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基于汽车动力学的振动减速带设置间距研究

发布日期:2017-06-30 来源: 本网 查看次数: 1170 作者:admin

核心提示:  交通科技基于汽车动力学的振动减速带设置间距研究许源朱顺应彭武雄刘兵孙琴梅管菊香(武汉理工大学交通学院武汉430063)车速不超过道路设计车速为前提,进行振动减速带设置间距的研究,得出了在不同的设计

  交通科技基于汽车动力学的振动减速带设置间距研究许源朱顺应彭武雄刘兵孙琴梅管菊香(武汉理工大学交通学院武汉430063)车速不超过道路设计车速为前提,进行振动减速带设置间距的研究,得出了在不同的设计车速。不同纵坡坡度下,振动减速带的设置间距。分析显示,车速越高,振动减速带设置间距与纵坡的关系越明显。并以武汉长江隧道为例,比较了普通路面。防滑路面及设置减速带后汽车行驶速度曲线,结果表明,减速带可以有效地降低车速。最后,对研究进行了讨论。

  olElectroidcPuMA为动力因数D的海拔荷载修正系数―般可取。net车速是道路交通安全的一个重要影响因素。

  国内外的研究显示,车速与事故有明显的相关性。据2004年公安部发布的交通事故白皮书111,仅超速行驶一项造成的事故数就占到总数的1245%而导致的死亡人数更是高达17 19%.美国NHSTA研究报告指出,超速是典型的交通事故诱因,2004年,30%的交通事故与超速行驶有关,约13 192人死于与超速有关的事故中121.由此可见,超速行驶对行车安全的巨大影响。

  随着车速的提高,驾驶员的动视力下降,视野变窄,对物体的识认能力降低。同时,超速行驶影响到车辆的使用性能,如操纵稳定性,制动性能等。超速行驶还会使轮胎的性能下降。一般地,对道路进行速度控制可以有效地降低事故率及事故的严重性。

  减速带是对速度控制较为有效的方法,其基本原理是主动在公路特殊路段设置某种突起设施,当汽车以高速通过其上时,就会产生激烈的机械振动,使驾驶员产生不舒服感并意识到经过这种设施时会产生振动,对车辆的机械零件会造成损坏,从而使驾驶员自觉、主动降低车速,达到此类路段行车安全性的目的。目前国内外已采用的减速带主要有:道钉减速带、热塑振动减速带、水泥台减速带、路面凹形槽减速带、驼峰式减速带和减速丘等131.从20世纪80年代开始直至现在,国内外有很多对减速带减速效果和几何设计的研究141,而研究的这些减速带只适用于小区低速运行车辆。在高速道路或公路上,振动减速带一般都设置于长大纵坡路段或弯道入口处,设置间距对于减速带的使用效果有很大影响,对设置间距的研究理论相对薄弱。本文从汽车动力学的角度出发,建立振动减速带设置间距理论模型。

  1模型的建立1.1假设本文对振动减速带间距研究做以下假设:车辆在纵坡上行驶时,如果没有振动减速带,汽车运行在最不利状态,但是当运行至曲线路段时,保证车辆的横向稳定(即驾驶员在纵坡上不采取任何制动措施,车辆将持续加速,当行驶至曲线上时,如果车速增加过高,驾驶员将控制车速保证车辆不发生侧滑)当驾驶员看到振动减速带后,便以一定的减速度进行减速行驶,直到通过减速带,汽车运行至原来期望状态。

  设置振动减速带后,车辆的最高车速不超过设计车速(即当车速达到设计车速时,振动减速带就发挥作用)。

  1.2振动减速带间距模型根据汽车动力学的基本原理151,汽车在下坡路段的加速行程计算如下式:1S为汽车的惯性力系数;i为初速度,km/h;V2为终速度,km/h,且vi〈V2;为道路阻力系数,‘f.其中:为滚动阻力系数,与路面类型有关;i为道路纵坡度。

