胡闰秀，张棣华，刘永涛

（1.陕西省汽车检测站，陕西 西安 710061；2.长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）



车速对客车行驶安全性的影响分析

胡闰秀1，张棣华2，刘永涛2

（1.陕西省汽车检测站，陕西 西安 710061；2.长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

摘 要：近些年来，交通安全问题日益严重，车辆由于超速而引发的事故屡见不鲜。通过定量分析车速对制动距离和侧翻的影响，得出车速越高，制动距离与侧翻临界转弯半径越大，越容易引发交通事故。

关键词：车速；制动距离；侧翻临界转弯半径

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.038

Analysis of Speed for Passenger Vehicle Driving Safety

Hu Runxiu1, Zhang Dihua2, Liu Yongtao2
（1.Shaanxi Vehicle Quality Test Station, Shaanxi Xi’an 710061; 2.School of Automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064)

Abatract: In recent years, the problem of traffic safety is growing, many accidents are caused by over-speed vehicles. By quantitative analyzing the impact of the speed to the braking distance and roll, obtained the conclusion that the higher the speed, the longer the braking distance and rollover critical turning radius, the more easily lead to traffic accident.

Keywords:Speed; Braking distance; Rollover critical turning radius

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-103-03

引言

进入21世纪以来，汽车安全性的研究将是发展我国汽车技术领域首要考虑的问题之一，而驾驶员的非职业化、汽车密集化和车辆高速化，则更对汽车的安全性提出了更高的要求。此外，交通安全问题已经成为了我国人员非正常死亡的第三大杀手，年均死亡人数约10万人，成为仅次于医疗事故和药物过敏的非正常死亡原因。在客车交通安全事故中，制动距离太长、转弯过程中发生侧翻等情况占据了一定的比例，主要原因就在于行驶车速超过了该路段所规定的车速，由于车辆本身的固有属性，就会造成制动距离过长或是发生侧翻，进而导致更严重的后果。

1、车速对制动距离的影响

汽车的行驶安全与制动距离有着密不可分的关系，制动距离指的是汽车以某一初始速度行驶，从驾驶员开始踩制动踏板（或操纵制动控制装置）直到汽车完全停住时所行驶过的距离。制动距离同路面附着条件、初速度的大小等一系列因素有关。假设汽车在道路情况良好的路面上行驶，附着系数不变，车辆制动系统良好，分析制动距离。

1.1 制动距离的计算

如图1所示，制动过程分为以下四个阶段:驾驶员看见信号后作出行动反应、制动器起作用，持续制动和放松制动。通过对制动各子阶段的车辆运行状态分析可知，车辆总制动距离的计算公式可用公式(1)表示。

图1 制动过程中制动踏板力、制动减速度与时间的关系

式中，u0为车辆初速度，1t＇为从驾驶员开始踩踏板到制动器开始起作用时间，1t＇＇为从制动器起作用至制动力达到最大值的时间，αbmax为持续制动阶段车辆的最大减速度。

从上式可看出，制动距离和初始速度是二次方的关系，初始速度越大，则制动距离越大。

1.2 制动距离随车速变化仿真分析

利用VC++ 6.0对上述过程进行模拟，并带入具体数值得到结果如图2所示。从图2中可以看出，随着车速线性增长，制动距离的值是急剧增加的，车速从60km/h 增长到70 km/h时，制动距离增加了7.7m，而从130 km/h增加到140 km/h时，制动距离增加了15m。

图2 制动距离随车速的变化关系

2、车速对侧翻的影响

目前，我国发生的大客车重大交通事故中，由于侧向失稳导致的事故比例高达40%，作为影响客车安全行驶的重要性能，研究大客车的侧向失稳对改善大客车行驶安全性具有重要的意义。汽车侧翻按类型可分为两类，一类是绊倒型侧翻，是指汽车行驶时产生侧向滑移，与路面上的障碍物侧向撞击而将其“绊倒”造成侧翻；另一类曲线运动引起的侧翻，也称非绊倒型侧翻，是指汽车在道路(包括侧向坡道)上行驶时，由于汽车的侧向加速度超过一定限值，使得汽车内侧车轮的垂直反力为零而引起的侧翻[2]。

