第1章绪论 近年来,道路货物运输业取得了长足发展,但随之而来的还有货车事故的 迅速增加。在公安部的事故记录中,与货车相关的交通事故占相当大的比例, 货车重特大事故更是时有发生。 1.1本论文研究背景及必要性 道路交通运输在促进经济发展和社会进步方面发挥着越来越重要的作用, 载重货车运输是道路货物运输的重要组成部分。根据有关统计资料,载重货车运 输约占美国货运总量的67%:在中国t这一比例为55%l“。可见载重货车运输在 货物运输中的重要地位。但是,随着货运向大型化、重载化方向发展,其对道路交 通安全的负面影响也越来越明显。特别是货车超载的现象十分普遍,载货量的 提高增大了货车操纵的难度,影响货车的运输效能。 我国某地具有代表性的、以重载交通为主的山区公路3年观测的事故资料 中,大型车(包括:大货车、大客车、拖挂、集装箱)在事故车型中的比例高达 533%。由于没有具体的交通量资料,我们仅用收费站交通量数据作一个简单 的对比。经统计,2005年,收费站某日交通量1591辆,其中大型车(收费标 准中的四、五、六型车)134辆,则大型车在总体交通量中的比例为842%, 可以说,比重不大(与交通量资料不是路段的准确交通资料有关),但其出事故 比例却高达53.3%。对比其事故多发地点的公路线形资料可见.载重车辆在道路 条件不良的条件下发生交通事故的危险太大增加。 事故车型比例 %nn:j: 图1.1事故车型比例分布图F瑭um1-1 Pmporlionofvehldein订a街caccident 图10大型车交通量在总交通置中的比例图Figure1-2Proportionofheavyvehiclesintrafficflow 1.2国内外研究现状 l21货车安全研究现状 在美国,每年大约有42000人死于各类道路交通事故.其中约5000人与载重 货车有关。为了促进货车营运安全,政府采取了一系列的措旆,包括1995年交通 部主持召开的货车与大客车安全高层会议,号召全社会努力减少货车和大客车 相关事故,降低事故严重程度。会上研究了影响这两种类型车辆营运安全的主要 因素—疲劳驾驶、历史事故数据的缺乏、安全保证技术和货车安全管理法规 的缺乏等。在1999年的例会上,还规划了在其后10年内将相关交通事故降低 50%的战略目标。此外,他们还从人、车、路、管理等方面进行了大量的有关载 重货车运输安全的研究,立口高速公路载重货车车道限制管理模型、货车前后不安 全的驾驶行为等12】例。 在澳大利亚,载重货车的安全问题几十年来一直受到有关部门的重视啪。为此,政府一方面颁布一系列法规,发行相应手册,如载重货车驾驶员手册等:另一 方面严防超载,规定从1995年1月1日起,任何车辆的实际载重量不得超过额定 量;在2002年还颁布确保大型货车安全的道路几何设计指南;定期召开关于载 重货车安全的全国性会议[41。 在欧洲,许多国家都充分认识到与载重货车运输相关的驾驶员、车辆和交通 管理法规等对促进货车交通安全的重要性。为了促进货车运输安全,这些国家建 立了完善的职业培训体系。驾驶员在培训中不仅设有标准的课程体系.还应用许 多高新技术,如驾驶模拟、计算机技术应用等。同时,管理法规对驾驶员每周的工 作时间及每天的最多工作时间、每次连续工作时间及途中起码休息时间等都有 第1章绪论 严格的规定和限制,有的国家甚至在车上装载在线记录仪,分别对驾驶员工作时 间、休息时间、最高车速等进行全方位记录。同时,欧盟还特别重视第三方(车 辆制造方和研究机构)的参与,重车安全研究卓有成效【3】。 在我国,由于多年来一直处于公路建设的高速发展时期,交通安全问题始终 未得到应有的重视,用于道路安全方面的投资十分有限。近年来虽有所改善,但与 实际需要尚有不小差距。在货车运输安全方面,有针对性的管理体系尚未建立, 一些与货车运输安全相关的法规在执法力度上尚需要进一步加强,此方面的研 究也一直是一个空白。 1.2.1国内外对超载的治理【5J 加拿大和美国早在20世纪50年代就开始进行超载货车对道路的损坏研究, 建立了严格的法律制度,广泛采用车辆静态和动态称重设备对车辆超限情况进 行检测。美国约有1000多个动态称重站,采用照相机和路边控制器技术,并与 高速公路巡警车中的笔记本计算机相连接,对货车进行检查,可以及时观察数 据和鉴别超载车辆的身份。美国处理超限超载车辆的主要措施有:一是向违章 车辆发出违章传票,确定罚款金额。并辅以其他惩罚措施,如交付路产补偿金、 被列入驾驶员和运输企业不良记录档案等。二是卸载或均载(移动货物直到轴 载不超限)。