客观因素，这里主要是研究正常情况下人失误的可能 性; 劳动中的心理过程，主要是研究劳动中心理调节的特点， 心理反射的机制及疲劳的心理机制; 技术审美及设计，主要是研究技术美学法则、工业色彩及 机器艺术造型设计等方面，帮助调解人的心理状况。 ( 2 ) 机的因素机的因素很多， 难以全列， 这里主要对机械 及电气系统进行归纳，在一定程度上具有普遍的代表性。这方面 的内容可概括为: 信息传达显示方式，包括仪表显示、音 ipj 信息传达、触觉 信息传达、符号系统、编码方法等; 操纵控制技术， 包括机器的 操纵装置、仪表控制装置、 符 号及键盘技术等: 北京交通大学硕士学位论文 安全保障技术，包括冗余性系统、机器保险装置、防止人 失误及失职的设施、 事故控制方法、 救援方法、 安全保护措施等; 机具上有关人体舒适性及使用方便性的技术，如振动及噪 声的控制、隔离和防护、座椅的宜人化设计等。 ( 3 ) 环境因素环境是个十分广泛的概念，包括生产环境、 生活环境、室内环境、室外环境、自 然环境、人工环境等。一般 可分为两种形式: 一 是空间形式，即占有一定的空间，包围在人 机的周围，给人机以影响;另一种是时间形式，它在人机活动的 过程中发生、发展和变化着。环境因素的内容可归纳为以下五个 方面: 作业环境，如场地、机器布局、道路及交通、安全门、紧 急脱险方法等; 物理环境，包括噪音、照明、空气、湿度、温度、气压、 粉尘、激光、辐射、重力、磁场等; 化学环境， 包括有毒物质、 化学性有害气体及水质污染等; 生物环境，包括细菌污染及病原微生物污染等; 美学环境，如造型、色彩、背景音乐等。 1 .3 . 2人机系统可靠性 人机系统的可靠性指系统在一定的条件，于一定的工作时间 内有效的执行其功能的概率。可靠性的数量指标为可靠度。系统 可靠性由人、机、环境三个子系统的可靠性决定，即: r ， = f r h , r m r e ) ( 1 . 1 ) 式中， r : 为 系统可 靠度， r * 为 人的 可 靠 度， r ， 为机的可 靠度， 凡 为环境可靠度。由于人的可靠度和机的可靠度都直接受到环境因 素的影响，为便于对系统进行定量评价，假定人的可靠度和机的 可靠度都是环境的隐函数， 从而人机系统的总体可靠度可表示为; 尺 : = f ( r , , ) , r . , , ) ( 1 . 2) 北京交通大学硕士学位论文 式 中 ， 凡 (e ) 为 受 环 境 因 素 影 响 的 人 的 可 靠 度 ， r m ce ) 为 受 环 境 因 素 影响的机的可靠度。若人机系统是一个串联系统，则 r , = r , w x r m (e )( 1 . 3 ) 若人机系统是一个并联系统，则 r , = r h (, ) + r , e ) 一 r , w r , e )( 1 . 4 ) 假 定 人 和 机 器是串 行 工 作 关 系， 如果凡 (e ( = 0 .8 , r m co = 0 .9 4 ， 则 r , = 0 .7 6 。 若 机 器 经 改 进 后 可 靠 度 提 高 到r m ce = 0 .9 9 ， 则r , = 0 .7 9 . 由此可见， 即使花费很大的投资单纯提高机器的可靠度， 而不去提 高人的可靠度， 那么系统的可靠度仍得不到明显的改善。 人机系统 的可靠性和安全性在很大程度上取决于人的可靠性。据统计， 2 0 % a - 9 0 %的系统失效与人的失误有关，其中直接或间接的肇发事 故的比 率为7 0 % - - 9 0 % p o 。 在将来， 这种比 率有可能变得更高。 