从近年来发生的侧翻事故来看，“三超一疲劳”逐渐成为了公路客运运输的第一杀手。其中车辆的超速行驶危险性最大，在这种状态下，由于车速过快，司机很难在较短的时间里安全有效地处理急转弯和紧急避障等特殊工况。如果客车处于超员状态，那么其质心高度均有所提升，也势必加剧车辆侧翻的危险性。此外，司机主观因素（如酒后驾车或疲劳驾驶等）也不可忽视。当路面出现突发情况时，司机在非正常状态的情况下一般会频繁左右操作方向盘或紧急转向，这样就会造成汽车侧向加速度的突然增大，从而大大增加了汽车侧翻的可能性[3]。

2.1 侧翻临界转弯半径的计算与仿真分析

如图3所示，车辆弯道行驶时，不发生侧翻的条件是侧倾力矩不大于回正力矩，不考虑道路的侧向坡道角，不发生侧翻可用公式(2)、(3)表示[4]。

车速的单位为km/h，则上式可表述为如下，

式中，∑Mφ为由汽车离心力引起的侧倾力矩，∑Mφ为车轮内侧地面作用力引起的侧倾力矩，∑T为回正力矩，m为汽车质量，v为车速，R为转弯半径，h为车辆质心高度， Fzi为转弯时内侧车轮垂直反力，g为重力加速度，B为轮距。汽车处于侧翻的临界状态时，Fzi为0。

图3 车辆侧翻受力分析

图4 车辆转向示意图

车辆转弯时，简化图如图4，其中CDEF为车轮所在位置，J为质心位置，O为转向中心，由图中各边长位置关系可得转弯半径Rr为：

式中b为质心到后轴的距离，L为轴距。

此时所求得的半径是该速度下的侧翻临界转弯半径。由上式可得，速度越大，侧翻临界转弯半径越大，也就是说，发生侧翻的可能性越高。

图5 侧翻临界转弯半径随车速的变化关系

利用VC++ 6.0软件进行模拟[5]，选取两款大客车的数据进行计算，并带入具体数值，得到结果如图5所示。从图5中可以看出随着车速的增长，临界转弯半径的增长速率是越来越快的，当转弯时转弯半径小于侧翻临界转弯半径的时候，客车就会发生侧翻。

2.2 侧翻临界车速与质心高度的关系仿真分析

若在客车行进过程中发生紧急情况，驾驶员紧急避让时，猛打一把方向盘，此时如果速度超出一定的值，容易引起侧翻。对公式(5)进行变换，就可以得到质心高度对侧翻临界车速vr的关系如下：

式中RL为紧急避让时的转弯半径，θL为猛打方向盘时转向轮转角。

图6 侧翻临界车速随质心高度的变化关系

利用VC++ 6.0进行模拟，选取两款大客车的数据进行计算，并带入具体数值，得到结果如图6所示。一般一辆客车设计好之后，质心高度是一定的，但是如果出现超载等其他情况，就会使得质心高度提高，从图6可以看出，同一条件下侧翻临界车速是在减小，客车实际运行车速如果超过这一临界车速，就会发生侧翻。

3、结束语

从上述两个方面不难得出，制动距离和侧翻临界转弯半径都跟行驶车速的平方呈正相关，车速越大，制动距离和侧翻临界转弯半径就越大，发生交通事故的可能性就会大大增加。另一方面，影响车辆行驶安全性的因素不止车速这一个方面，是由很多因素共同作用的结果，例如超载等，本文着重讨论了车辆行驶速度对行驶安全性的影响。

参考文献

[1] 余志生,夏群生. 汽车理论[M]. 北京:机械工业出版社, 2009.

[2] 金智林. 运动型多功能汽车侧翻稳定性及防侧翻控制[D]. 南京航空航天大学, 2008.

[3] 富子丞. 营运客车侧翻稳定性及其控制算法研究[D]. 长安大学, 2012.

[4] 王宏雁, 董文灏. 客车侧翻的运动学分析[J], 交通科学与工程, 2012, 28(3): 61-66.

[5] 魏朗,陈涛. VC++程序设计攻略教程[M]. 西安：电子科技大学出版社, 2004.

作者简介：胡闰秀，工程师，就职于陕西省汽车检测站，主要从事车辆检测分析方面的研究。

中图分类号：U463.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)02-103-03