影響雨天汽車(chē)制動(dòng)距離的因素的研究現(xiàn)狀

陰春曄，田國(guó)紅，韓忠浩，張彥鵬

（遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

引言

鑒于技術(shù)的飛速發(fā)展與理念的變革，當(dāng)代駕駛員對(duì)于行車(chē)安全提出了更高的要求。汽車(chē)保有量的增加以及交通事故帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)與人員損失，這些都促進(jìn)了汽車(chē)安全技術(shù)的發(fā)展。在汽車(chē)被動(dòng)安全技術(shù)已經(jīng)趨于完善的背景下，對(duì)于主動(dòng)安全技術(shù)的研究成為汽車(chē)生廠商以及相關(guān)企業(yè)的共同認(rèn)識(shí)。汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)主要目的是為了幫助駕駛員在行車(chē)過(guò)程中最大可能的減少事故的產(chǎn)生。對(duì)于雨天汽車(chē)制動(dòng)距離的研究有助于對(duì)主動(dòng)安全設(shè)備的研發(fā)，保障駕駛員的生命安全。

1 制動(dòng)距離

當(dāng)前對(duì)制動(dòng)距離的研究主要從從駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間和路面附著系數(shù)兩方面進(jìn)行主要研究。如圖1，汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程從駕駛員開(kāi)始有制動(dòng)反應(yīng)到汽車(chē)完全停止可以分為四部分。第一部分就是駕駛員的反應(yīng)時(shí)間。車(chē)輛行駛的基礎(chǔ)就是輪胎與道路之間存在的摩擦力，即附著力。

圖2 為汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中各個(gè)力之間的關(guān)系。汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)并不是立刻就能停止。在初始階段，地面制動(dòng)力與制動(dòng)器制動(dòng)力相等，車(chē)輪仍處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時(shí)的踏板力較小。當(dāng)?shù)孛嬷苿?dòng)力與附著力相等時(shí)，此時(shí)輪胎開(kāi)始有滑動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)踏板力、制動(dòng)器制動(dòng)力持續(xù)加大，而地面制動(dòng)力處于最大值時(shí)，輪胎處于滾動(dòng)與滑動(dòng)兩種狀態(tài)并存的情況。當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地面制動(dòng)力時(shí)，車(chē)輪才會(huì)抱死。

為防止車(chē)輪抱死而造成汽車(chē)失去轉(zhuǎn)向能力而引發(fā)交通事故情況的發(fā)生，目前多數(shù)汽車(chē)上安裝有制動(dòng)防抱死系統(tǒng)，即ABS 裝置?，F(xiàn)在多數(shù)對(duì)于汽車(chē)制動(dòng)距離研究的前提就是在汽車(chē)已經(jīng)裝有ABS 裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

圖1 汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程

圖2 汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中各力之間的關(guān)系

2 駕駛員反應(yīng)時(shí)間研究現(xiàn)狀

駕駛員反應(yīng)時(shí)間指的是駕駛員意識(shí)到存在危險(xiǎn)工況時(shí)到踩下制動(dòng)踏板的時(shí)間。由于存在個(gè)體差異，所以不同駕駛員的反應(yīng)時(shí)間不同。以汽車(chē)車(chē)速60km/h 計(jì)算，0.5 秒的反應(yīng)時(shí)間的差別就會(huì)造成將近10m 的距離。駕駛員反應(yīng)時(shí)間的快慢很大程度上決定了駕駛員是否安全。

圖3 駕駛員反應(yīng)過(guò)程

楊鵬飛[1]等人搭建了模擬駕駛平臺(tái)，利用眼動(dòng)儀對(duì)參與模擬駕駛的駕駛員進(jìn)行了關(guān)于反應(yīng)時(shí)間的測(cè)試。通過(guò)不同場(chǎng)景的設(shè)置，獲取了各種工況下反應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表明駕駛?cè)私?jīng)驗(yàn)、車(chē)速、年齡對(duì)反應(yīng)時(shí)間影響明顯。其中車(chē)速與反應(yīng)時(shí)間之間呈現(xiàn)出較強(qiáng)的指數(shù)關(guān)系。

