车速对道路交通安全影响分析

车速对道路交通安全影响分析车速对道路交通安全影响分析 1 引言 在高收入国家 车辆超速以及速度不当所造成的交通事故大约占到有人员死亡 交通事故的 30 南非约 50 的交通事故与车速有关 多个国家的经验表明 平 均速度增加 1km h 交通事故伤害就会增加 3 死亡性交通事故就会增加 4 5 反之亦然 澳大利亚的研究表明 当车速大于 60km h 时 车速每增大 5km h 交通事故危险性为原来的两倍 1996 年美国警察局报告表明 交通事故中有 12 是因为速度原因引起的 而在 所有致命撞车中有 31 是因为速度原因且它所造成的经济损失为每年 240 亿 30 城市道路事故与 36 公路事故是与速度有关 据统计 我国平均每天有 204 人因车祸死亡 2001 年死于车祸的人数超过了 10 万人 受伤人数高达 50 多万人 占所有安全事故死亡人数的 77 09 经济损失达 30 亿元 等于我国每年发生一次唐山大地震 每年新建 3 个东营市 中国 2000 2005 年车辆超速造成交通事故死亡状况 下表 十次事故九次快 车辆超速以及速度不当已成为影响交通安全的最重要因素之一 2 车辆速度对交通安全的影响 2 1 车速对驾驶员生理影响 1 对视力的影响 车速增加时 驾驶员的视力要比静止状态时的视力下降 车速越高 视力下降 就越大 引起驾驶员视力下降的原因是由于汽车行驶中驾驶员与道路环境中的 年份 200020012002200320042005 死亡人数 人 800192429672121071841016015 占交通事故总 死亡比例 8 58 78 811 617 216 2 物体相对运动 眼睛分辨物体的最小距离发生变化 相对运动速度增大 眼镜 分辨物体的最小距离也随之增大 以驾驶员辨认道路交通标志为例 当汽车行 驶速度为 20km h 其视力比静止状态时衰减 19 7 当汽车行驶速度为 40km h 驾驶员视力比静止状态时衰减 34 速度越高驾驶员视力下降速度越 快 这将严重影响驾驶员对道路上信息的接收 因此 为了安全行车 驾驶员 应控制车速 以便有充分的时间辨别前方障碍物 2 对注视点和可视范围方的影响 随着车速的提高 驾驶员注视点远移 双眼可能看到的范围缩小 引起驾驶员 视野变窄 实验证明 当车速为 40km h 驾驶员注视点在车前约 180 米 可视 范围为 95 度角 当车速增至 70km h 驾驶员注视点在车前约 360 米 可视范 围为 65 度角 当车速增至 100km h 驾驶员注视点移至车前 600 米 可视范围 只有 40 度角 另外 汽车在高速行驶时 由于眼睛长时间地注视无限远方 还会出现一种视 差 把近处的东西看成是远方的 医学上称之为 空虚近视 对安全行车极 为不利 3 对判断能力的影响 驾驶员对于车外物体的辨认 主要是根据其位置变化而进行的 当车辆处于行 驶状态时 车外物体的位置变化相对来讲是慢而细小的 车速越高 对这种慢 而细小的变化就越难辨认 所以 驾驶员在运动状态下 对外界物体运动状态 的辨别能力也会下降 驾驶员感知到目标出现偏差 将会导致其无法准确确认 停车视距 超车视距以及会车视距等等 4 对辨认视距的影响 车辆行驶中 驾驶员需对各种交通标志或交通环境进行辨认 车速不同 驾驶 员对各种标志辨认距离亦不同 随着车速提高 驾驶员的视认距离较短 加之 视认时间缩短 势必增加其辨认的难度 在车速为 40km h 对警告标志 禁令 标志 指示标志的辨认距离分别为 272 米 336 米 435 米 当车速增至 100km h 辨认距离分别是 179 米 239 米 326 米 辨认距离大幅度缩短 2 2 速度与制动距离 安全区域的关系 制动距离 制动距离是衡量一款车的制动性能的关键性参数之一 人们在车辆 处于某一时速的情况下 从开始制动到汽车完全静止时 车辆所开过的路程 车速与制动距离有直接关系 理论上来讲 车速提高 2 倍 制动距离将增加到 4 倍 制动距离与车速平方成正比 下表为干沥青路面上不同车速的制动距离 车速 km h 10 20304050607075 干沥青路 0 662 635 9110 0516 4123 6232 1536 91 碎石路面一般为干沥青路的 1 2 倍 湿泥土路一般为干沥青路的 2 倍 湿沥青 路一般为干沥青的 1 5 倍 雪路一般为干沥青的 3 5 倍 冰路一般为干沥青的 6 倍 由上面可知在不同速度和不同路面的情况下 车辆的制动距离是不一样的 速 