一 方面， 新的技术进步为完成相当复杂的作业提供了越来越可靠的机 器; 另一方面， 人就显然成为人机系统中更为不可靠的因素。 因此， 对人机系统来说， 除了研究机的可靠性外， 更重要的是对具有能动 性的人的可靠性进行全面、 深入的研究， 这样才能最大的提高系统 的安全可靠性。 1 9 5 8 年， 威廉斯 ( h . l . wi l l i a m s ) 首次提出在系统可靠性预测 中必须包含人的可靠性，否则预测的系统可靠性不能代表实际情 况， 此后人的可靠性研究逐渐成为系统可靠性研究中的一个常见话 题。1 9 7 3年， 美国电气电子工程师协会可靠性学报( i e e e t r a n s a c t io n o n r e l ia b i l it y ) 出 版了 人的 可 靠 性 专 集， 这 被 认 为 是人的可靠性研究史上的一个重要里程碑。 近年来， 国内在航空航 天、核电、化工等部门也开展了一系列人的可靠性研究。 人的可靠性分析是人机工程学 ( e r g o n o 而c s )或人因工程 ( h u m a n f a c t o r e n g i n e e r i n g ) 的 延 续和发 展， 现己 逐 渐形成一门 相 对独立的学科，它与认知心理学、统计学、行为科学、管理科学 北京交通大学硕士学位论文 等诸多学科存在着密切的关系。 人的失误机理和可靠性模型化控制 技术的研究已经引起了人们的广泛关注， 其实质就在于从事物的原 因、 方式、 过程和后果四个方面来减少人的失误， 最终提高人机系 统的安全可靠性。 1 . 4论文的主要研究内 容 汽车驾驶系统是一个典型的人机系统， 其中人是直接参与驾驶 的驾驶员， 机即是汽车， 环境包括交通环境、 道路环境和气候环境 等等。 过去有关驾驶系统安全性能的研究主要集中在通过汽车安全 性设计和道路交通安全性控制以期实现安全驾驶的方面， 而忽略了 对具有能动作用的， 起决定意义的人的因素的研究。 随着人的可靠 性理论的发展，人们开始对驾驶员和驾驶系统的可靠性进行研究 1 1 1 5 ) 。 但随着i t s 的发展 驾 驶环境发生了 变化， 系统中 驾驶员的 地位和作用也有了转变， 对新情况下的汽车驾驶系统和驾驶员的可 靠性研究却不太多。 本文正是从这个出发点， 将人机工程学、 系统 可靠性和人的可靠性理论应用到i t s 领域中。 对i t s 环境下汽车驾 驶系统的可靠性和安全性进行研究， 并对汽车驾驶系统中驾驶员子 系统的可靠性进行探讨。 本文共分为五个部分，各部分的主要内容如下: ( 一) 绪论。 这一部分着重分析论文的研究背景和意义， 指出 道路交通安全的严重性， 阐述各国i t s的发展， 对i t s 有关道路交 通安全的改进进行分析， 对系统可靠性、 人的可靠性的基本理论进 行简要阐述。 ( 二) 传统的 汽车驾 驶系统安全可 靠性分析。 在没有应用i t s 技术和设备的条件下， 从汽车驾驶系统的驾驶员、 车辆和环境三个 子系统入手， 分别研究各子系统的安全影响因素， 分析系统整体的 安全可靠性。 ( 三)i t s环境下汽车驾驶系统安全可靠性分析。对 i t s环 境下汽车驾驶系统各子系统新增的影响安全的因素加以分析，探 北京交通大学硕士学位论文 讨i t s 环境下汽车驾驶系统的 可靠性。 对“ i t s 环境下汽车驾驶系 统失误”的事故树进行分析。 ( 四) i t s 环境下驾 驶员安 全可靠性分析。 针对汽车驾驶系统 中最重要的驾驶员的安全可靠性， 从驾驶员感知、 决策、 判断三个 阶段入手，对 i t s 环境中驾驶员的可靠性进行具体分析。 ( 五) 总结和展望。 对论文的工作和研究成果进行总结和归纳， 指出有待完善之处，另外将对本领域的研究进行展望。 北京交通大学硕士学位论文 2传统的汽车驾驶系统安全可靠性分析 在这里，传统的汽车驾驶系统是指在传统的交通条件下，即 没有应用工 t s 技术和设备的条件下，涉及到一名驾驶员和他所驾 驶的一辆机动车的人机系统。 2 . 1汽车驾驶系统的构成 汽车驾驶系统是驾驶员、机动车辆和环境有机构成的祸合系 统。其中环境包括交通环境、道路环境、气候环境等。这里驾驶 员和车辆仅涉及到单个驾驶员和单辆机动车，道路上行驶的其他 车辆及其驾驶员包含在环境子系统中。传统交通条件下的汽车驾 驶系统中只有驾驶员感受来自 环境和自 身车辆的信息，在此基础 上 进行判断决策做出反应，输出控制信息，来操纵汽车行驶。而 车辆在运行中将运行状态又反馈给驾驶员，驾驶员再根据新的环 境信息做出反应，直到驾驶结束。汽车驾驶系统的驾驶员一 车辆- 环境的相互关系和作用如图2 . 1 所示。 实际的朽驶方向 环境子系统 图2 . 1传统交通条件下的汽车驾驶系统结构示意图 由于汽车驾驶系统由这三个子系统构成，因而系统的整体安 全可靠性由 这三个子系统的安全可靠性决定。其中驾驶员具有能 动作用，对系统的安全可靠性起着决定性的意义。由表2 . 1 可看 出，我国 交通事故致因中驾驶员因素高达8 5 % 左右2 -6 1 北京交通大学硕十学位论文 表 2 . 1 1 9 9 6 - - 2 0 0 1 年我国交通事故致因统计 机 动 车 驾 汽 车 机 械 其 他 交 通 道 路 其 他 2 0 0 1 驶员 8 6 . 6 9 % 8 3 . 7 % 8 5 . 2 3 % 故障 参与者 25 5 %5 . 9 8 0 0 . 1 4 %4 . 6 4 % 2 0 0 04 . 9 %5 . 2 % 0 . 1 %5 . 0 % 1 9 9 934 3 %7 _ 7 % 0 . 0 7 %35 5 % 19981997 一一84.3%83.6% 1 9 9 6 1 8 3 .2 % 4 . 1 % 4_ 5 % 85 %01 % 30 % 93 % 0 . 1 % 0 . 1 % 2 . 5 0% 4 . 7 % 9 . 5 %2 . 5 0 % 2 . 2汽车驾驶系统的安全分析 汽车驾驶系统由驾驶员、车辆和环境三个子系统构成，其系 统安全性就在于这三个子系统间有序结构的最佳匹配:因此，必 须对各子系统的结构、性能和行为加以分析，寻求其对驾驶系统 安全的影响。 2 . 2 . 1环境子系统的安全影响 汽车驾驶系统的环境子系统一般包括道路状况、交通情况和 气候条件等，下面就其安全影响分别进行分析。 ( i )道路环境的影响 道路的影响包括道路线形组合、 道路横断面设计、 路面状况、 道路交叉口等。 道路线形组合的影响 道路线形由直线和各种曲线连接而成，在行车时，驾驶员需 要一面观察了解前方新路段的情况，一面驾驶汽车使之适应新的 行车条件。所以为保证驾驶安全，道路的几何线形组合必须自 然 合理，适宜人性要求。公路线形几何要素的不合理以及各种不良 的线形组合，均可能导致交通事故的发生。 直线路线短捷，行车方向明确.视野宽阔，但过长的直线段 北京交通大学硕士学位论文 易使驾驶员因景观单调而缺乏刺激，产生疲劳， 注意力不集中， 反应迟缓， 一旦有突显信息出现， 就会因措手不及而肇事。 另外， 驾驶员在长直路段爱开快车，致使车辆进入直线路段末段后的曲 线部分速度仍较高，若遇到弯道超高不足，往往导致倾覆或其它 类型的交通事故。 