道路减速带的研究与优化

1、道路减速带的研究与优化 引言 基础篇 17 2.1 减速带的减速原理 2.2 减速带的种类、材料及优缺点 2.3 减速带的设计与设置流程 2.4 减速带的设置原则 实践篇 3.1 减速带设置中存在的问题 3.2 减速带的在使用过程中存在的破坏形式 优化篇 4.1 减速带的破坏分析及防治优化措施 4.2 橡胶减速带几何设计的优化 12 4.3 减速带的人性化设置 15 创新篇 16 5.1 利用电磁原理通过减速带发电 16 5.2 一种具有智能惩罚功能的减速带 18 总结 19 参考文献 20 摘 要：本文以减速的广泛使用为背景，从减速带的设置，使用及维护角度，通 过实地考察研究， 发现减速带在

2、使用过程中存在的问题， 加以分析研究， 提出对 减速带的优化方案。 关键字：减速带、人性化、智能 1 引言 近年来随着我国社会经济的快速发展， 公路等级不断提升， 城市私家车数量 猛增并且在我国城市道路上，机动车、非机动车、行人混行严重。加之行人和驾 驶员的安全意识较差，导致城市道路上的交通事故数量日益增多。据资料统计， 2005年城市道路上发生交通事故 177414起，造成 22049 人死亡，分别占总数的 39.4% 和 22.3%。从相关资料中可以看出我国的交通事故高发，而其中车辆超速 行驶、违章超车是我国城市道路事故高发的重要原因。 减速带作为一种强制型的道路安全交通设施， 对遏制交通

3、事故的发生发挥了 重要作用。而我国并不是最早和大量使用减速带的国家。 减速带在美国、 日本及 欧洲等一些经济发达国家使用非常广泛。 如英国从 20 世纪 80年代就开始把驼峰 式减速带用于公路事故多发路段， 以减少交通事故。 近年来又发明了更具人性化 的减速丘、 瓦楞形减速带等。 日本根据本国地域的实际情况， 广泛采用热塑振动 减速带来保证行车安全。国外相关资料表明 : 英国在公路上设置减速带后， 85% 车速降低了 16 km/h,所设道路的事故数减少了 71%周围道路事故数减少了 8% 鉴于国外的经验，我国很多地区公路管理部门和维护单位也开始大量使用减 速带进行通行车速的强制控制。目前，在

4、高等级公路特殊路段、收费通道、城镇 路口、工矿企业、学校、医院、宾馆、住宅小区出入口等都设置减速带，起到了 预防交通事故的作用， 并取得了良好的效果。 统计资料表明 ,自 2004年广东省台 山市增设公路减速带等减速设施后， 该市交通事故死亡率连续 2 年下降，从 2003 年的 130 人降至 2004年的 1 03人，死亡率降低了 20.8% ， 2005 年更是降至 97 人，2006年第 1 季度，交通事故死亡率同比减少了 24% ，2004 年河南省郑州市 使市区道路交 设置减速带所取 为此有必要对 路口减速行动，通过安装减速丘、黄闪灯、交通标志标线等措施， 通事故数、死亡人数、受伤

5、人数、经济损失 4 项指标大幅下降。 得良好效果得到业内的广泛关注，并得到快速推广。 但是，在减速带的广泛使用过程中各种问题也逐渐凸显出来， 减速带进行深入的探讨和研究， 发现问题， 解决问题，从而进一步提高车辆行驶 的安全性与舒适性。 2 基础篇 2.1 减速带的减速原理 减速带是通过影响驾驶人的驾驶心理实现减速的。 当车辆以较高车速通过减 速带时，剧烈的振动会从轮胎经由车身及座椅传递给驾驶人， 垂直曲线可以产生 一个垂直方向的加速度， 产生强烈的生理刺激 （ 包括振动刺激和视觉刺激 ） 以及心 理刺激。生理刺激促使驾驶人产生强烈的不舒服感， 而心理刺激则加深了驾驶人 的不安全疑虑， 进一步

6、降低了驾驶人对道路环境的安全感。 通常情况下， 驾驶人 认为不舒适度越大，车辆行驶安全性越小，即安全感越小。因此，减速带的设置 会降低驾驶人行车安全感和乘坐舒适性的期望值， 促使驾驶人选择较低的期望车 速。在期望车速指导下， 驾驶人将主动驾驶车辆以较低的行车速度接近并通过减 速带。 2.2 减速带的种类、材料及优缺点 目前，国内有三种应有比较广泛的减速带， 包括驼峰式橡胶减速带、 热塑振 动标线减速带以及道钉减速带。 1、驼峰式橡胶减速带 驼峰式橡胶减速带 （如图 1 所示）是一种应用非常广泛的道路减速带。 它是 用橡胶与添加剂在专用模具里成形而得纵断面为圆弧状表面有花纹。 目前在收费 站、居