度越大和路面情况越差 产生的制动距离就越长 对于路面交通安全来说就愈 危险 右图中 一个以 30km h 的速度行驶的车辆 在遇到行人时可以在 13 米内把车 停下 行人在这 13 米外行走时是没有危险的 伤害程度为零 这是行人的安全 区域 当车辆以 50km h 的速度行驶时 在遇到行人时需要 30km h 时的制动距 离两倍才可以把车停下 此时行人的安全区域为 26 米以外 若行人还是在 13 米内行走时 将会受到严重的伤害 安全系数为零 所以速度对制动距离与安全区域有着极大的影响 车速的提高对行人的安全威 胁也在成倍地增加 是个严重的问题 2 3 车速与车辆转弯离心力的关系 离心力 质量 速度平方 半径 车辆在行驶中 进入弯道后 因行进方向的改变会产生离心力将汽车往路外圈 的方向推 车辆体积越大 重量越多 速度越快 相应产生的离心力越大 通 常车辆的重量是不变的 而就车速与离心力来说 离心力的大小与速度的平方 成正比 即当车速增加两倍时 离心力增加四倍 当车辆在高速公路上以 90km h 至 100km h 的速度高速行驶时 只要方向盘转一点点 就会产生很大的 离心力 使汽车摇晃 甚至使车轮横滑 2 4 速度与轮胎的性能 现代汽车几乎都采用充气轮胎 轮胎的作用是 缓和汽车行驶时受到的冲击 并衰减由此产生的振动 保证车轮和路面间有良好的附着性 以提高汽车的牵 引性 制动性和通过性 承受汽车的重力 并传递其它方向上的力和力矩 车轮滚动时 轮胎在所承受的重力和由于道路不平而产生的冲击载荷作用下受 到压缩 压缩消耗的功 在载荷去除后并不能完全回收 有一部分消耗于橡胶 的内摩擦 结果使得轮胎发热 轮胎的发热与轮胎的负荷和速度的乘积成正比 温度过高将严重地影响橡胶的性能和轮胎的组织 从而大大增加轮胎的磨损而 缩短轮胎的使用寿命 此外 机动车在长时间高速行驶的过程中 由于轮胎承 受反复变形的次数增加 产生大量的热 轮胎内部的温度就会上升 同时 路 面对轮胎的冲击力也会增加 易造成轮胎超载现象 在我国大型轮胎生产企业的多数产品尚不能适应时速超过 120km 的高速行驶 子午线轮胎的最高速度等级只能达到 210km h 实验证明 子午线轮胎在长期 高速行驶下 其使用寿命降低 1 3 因此 在高速行驶过程中的轮胎温升和过载易造成爆胎或行驶方向不稳定的危 险状态 甚至引起驶离公路 车辆翻滚和车辆碰撞等形式的交通事故 2 5 速度与车辆性能关系 由于国内多数汽车制造厂商 特别是大型车辆制造商并没有调整生产结构 生 产出适合高速行驶的车辆 也就是说还有大量的车辆 特别是大型车辆 大部 分性能指标达不到高速行驶的要求 容易出现各种故障 造成交通事故 事故 资料分析发现国产车高速行驶之所以容易发生交通事故 主要是动力性 制动 能和操纵稳定性不能满足高速行驶的需要 轮胎及车内外安全设施不够完善之 故 因此 当长时间高速行驶时 汽车的各总成和零件超负荷工作 工作可靠性降 低 故障率提高 尤其是货车 一般都是超载行驶 长时间运行 故障更多 2 6 车速与停车视距 会车视距的关系 停车视距 汽车行驶时 驾驶人员自看到前方障碍物时起 至达到障碍物前安 全停车止 所需的最短行车距离 停车视距由三部分组成 驾驶员反应时间内 行驶的距离 s1 开始制动汽车到汽车完全停止所行驶距离 s2 制动距离 再 加安全距离 s0 5 10m 计算公式为 s 停 l 反 l 制 l 安 其中 l 反和 l 制都与 v 成正比 会车视距 两辆对向行驶的汽车在同一车道上相遇及时刹车所必需的最短行车 路径 会车视距约等于二倍的停车视距 高速公路 一级公路的停车视距 设计车速 km h 6080100120 停车视距 m 75110160210 二 三 四级公路的停车视距 会车视距 设计车速 km h 2030406080100 停车视距 m 20304075110160 会车视距 m 406080150220 2 7 车速对交通事故的影响 2 7 1 车速与交通事故率的关系 1993 年 monash 大学事故研究中心针对澳大利亚的公路现状模拟出速度梯度与 事故率的近似函数关系 monash 近似函数如下 i 500 0 8 v2 0 014 v3 式中 i 为路段事故率 每 105veh km v 为速度梯度 即断面的运行车速与平 均运行车速的差值 km h 英国学者 a buruya 开发了适用于欧洲的速度与事故模型 euro 模型 研 究表明交通事故率与超速行驶有着必然的联系 euro 模型如下 ln i 