此外， 驾驶员喜欢在直线段上超车和超速行驶， 这导致行车时驾驶员较难判断车间距，极易发生危险。 曲线分为平曲线和竖曲线。平曲线即弯道，平曲线与交通事 故的关系很大。 调查表明 7 :曲 率愈大， 事故率愈高;尤其是曲 率在 1 0 以上时， 事故率急剧增大。 原因是曲率越大， 汽车在运行 中的转弯半径越小，视线盲区增大。但如果半径过小，车辆转弯 时所产生的离心力又容易使车辆侧滑或侧翻，同时驾驶员操纵方 向盘会感到困难，且容易产生视错觉。据美国公路部门统计，在 弯道上发生的事故约占全部事故的 1 0 % 以上。竖曲线是构成道路 纵面线形的要素之一，是为保证车辆平顺通过坡顶或坡底而设计 的。道路的竖曲线半径过小时，会影响到驾驶员的视距，使其视 野变小，驾驶员不易发现前方情况，容易发生碰撞。 不良的线形组合往往是导致交通事故发生的重要原因。线形 的骤变，如长直线的末端设置急转弯曲线，会使驾驶员缺乏足够 的思想准备，甚至来不及进行操作。短直线介于两个弯曲的圆曲 线之间，形成所谓的断背曲线，这样容易使驾驶员产生错觉，把 线形看成反向曲线，从而发生操作错误，甚至酿成车祸。在直线 路段的凹形纵断面上，驾驶员位于下坡看到对面的上坡段，容易 产生错觉，把上坡的坡度看得比实际的坡度大，这样驾驶员就有 可能加速以便冲上对面的上坡路段;同时，在下坡路段看上坡路 段，驾驶员觉察不出自己是在下坡，因而有可能发生事故。在凸 形竖曲线与凹形竖曲线的顶部或底部插入急转弯的平曲线，前者 因为没有视线引导而必须急打方向盘，后者在超出汽车设计速度 的地方仍然要急打方向盘，这些都极易引起交通肇事。在凸形竖 曲线的顶部或凹形竖曲线的底部设置断背曲线，在前者情况下， 视线失去诱导效果，在道路上行驶的车辆好象突入空中的感觉， 北京交通大学硕士学位论文 而且因接近顶点才知道线形开始问相反的方向弯曲，易使驾驶员 因紧张而操作方向盘失误.而后者会形成排水不畅，看起来道路 是扭曲的也易使驾驶员视觉产生偏差。如果纵断面反复凹凸， 形成只能看见脚下和前头，而看不见中间凹陷的线形，这样的线 形容易发生事故。转弯半径较小的平曲线与陡坡组合在一起时， 也会使事故急剧增加。 道路横断面设计的影响 道路横断面设计一般包括车道数、车道宽度和路肩宽度与结 构。一般情况下，三车道比两车道交通事故率高，四车道比三车 道事故率低，以后随车道数的增加交通事故率减少，如表 2 .2所 示 i 8 1 表2 .2车道数与相对交通事故率表 车道数相对交通事故率 ( %) 2车道l ( 设2 车道道路的相对事故率为1 ) 3 车道 1 . 5 0 4车道 ( 没有中央分隔带) 0 . 8 0 4车道 ( 有中央分隔带，平面交义) 0 . 6 5 百 干 4 车 道( 有 中 央 分 隔 带 ， 立 体 交 叉 0 . 3 0 8 车道 0 . 3 0 一般来说，车道越宽交通事故越少。据有关资料介绍，在两 车道路从 5 . 5 m扩大到 6 . 7 m时，交通量较少的地点交通事故减 少2 1 . 5 % ， 交通量较大的地点交通事故减少4 6 . 6 % 1 1 . 路肩宽度与结构对交通事故率也有一定影响。路肩较宽可以 给驾驶员较大的操作空间，提供足够的车辆停靠地点，不会阻碍 交通，有利于行车安全。若路肩表面没有铺装路面，在下雨时特 别是雨季容易积水或呈泥泞状态，在铺装路面行驶的载重车辆特 别是拖挂车一旦进入路肩，容易打滑失去控制而引发交通事故。 据前苏联资料介绍，在交通事故中，大约有 6 % -1 3 . 了 % 是由于路 北京交通大学硕十学位论文 肩的表面状态不良引起的。 