7、民区等地使用的驼峰式减速带， 由于高度、 具体形状和安装形式的原因不 能直接用于公路干线车道上，必须降低垂直高度合理设计断面形状和安装形式 后，才能用作为公路干线强制控速设施使用。 图1:驼峰式橡胶减速带 图2:热塑振动标线减速带 常规的驼峰式橡胶减速带设计为黑黄相间， 这种颜色设计在白天和晚上都能 有较好的视觉效果，车辆在较远的距离就能看见减速带的存在.这是由于黄色的 明度大且对比度比较强，将黄和黑两者放在一起形成鲜明的对比， 使得黄色更加 亮，发生色膨胀。运用黄色，可以产生 2方面的效果：（1）“缩短”减速带和驾 驶员的距离.从心理学角度来讲，黄色是前进色。两个同样距离的黄色和黑色物 体，

8、其中黄色的能使人觉得它距离人更近一些；（2） “增大”减速带三维尺寸。 黄色属于暖色，看上去生动突出。因此，减速带表面涂成黄色可以增加它的空间 立体感，从视觉角度感觉比实际要大。 蓝色在减速带上的应用，是考虑到系统决 定物体相对高度时，阴影能够起到重要作用，同时蓝色作为冷色系，为后退色, 与黄色对比可以产生一种立体效果，使曲线形的减速带产生一种立方体的感觉。 2、热塑振动标线减速带 热塑振动减速标线（如图2所示）也是一种国内外有所应用的道路减速带形 式。它是通过专用喷涂设备将涂料喷涂在路面上，经过快速固化形成杂纹或圆点 状的突起，减速带突起高度一般为5-6mm且有反光功能。使用热塑振动减速标线

9、 作为道路强制控速设施时存在的问题是：易于剥落、易被磨平、强制减速的力度 不够。 3、道钉减速带 道钉是固定于路面上起标线作用的突起标记块， 在高等级公路上用作中心标 记线、车辆分道线、边缘线；也可用来标记弯道、进出口匝道、导流标线、车道 变窄、路面障碍物等危险路段。道钉一般由壳体和反射体两部分组成；壳体多为 瓷片、塑钢等多种材料制作通过一些特殊工艺处理能够承受较大的碾压和冲击并 具有良好的耐腐蚀性耐磨损性。（如图3所示） 图3:道钉减速带 2.3减速带的设计与设置流程 目前交通设施、交通标志设置的国家标准还没有对减速带设置作规范化的规 定。一般来说，减速带的设计与设置流程如下。 1、确定道路

10、的限速 减速带的几何设计主要取决于设置减速带道路路段的限速要求，首先应从交 通管理需求的角度确定该路段的限速。 根据中华人民共和国道路交通安全法实 施条例第45条规定：机动车在道路上行驶不得超过限速标志、 标线标明的速度。 在没有限速标志、标线的道路上，机动车不得超过下列最高行驶速度 ：（1）没有 道路中心线的道路，城市道路为 30 km/h，公路为40 km/h ；（2）同方向只有1 条机动车道的道路，城市道路为 50 km/h，公路为70 km/h。 减速带的设置地点主要为城市支路、居住区道路，其间机动车、非机动车、 行人混行严重，除考虑上述因素外，尚需综合考虑实地情况来确定道路限定车速。

11、 2、减速带的类型确定 通常根据道路的日平均交通量、道路限速以及坡度确定合适的减速带类型。 3、减速带几何参数的确定 理想的减速带必须保证车辆通过时不会发生车辆失控，重要安全部件不会产 生断裂等危险状况，应拥有较高的行驶和结构安全性。因此，理想减速带应具有 以下特性。随着车速的增加，行驶安全性降低到一定程度后能维持在一个稳定水 平，甚至有所提高。驾驶人的乘坐舒适性在车速低于道路限速（ ）时处于较高 水平，在高于道路限速而低于所有超速车辆的85%车速（）时乘坐舒适性随车 速的增加而迅速恶化，高于所有超速车辆的85%车速时能够维持在一个稳定的低 水平状态。通过分析可知：减速带的使用效果在很大程度上

12、取决于车辆的运行速 度。因此，为确保驾驶人的安全和舒适性，必须合理设定道路的限速，科学设计 减速带几何尺寸。 当机动车驾驶员超速时，减速带的垂直曲线可产生 1个垂直方向的加速度, 使驾驶员感到不舒服。对于减速丘、减速台、凸起人行横道这些交通静化措施， 垂直曲率越大，要求驾驶员通过其速度就越小。 一旦道路限速确定后，该措施的 设计曲率半径就应该让车辆保持这个速度， 在2个设置交通静化措施之间路段上 的加速度不至于让区间平均速度大于道路限制车速。因此需要合理设置减速带的 设计尺寸参数，控制机动车车速，以满足交通安全需求。减速带的设计尺寸参数 一般包括宽度L和高度Ho减速丘等垂直速度控制措施的断面均