  PQW与车型参数有关,对同一车型,3个量是常数。

  1.2.1纵坡路段依据汽车动力学,汽车在下坡路段处于加速行驶状态,根据1.1的假设,当纵坡上设置振动减速带后,车辆分为2个不同的运动阶段,即在看到振动减速带以前的加速运动和看到减速带以后的减速运动。2个阶段运动距离记为S1和S2.:Si为时的加速行程;2为以一定的减速度,车速降低至V3所运行的距离,可按下式计算。

  =V2―Av;Av为减速带的减速效果;V2为式⑴中的终速度(设计车速),km/ha为汽车的制动减速度,取一2m/s2.计算第一条减速带时,v1取汽车进入坡顶时的运行车速;随后的计算过程中,取V1=V3.1.2.2纵坡与弯道衔接路段纵坡与弯道衔接路段也是事故多发地点,车辆从长大纵坡行驶至弯道,由于车速过快,有发生侧滑的危险,因此,曲线上应该加密减速带,以保证车辆不发生侧向滑移。由汽车横向稳定方程得到横向稳定下最大车速为:=V2,说明纵坡上的最大车速可以满足车辆在弯道上的横向稳定性,那么减速带设置间距在衔接路段不变,仍然按式(4)计算。

  如果V=Vhmax,那么为保证汽车在弯道上的横向稳定性,衔接路段减速带设置应该加密,按式(3)计算,使车辆进入弯道之前持续减速,直至2结果分析根据公式(4)可以看出,振动减速带设置间距与路段设计车速、纵坡坡度、减速带的减速效果有关。

  目前国内外研究中并没有有效的减速效果的数据,以往的研究中虽然有相关减速设施的减速效果,但基本上都是应用于小区交通静化工程中的减速设施,其设置高度较高,设计车速较高的道路不能使用。Katz设计了等间距与行车方向垂直的“人”字型铺面标记(在整个车道上)和知觉车道缩减路面标记,且在干线路段上进行了实验,通过实地观测数据评价发现平均速度下降6km/h,85%位车速下降8km/h.综合各种减速设施的减速效果,保守采用5km/h为振动减速带的减速效果,计算不同车速、不同坡度对应的振动减速带设置间距。计算结果如表1所列。

  表1不同车速、坡度下振动减速带设置间距m设计车速/(坡度/%由可以看出,车速不变的情况下,当车速〈80km/h时,减速带设置间距随坡度变化的关系并不明显,可以认为,如果车速<80km/h,对于不同的坡度可以采用相同的设置间距。当车速>80km/h时,设置间距随坡度的增加变小。

  由可以看出,坡度不变时,设置间距随车速的增加而增大。

  相同车速下坡度与减速带设置间距关系在不设置振动减速带的情况下,根据假设,汽车将持续加速下坡,设置防滑路面,可以提高道路摩阻系数,减缓速度的提高。由式(1)可得当车辆面和防滑路面上的速度曲线。

  日/屉相同坡度下速度与减速带设置间距关系以武汉长江隧道为例,设计车速为50km/h,纵坡坡度43%坡长803m,根据式⑷计算减速带设置间距为22m.比较普通路面、防滑路面和振动减速带设置时,汽车在纵坡上的速度变化如。

  由可以看出,长大纵坡设置防滑路面的效果并不明显。设置减速带后,纵坡上运行车速控制在设计车速50km/h以下,如果不设置减速带,车辆在最不利情况下,速度将提高很多,对安全非常不利,在条件许可情况下,可考虑采取防滑路面和振动减速带的组合,以提高减速效果。

  3结语假设中,考虑汽车驾驶员在下坡路段,并不米取任何的制动减速措施,而实际运行过程中,驾驶员并不一定会持续加速或者持续制动,因此,长大纵坡路段驾驶员的行为还有待进一步研究,以支持本文减速带设置间距的研究。

  对适用于高速车辆的减速带的减速效果研究较少,并没有实测数据。在今后的研究中,减速效果的研究应该作为重要的一部分。

  文中研究的是一系列减速带设置的间距,对于同一地点减速带设置的几何参数、内部间距并没有涉及,而后者是影响减速带减速效果的主要因素,有待进一步研究。

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