路面状况的影响 路面与车辆直接接触，路面状况对交通安全的影响很大。车 辆在路面上行驶，除了克服各种阻力，还会通过车轮把车辆的重 力、振动力和冲击力传给路面，如果路面的强度不够，则会出现 断裂、沉陷、波浪和磨损的破坏:如果强度足够，而整体或某一 部分刚度不够，在车轮荷载作用下也会产生过量的变形，而构成 车辙、沉陷或波浪等破坏。这样就会影响到道路的使用，严重时 可能中断交通，而驾驶员在这样的路上行驶也极易发生危险。 路面的表面平整度也影响到行车安全。不平整的路表会增大 行车阻力，并使车辆产生附加的振动作用，这种振动作用会造成 行车颠簸，影响行车的速度、驾驶的平稳和乘员的舒适。同时， 振动作用还会加剧路面和汽车机件的损坏和轮胎的磨损，而且， 坑洼不平的路面还会积水。这样无疑增加了驾驶员驾车的难度以 及车况出现故障的概率，埋下了事故隐患。 路面的抗滑性能对行车安全起着至关重要的作用。据统计， 路面湿润时的事故是干燥路面的两倍， 降雪时是千燥路面的 5倍， 结冰时是干燥路面的8 倍。由于路面缺陷而产生的交通事故中， 因路面光滑而肇事者占3 0 % e 3 。 路面光滑会使驾驶员在行车时因 方向发飘而控制不住汽车，在制动时发生侧滑或在预定距离内不 能减速停车。因此，对路面进行防滑处理，增大其摩擦系数，可 以有效地减少交通事故的发生。另外，路面的人为破坏、施工无 明显警示标记也是引发交通事故的原因之一。 交叉口的影响 交叉口是道路交通的衔接处，是车辆汇集的所在地，不同方 向的车流发生交织或冲突，极易产生交通混乱，造成交通事故。 同一行驶方向的车流向不同方向分开产生分流点;不同方向的车 流以较小角度向同一方向汇合产生合流点:不同方向的车流以较 大角度相互交叉产生冲突点。这些车流交错点的数量随着路口支 路数的增加而急剧增加，每一个交错点都存在追尾、碰撞的可能 北京交通大学硕士学位论文 性， 其中以 左转和直行车流产生的冲突点的危险隐患最大。 因而平 交路口往往是交通事故的高发点。 统计资料表明， 平交路口的交通 事故约占全部事故的 5 0 %左右。在交叉口实行交通管制，如安装 交通信号灯或交通警察现场指挥， 使发生冲突的车流从通行时间上 错开， 这样可减少冲突点， 从而达到减少交通事故的目的。 而修建 立交桥， 建立立体交叉， 将车流从通行空间上分开， 各行其道， 互 不干扰， 这是解决交叉口 交通问题的最彻底办法。 此外， 在平面交 叉内合理布置交通岛、 交通标志和标线、 引导各方向车流按规定线 路行驶，也可在一定程度上减少相互干扰。 ( 2 )交通环境的影响 交通量的影响 驾驶员行车的工作状况， 不仅受道路条件的影响， 而且还要受 交通情况的影响。 在影响驾驶员行车的诸多交通环境因素中， 交通 量的影响起着主导作用。 交通量的大小， 直接影响着驾驶员的心理 紧张程度， 也影响着交通事故率的高低。 在交通量很小时， 车辆的 行驶主要取决于道路条件和车辆本身的性能， 而不受其他交通者的 影响。 这阶段的交通肇事往往是由于高速行驶、冒险行车、 汽车的 运行状况与道路条件不相适应所致。当道路上的交通量逐渐增加 时， 驾驶员不能再单凭自己的兴趣、 习惯驾驶汽车， 必须同时兼顾 与其他交通者的关系。 这时驾驶变得谨慎， 所以事故相对有所下降。 随着交通量的继续增大，道路上行驶的汽车大部分都尾随前车前 进， 形成了稳定的道路交通流， 由于在这种情况下超车的情况较少， 所以 事故率也相对较小。 随着交通量进一步增加， 车辆的相互干扰， 互成障碍， 超车变得较为困难， 与超车有关的事故也有所增加。 