13、可近似看成一个 圆弧，运用美国交通稳静化研究委员会给出的经验公式计算车辆通过的速度，式 :V=7.03（R严,式二：R=（4护+2）/8H，其中，R为垂直曲线半径（m）, V为 通过该段曲线的速度（km/h）o 般情况下的减速带的高度为5 10cm低于5cm 达不到减速作用，高于10 cm则会增加车辆通过的危险性。国外的研究经验和实 际应用确定减速带的高度为8或10 cm因此，确定道路通过减速带的预期速度 和高度H后，利用式1和式2可确定减速带宽度Lo 对于橡胶减速带的尺寸，我国JT/T713-2008橡胶减速带标准中规定尺寸 为:橡胶减速带截面形状应近似梯形，表面应带有增大抗滑力的凹凸结构。

14、橡胶 速带地面宽度为300400mm咼度为30 60 mm 4、确定合理间隔距离 为确保驾驶员在道路区域内均保持低速行驶，需在路段上重复设置减速带。 减速带的设置间隔距离的大小与车速具备一定关系，距离过大则驾驶员容易在2 个减速带之间的路段上加速，达不到限速要求，存在一定的安全隐患。因此，通 常情况下其合适的间隔距离为100 150m 2.4减速带的设置原则 通过近年减速带的使用效果来看，减速带是一把双刃剑。科学地设置减速带, 可以有效地改善道路交通安全状况， 反之，可能效果不大甚至成为公路上的人为 路障。要想使其发挥有效的作用，必须注意在制定具体实施方案时遵从针对性、 系统性、配套性原则。

15、1、针对性原则 必须根据路段的道路等级、车流结构、实际平均车速、道路线形、路面材料 等具体条件加以分析确定减速带的类型、形状、尺寸。 2、系统性原则 减速带的设置的位置和数量，必须要有调研依据或实车道路试验。 3、配套性原则 强制力较大的减速带必须与其他交通安全设施 （ 提示标志、标线等 ）配套使用 以确保使用的安全性和高效性。 3 实践篇 3.1 减速带设置中存在的问题 1、缺乏“人性化”设置。现在路面上能看到的减速带有很多种，最常见的 是条状的橡胶减速带，在住宅小区内混凝土减速带也有不少。这些减速带宽度 为35cm左右，高度在30100 mm之间，长度以路宽为准。这样设计的减速带 往往存在

16、过长、过宽、过高等问题，导致车辆频频受伤，轻者伤害车辆避震系 统，严重时会刮坏发动机的机油底壳。与此同时，每当人们驾车经过时，都要 被重重地颠簸一下，严重影响了舒适性，同时，为了避开减速带的颠簸，骑车 者往往会选择减速带与路肩之间的空隙驶过，往往在上下班等高峰期会发生拥 挤，导致自行车相撞的现象，给人们生活造成不便。 2、设置不科学。交通设施、交通标志设置的国家标准还没有对减速带设置 作规范化的规定， 致使一些路段的减速带没有设置方案， 而是随意择地安装。 尤 其在城市道路上，减速带太滥、太随意设置给城市交通的安全、舒适、快捷等方 面带来了不良影响。减速带设置缺乏针对性、系统性、配套性原则，扰

17、乱了行车 车流秩序，进一步降低了路段的交通安全。 3、噪声污染严重。车辆通过减速丘、减速带时若来不及减速，轮胎通过减速 丘、减速带会发出“咚咚”的声音，并且随着车速的增加而增大。尤其是大货车 通过时，发出的声响更加明显，形成了噪声污染。减速丘、减速带成了城市道路上的“扰民丘”、“扰民带”。 3.2减速带的在使用过程中存在的破坏形式 1、脱落破坏 减速带在使用一段时间后，会发生固定模块的钉子松动突起，然后整条减速 带其中12余下的单元会逐步脱落并最终导致整条减速带完全解体。（如图4 所示） 图4:脱落破坏 图5:碎裂破坏 2、碎裂破坏 在重载交通长期作用下，橡胶单元体疲劳开裂直至逐渐粉碎分离，

18、最后在原 位置仅留下一颗颗裸露的钢钉头。（如图5所示） 4优化篇 本篇主要针对实践篇中发现的问题，对减速带的设计与设置提出可行的优化 方案，其中包括减速带的破坏分析及防治优化措施、减速带的几何优化、减速带 的设置优化。 4.1减速带的破坏分析及防治优化措施 减速带设施在使用的过程中，由于荷载、风吹日晒、季节温差等不可抗拒因 素的作用，逐渐褪色、老化；路面积尘、油污等必然因素会恶化其可视性；受到 超载、事故等偶然因素影响，减速带容易出现突发性损坏。 现在就目前使用最为广泛的橡胶减速带，热塑振动标线减速带以及道钉减速 带进行其损坏的成因分析并提出优化方案。 4.1.1橡胶减速带常见病害及防治 1、