李霖[2]等人研究了駕駛員在面對(duì)危險(xiǎn)情況時(shí)的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間。以上海地區(qū)的行車(chē)數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù)，對(duì)六種典型的危險(xiǎn)工況進(jìn)行了分析。其中重點(diǎn)研究了在前車(chē)突然減速情況下駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，在這種工況下駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間有減小的趨勢(shì)。其研究結(jié)果顯示，駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間會(huì)隨著不同突發(fā)事件而改變。當(dāng)危險(xiǎn)是由行人等容易受到傷害的群體造成時(shí)，駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間會(huì)縮短。

貝鈺瑩[3]等人針對(duì)駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間目前多采用固定值進(jìn)行研究的現(xiàn)狀，提出使用模糊控制原理的方法來(lái)控制駕駛員反應(yīng)時(shí)間，通過(guò)建立仿真模型來(lái)對(duì)方法進(jìn)行驗(yàn)證。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，使用模糊控制原理對(duì)駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析更符合駕駛員的個(gè)體差異，且汽車(chē)防撞距離也會(huì)根據(jù)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的變化而變化。

張智勇[4]通過(guò)AHP 方法對(duì)影響駕駛員反應(yīng)時(shí)間的十三個(gè)影響因素進(jìn)行研究。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)差得到數(shù)據(jù)，對(duì)影響因素的三個(gè)準(zhǔn)則十三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了重要度排序。得出了在準(zhǔn)測(cè)層中，駕駛員自身因素影響最大；在指標(biāo)層中，天氣因素影響最大。

3 路面附著系數(shù)研究現(xiàn)狀

影響附著系數(shù)的因素很多，除了車(chē)輛本身的參數(shù)如輪胎參數(shù)，還與行車(chē)環(huán)境如道路條件以及車(chē)速有關(guān)。不同的行車(chē)環(huán)境、輪胎參數(shù)以及車(chē)速都會(huì)改變附著系數(shù)的大小。圖4 為輪胎在不完全滑水狀態(tài)時(shí)的受力圖。雨天時(shí)路面上存在的積水會(huì)使得胎面與路面之間存在間隙，存在的積水會(huì)給輪胎一個(gè)向上的力，也就是說(shuō)有一部分輪胎會(huì)與地面脫離接觸，從而減小輪胎的附著力。

圖4 輪胎不完全滑水受力圖

欒錫富[5]等人通過(guò)ADMAS 軟件建立了滑水現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)仿真模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取了大量雨天條件下的行車(chē)數(shù)據(jù)，對(duì)降雨環(huán)境下的輪胎滑水問(wèn)題進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析。得出了動(dòng)水壓力公式，并以此求出臨界滑水時(shí)的公式。他們的研究也表明使用計(jì)算機(jī)仿真軟件可以一定程度上替代室外實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)。

張義[6]等人通過(guò)比較國(guó)內(nèi)外的研究成果，分析了降雨量對(duì)水膜厚度的影響。水膜厚度對(duì)附著系數(shù)的影響是通過(guò)回歸公式和關(guān)系圖進(jìn)行分析。

朱林培[7]基于LS-DYNA 的175/65R14 型子午線輪胎的有限元模型，對(duì)輪胎在潮濕路面上的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了仿真，對(duì)輪胎發(fā)生打滑的全過(guò)程進(jìn)行了分析，獲取了帶有復(fù)雜花紋輪胎的臨界滑水速度，并與理論值進(jìn)行了比較，一致性較好。

黃正偉[8]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)常見(jiàn)的集中路面的摩擦系數(shù)進(jìn)行了研究，使用擺式摩擦系數(shù)儀對(duì)不同類(lèi)型的瀝青路面試塊進(jìn)行了在不同條件下的路面抗滑性能的研究。要研究了水膜厚度、溫度和砂礫量對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

4 小結(jié)

當(dāng)前對(duì)于特殊環(huán)境下汽車(chē)制動(dòng)距離的研究仍處于不斷發(fā)展的階段。在制動(dòng)硬件不斷完善的背景下，外界環(huán)境以及駕駛員對(duì)于汽車(chē)制動(dòng)距離的影響已經(jīng)不容忽視。對(duì)駕駛員反應(yīng)時(shí)間的研究集中在性別、年齡以及駕駛習(xí)慣。對(duì)附著系數(shù)的研究則集中在了路面參數(shù)以及輪胎參數(shù)方面。