当 交通量增加到使超车成为不可能时， 形成了饱和道路交通流， 车辆 间的距离也大为缩小， 这时平均车速降低，因此事故也相对下降。 如果交通量进一步饱和， 则产生交通阻塞， 这时车辆只能尾随前车 断断续续的前进， 交通事故大大减少， 但道路的通行能力也大大降 低。道路交通量与交通事故率的关系如图2 .2 所示2 0 1 北京交通大学硕士学位论文 事故率 交 通 流 状 况 自 由 流i 稳 定 流不 稳 定 滩 丝 血 邀i t pr e j, 图2 .2道路交通量与交通事故率的关系 混合交通模式的影响 我国的道路交通模式大多为混合式交通，而混合交通环境正 是产生交通事故的温床，混合交通条件下发生的交通事故占总数 的一半以上。由于人、车混行，加之各种机动车、非机动车在同 一条道路上行驶，相互争夺道路空间，大大增加了不安全因素。 尤其是各种不同动力、不同速度的车辆在一条道路上行驶，相互 超越次数增多，使整条道路难以形成稳定的交通流，既影响道路 的通行能力又潜伏着诱发交通肇事的隐患。通过修建人行天桥或 地下人行通道可以做到人车分离， 大大消除人车冲突， 减少危险， 同时还可以提高车流运行速度和道路的通行能力。而组织专用车 道，使各种车辆各行其道，可减少机动车与非机动车，以及各种 机动车之间的冲突，从而达到减少交通事故的目的。 ( 3 ) 气候条件的影响 气候条件包括昼夜、阴晴、雨雪、雾、风、温度和气压等， 不仅对车辆的工况，特别是发动机工况产生很大影响，而且也影 响到了路面状况。更重要的是，影响了驾驶员的工作环境，例如 大雨大风影响驾驶员的视觉和听觉，导致驾驶员不能准确的发现 交通信息，从而影响到驾驶安全。又比如温度和气压会影响到驾 驶员的精神状况，驾驶员可能会判断错误或操作失误，极可能引 发事故。 2 . 2 . 2车辆子系统的安全影响 车辆性能大大影响到驾驶系统的安全，即使驾驶员驾驶技术 北京交通大学硕士学位论文 再精湛，驾驶环境再良 好，如果车况不良，也存在着极大的危险 隐患。汽车由发动机、底盘、车身和电器设备组成，其中底盘包 括传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统。汽车每一个组成 部分的工作情况都直接影响到汽车的整体工况。而与驾驶员安全 驾驶车辆直接相关的汽车性能则主要是制动性能、操纵性能和视 野，以及车辆的主动和被动安全装置。 ( i )车辆制动性的影响 车辆制动性是指机动车停车和降低车速的能力，它直接关系 到人的生命健康，是车辆安全行驶的重要保障。制动性能不仅取 决于制动机构的特性， 而且与汽车的行驶性能、 轮胎的机械特性、 道路的附着条件，以及驾驶员的操作有着密切的关系。 驾驶员脚踩刹车进行制动的过程如图2 .3所示。由图可知， 从驾驶员意识到危险至踩下刹车后，经过一段时间，车辆的制动 传动装置将制动蹄压向制动鼓，使刹车片产生摩擦力，形成对车 轮转动的阻力矩，并通过轮胎在路面上产生对整个车辆运动的摩 擦阻力，使车辆减速或停车。 驾驶员发现危险情况到车辆最终减速停车的全过程分为两个 阶段。第一阶段为从驾驶员发现危险时起，至车辆刹车片开始出 现制动力为止。这一阶段车辆没有受到任何制动力的作用，所以 车辆仍以原有的速度行驶， 称为空驶阶段。在空驶阶段内车辆行 驶的距离为空驶距离。第二阶段内，车辆在制动力的作用下迅速 减速直至停车，在这一阶段内车辆驶过的距离称为制动距离。车 辆的空驶距离和制动距离都与汽车的安全性有直接关系。 北京交通大学硕士学位论文 时间 制动力 发现情况 图2 . 3车辆的制动过程 汽车制动时的方向稳定性是评价汽车制动性能优劣的重要指 标， 它是指汽车在制动过程中维持直线或按预定弯道行驶的能力。 