19、脱落破坏 (1) 表现形式 减速带在使用一段时间后，会发生固定模块的钉子松动突起，然后整条减速 带其中12余下的单元会逐步脱落并最终导致整条减速带完全解体。(如图6 所示) 1空： 曲2 图6:脱落破坏 (2) 成因分析 调查发现减速带最先脱落的两个单元其间距与该路段上主要通行的车辆类 型的轮距相当。即路段上通行车辆的行驶轮迹最集中的位置对应着的两个单元, 受到车辆冲击作用的频率远高于其他单元， 那么在同样强度下，这两块单元总是 先于其他单元松动脱落。 (3) 防治措施 在混合交通的路段上设置橡胶减速带，可适当考虑放宽其两端空余长度, 使摩托车、自行车可以方便地从边缘位置通过。 安装橡胶减速带

20、时在路面与减速带单元体下表面之间加铺一层橡胶垫，或 采取用膨胀螺栓代替普通钢钉固定单元体的方式，可以有效增加橡胶减速带的 抗冲击寿命。 定期排查。松动的单元体应该及时补牢，缺失部分单元体的减速带则应当 安装补齐。 2、碎裂破坏 (1) 表现形式。 在重载交通长期作用下，橡胶单元体疲劳开裂直至逐渐粉碎分离，最后在 原位置仅留下一颗颗裸露的钢钉头。(如图7所示) 图7:碎裂破坏 (2) 成因分析 橡胶制品本身存在不可逆的老化过程。在路面这种水浸日晒反复受压的恶劣 环境下，橡胶的老化过程大大加快，逐渐会丧失弹性变脆。其次，由于生产厂商 采用的橡胶原料质量不过关，甚至采用再生橡胶以次充好替代天然橡胶所

21、致。 尽 管在发达国家，出于对环保的考虑，推荐使用再生橡胶生产减速带，但通常仅在 只有小车出入的停车场或居民小区、 校园口设置橡胶减速带。在我国，由于交通 条件不同于发达国家，且生产工艺和水平尚有差距，这就决定了以再生橡胶制成 的减速带在出厂时便达不到规范要求的性能指标。 (3) 防治措施。 严格控制橡胶减速带的生产原料，确保出厂质量。 对于重载交通量特别大的路段，则应考虑以其他强度更高的减速带类型代 替橡胶减速带，如铸钢减速带等。 4.1.2热塑振动标线常见病害及防治 1、表面污染 (1) 表现形式 标线表面而逐渐被尘土、轮胎痕印等其他污染物所覆盖，识认性大大降低。 成因分析 主要是由于道路

22、管养部门缺乏对振动标线的清理，导致污渍不断累积所 致。 防治措施。 定期对标线表面而进行清洁养护。 2、磨耗破坏 (1) 表现形式 在通行车辆车轮的磨耗作用下，热塑振动标线逐渐变薄，表面凸起小方块逐 渐被磨平，直至完全丧失振动警示功能。在进一步的磨耗作用下，标线材料完全 被磨光。(如图8所示) 图 L 图15:智能减速带总体结构 2、工作原理 正常状态时，空气弹簧组件的充气压力使得减速带处于上位。 当车辆通过时, 重力施加到减速带上，通过减速带安装座将力施加到空气弹簧组件上， 弹簧被压 缩，需要排除上腔体的空气，而阻尼孔很小，由于阻尼孔的作用，活塞下降会有 定时间的延迟，通过改变阻尼孔的大小，

23、就可调整减速带下降的速度，从而适 应地面车辆移动速度的需要。车辆速度大于某一值时，车辆通过时，由于阻尼孔 的作用，减速带无法及时向下移动到位， 减速带就不会完全降下，车辆通过就会 产生颠簸;而车辆速度小于某一值时，车辆通过时，随着车轮的压向减速带，减 速带有充足的时间向下移动到位， 直到完全降下与地面一致，车辆通过时就如同 没有减速带一样。其综合效果就是，它只对超速的车辆起作用，而对按照规定减 速的车辆没有作用或者作用甚微，只是惩罚超速违规者，不惩罚遵章的减速通过 车辆。图16是该装置在正常状态和被压下的状态。 艸 图16:装置正常状态和被压下状态 6总结 1、对三种常用减速带的破坏进行了详尽的分析，并提出相应的防治措施。 规范认真的施工操作，严格的质量检验，以及到位的日常养护，不仅是保证减速带充分发挥其安全保护功能的关键，