1 536 v vav 式中 i 为年平均事故率 每 106veh km y vav 为平均运行车速 km h v 为速度梯度 km h 因此我们不难看出车速与交通事故率的重要关系 车速的增加对交通事故率的 增加起了关键的作用 2 7 2 车速离散性对交通事故的影响 从上面两式可看出 同一条道路或某一段路段上 交通事故的多少不仅与车速 有关 而且与道路上的各种车辆的速度离散程度成正比 速度离散性大 频繁 发生车辆超车和被超车 容易发生事故 也就是说路上行驶的车辆不仅仅是比 一般车辆快的那些车辆容易发生事故 那些车速比一般车辆慢的车辆也容易发 生事故 国内学者 2004 年 对中国部分高速公路交通事故分析后认为 事故率随着车 速标准离差的增大而增大 即车速分布得越离散 事故率越高 这与国外研究 结果是一致的 此外 研究认为 车速标准离差与事故率为指数关系 随着车 速离散程度的提高 事故率将以指数增长率增长 2 7 3 车速与交通事故死伤数的关系 多数关于车速对交通事故影响的研究认为 车速提高将导致事故数量上升 并 一致认为 车速对严重交通事故的影响大于轻微交通事故 挪威 交通安全手 册 指出 平均车速每增长 10 有人员受伤的交通事故数量将增加 25 有人 员死亡的交通事故数量将增加 35 1995 年欧洲交通委员会指出 车速对有严重伤亡的交通事故影响较大 并得出 平均车速每增加 1km h 有人员死亡的交通事故数将增加 5 6 世行 who world health organization 报告在 发展中国家道路交通安全 对策 中用这组公式可真实地表达发展中国家道路平均速度和交通事故和伤亡 数量的关系 a1 a2 v1 v2 2 i1 i2 v1 v2 3 f1 f2 v1 v2 4 该组公式表明 交通流的交通事故数量 受伤人数 死亡人数与平均车速分别 成 2 次方 3 次方 4 次方的关系 交通流平均速度较小范围增幅 将导致事故 数量和伤亡人数 特别是伤亡人数大幅度增加 因而控制交通流平均速度 可有 效地减少交通事故和伤亡人数 特别是在减少伤亡人数上具有更大的成效 2 7 4 车速对行人 乘员伤害的影响 车速与事故的严重程度是基于物理学 运动的车辆的能量是其质量与速度平方 的乘积的关系 碰撞产生的能量越多 乘员所受的危害越大 交通事故发生的 过程是一个能量转化的过程 在此过程中 汽车的动能被转化为热能及车辆的 的变形等机械能 显然速度越高 事故发生过程中速度的变化值就越大 能量 转化也就越多 事故后果就越严重 研究发现 交通事故中伤亡可能性取决于事故中速度的变化率 当变化率小于 16km h 时 严重伤亡的可能性小于 5 当变化率超过 48km h 时 严重伤亡的 可能性超过 50 1 车速对行人伤害的影响 行人受伤的严重性与速度的平方成正比 在行人与车辆的碰撞中 车速在 15mph 时其死亡率为 3 5 车速为 31mph 时其死亡率为 37 当车速达到 44mph 时 其死 亡率为 83 who 研究表明 对于行人而言 车辆碰撞速度不高于 30km h 时 幸存的可能性 约为 90 当车辆碰撞速度高于 45km h 时 幸存的可能性不高于 50 2 车速对车内乘员伤害的影响 车辆碰撞速度对于车内乘员而言同样是致命的 对于乘员而言 碰撞的严重程 度取决于车辆在事故过程中的速度变化 速度从 20km h 增至 100km h 交通事 故死亡的可能性大约从 0 增加至近乎 100 对于系安全带的前排乘员而言 碰 撞速度分别是 30mph 和 40mph 时 严重伤害的可能性分别是 20mph 的 3 倍和 4 倍 而对于没有系安全带的乘员而言 车辆碰撞速度为 50mph 时 其死亡的可 能性是 20mph 的 20 倍 2 7 5 车速与事故危险性的关系 车速越高 发生交通事故的危险性也就越大 澳大利亚的研究表明 当车速超 过 60km h 时 车速每增加 5km h 交通事故的危险性基本上是原来的两倍 因 此 当车辆以较高速度行驶时 微小的速度变化将会对行车安全带来显著影响 车速与交通事故危险性的关系 行车速度 km h 危险性 60 1 00 基数 652 00 704 16 7510 60 8031 81 8556 55 2 8 相邻路段车速差异对交通安全的影响 相邻路段车辆行驶速度差异对交通安全有很大的影响 通常用相邻路段的运行 速度的 85 位的差值表示 下表为美国联邦公路署 fhwa 所作的数据统计 下表为我国所作的数据统计 可以看出