制动时汽车应不跑偏、不侧滑并保持转向能力，从而使汽车能够 按驾驶员预定的操纵轨迹行驶。汽车制动跑偏是指汽车制动时不 能按照直线方向停车或减速，汽车自 动向左或向右偏驶。跑偏的 原因很多，如左右轮制动器制动力不等，悬架导向杆与转向杆的 运动发生干涉、悬架的结构及其刚度、轮胎的机械特性、前轮定 位、道路情况等。最常见的情况通常是汽车左右轮、特别是转向 轴左右轮制动力不等。 易发生后轮侧滑的汽车有加剧制动跑偏的倾向。汽车制动时 的后轮侧滑是指某一轴或两轴的车轮发生横向滑动的现象。侧滑 除了和汽车本身结构性能有关外， 还与道路条件等其他因素有关， 即使技术状况良好的汽车，有时在较高车速或溜滑的路面上制动 时也可能发生侧滑。汽车高速行车制动时出现的后轮侧滑是最危 险的，因为这时汽车常发生不规则的急剧回转运动，使汽车完全 或部分的失去控制。 据有关资料统计，在潮湿路面上约有三分之一 的交通事故与侧滑有关，在冰雪路面上 7 0 %-8 0 %的交通事故与 北京交通大学硕士学位论文 侧滑有关。 而根据对侧滑事故的分析发现有5 0 % 是由于制动引起 的 . 9 1(2 1 7 。 可见， 制 动时 产生的 侧滑 现象是 影响 交 通安 全的 一 个 重 要因素。 影响汽车制动性能的主要因素有:道路与气候条件、驾驶员 的技术水平和生理心理状态、汽车的车速与装载、制动系统与车 轮的技术状态等。道路路面是汽车制动赖以存在的条件，同时车 轮最大制动力受到路面附着系数的限制，所以路面状况对制动效 能的发挥有着决定性影响。另外气候条件在很大程度上也是通过 路面来对制动产生影响的，例如晴天使路面干燥，下雨使路面潮 r 、结冰等，路面湿滑程度大大影响车辆的制动性能。 ( 2 )车辆操纵稳定性的影响 操纵稳定性包含操纵性和稳定性两个方面，操纵性指车辆在 行驶过程中必须能正确的遵循驾驶员通过操作系统所发出的指 令，稳定性指汽车受到力图改变车辆行驶方向的外界干扰后，维 持或迅速恢复原运动状态的能力。 同时在满足上述要求的基础上， 也不能过分的降低车辆行驶的速度或造成驾驶员过度紧张和疲 劳。车辆的这种能力称为操纵稳定性。操纵稳定性不好的车辆， 驾驶员难以控制，容易造成交通事故。 车辆的操纵稳定性一般包括行驶稳定特性、转向稳定特性和 紧急状态下的操纵稳定性。车辆保持稳定行驶的能力具有一定的 限度，如果汽车的运动状态超过了稳定性界限，车辆就会失去行 驶稳定性， 从而危及行车安全。 前轮“ 摆头” ， 即转向轮绕主销的 持续振动是汽车行驶中常见的现象，这就是汽车的行驶稳定性出 现了问题。随着车速的提高， 对于转向的稳定性也要求越高， 车 辆必须按照驾驶员的意愿正确转向。汽车转向时可能出现转向 沉 重，大多数情况下是由于转向器调整不当、前轮定位不正确、轮 胎气压降低或车桥与车架位置不当以及汽车超载引起的。单向跑 偏也是转向时容易出现的故障，一般是左右轮气压不一致、前轮 定位不正确、转向器调整不当以及车架、车桥、转向节与转向臂 等变形或位置不正确引起的。此外当行驶中突发意外事故时，车 北京交通大学硕士学位论文 辆必须在驾驶员的紧急操作下进行紧急避难。 然而在这种情况下， 驾驶员常常措手不及， 极易发生失误， 尽管车辆的运行状态良 好， 却仍然由于驾驶员的原因发生事故。 ( 3 )驾驶员视野的影响 车辆在行驶过程中， 驾驶员必须不断了解外界情况， 其中8 0 % 的信息是依靠驾驶员的视觉获得的，因此驾驶员视野对道路交通 安全具有十分重要的影响。前方视区是驾驶员通过前面挡风玻璃 看到的部分，与车辆行驶安全