三是对严重超限超载或屡次违章者采取司法行动,包括刑事诉讼、 短期拘留和多达1年以上的监禁。 在德国联邦货物运输局内,设有专门机构管理超限运输车辆,在8个州设 有分部,还设有3个小型机构对车辆违章罚款进行处理。在全国1.1万公里的 高速公路上共设有700多个检查站,对车辆超重、装载尺寸超限、司机超时行 驶、危险货物运输等进行检测,对违章车辆有权扣留并进行处理。如对超限运 输驾驶员的管理办法中规定,第一次驾驶员将被登记在案并口头警告;第二次 被发现将面临三个月的监禁;一年内发现超限三次以上的驾驶员,将吊销驾驶 执照,登上“黑名单”,终身不得从事驾驶行业工作,迫使没人敢开超限车。在 澳大利亚,对超限超载的处理方式一般是强制超限超载者修路,即按承运货物 的起点到终点,负责修理该路段所有的损坏路面。 日本广泛使用固定或移动称重设备对超限车辆进行检测。在高速公路收费 站设有电子秤测量轴载。大型货车还要安装货物自动测重仪。日本实行“一超三 罚”制度,即罚货主、罚运输企业、罚司机。根据日本相关法律,超过行驶证最 大载重量的,处6个月以下徒刑,10万日元罚款(约合人民币7400元)。 韩国从1973年7月开始对重车实行重点检查。1994年10月,超限超载车 辆过多导致圣水大桥坍塌后,韩国政府进一步加大了治理力度,在全国设立了 北京T业人掌丁掌硕}j学位论文400余个超限超载检测站(点)。车辆通过电子称重设备来检测重量,通过车辆 识别系统来识别车辆型号,通过网络中的PC机来判断车辆是否超载,如一旦 超载系统将自动对超载的车辆进行照相,以作为惩罚的依据。目前,韩国超限 超载车辆仅占被检测货运车辆的1.5%。韩国法律规定,对超限行驶者或强迫驾 驶员超限运营者判处1年以下有期徒刑或处以200万元韩币(约合人民币1.5 万元)以下罚款;对擅自改装车辆或妨碍检测者处2年以下有期徒刑或处以700 万元韩币(约合人民币5.2万元)罚款。超限运输车辆一经发现,将被公路部 门直接引导至法院接受法律惩处。 许多先进国家都先后采用了超限运输车辆检测与限制(控制)技术,完善 管理对策,来解决超限超载问题,并取得了较好的效果。为从根本上遏制超载 现象的发生,同时采取了相应措施,主要体现在:从源头上杜绝超载现象产生 的可能。国外卡车多采用空气弹簧,车辆超载不能行驶。在装卸、搬运的过程 中其附属设施已严格地限制了超载超限情况的发生,比如集装箱运输车,由货 场的吊车的起重量限制了车辆的载货量;加大监控力度,在路口设置超载检测 设备,检测车辆是否超载;制定相应法规,严厉制裁超载相关人员。 我国从20世纪90年代就提出了公路运输超载问题,《公路法》中也对公路 荷载作了相关规定。2000年,交通部又发布了2号令《超限运输车辆行驶管理 规定》,对车辆及其装载几何尺寸,轴荷等重新做出限定,并严格了超限车辆行 驶审批和管理。2001年,国家经贸委发布了《车辆产品检验机构监督管理暂行 办法》,针对目前货车生产厂大吨小标(标定装载质量低于设计承载能力)的问 题,出台了强制性产品检验办法。2004年5月1日实行的《中华人民共和国道 路交通法》第48条做出了机动车载物严禁超限,不得违反装载要求的规定。对 于治理超载,国内一般还是在道路入口安装称重系统进行静态或动态称重,作 为主要手段。 虽然我国对车辆超载作出了严格的控制和处罚措施,但超载现象的出现是与目前经济发展阶段密切相关的,在短时间内超载还很难彻底消除。超载对货 车行车安全的影响仍需进一步研究。 1.3本论文研究意义 论文研究的目的在于阐明目前我国重载货车交通安全的总体现状和特征, 发现道路诸因素对事故的总体作用和相互关系,定量分析载重量和道路条件对 重载货车行车稳定性和安全性的影响。影响重载货车事故因素的确定,可以及 时的、有针对性采取相应的对策,通过有效的控制各种影响因素,达到减少交 通事故、增进重载货车安全性的目的。为具有较大重载货车交通量的道路的设 第1章绪论计和改造提供理论依据和定量的数据支持。 1.4本文框架和主要内容 本文分别研究了货车安全与道路条件、载重、速度三者之间的关系。通过 对收集的交通事故数据进行统计分析,发现对于货车行车安全影响明显的道路 因素。利用微观仿真软件Trucksim6.0,对重载货车在不同道路条件、速度和载 重量情况下,进行仿真实验。定量分析道路条件、速度和载重量对载重货车行 车稳定性和安全性的影响,建立重载货车倾覆阈值表。并为防止货车交通事故 的发生制定了预防对策。 论文各章节的内容大致如下: 第2章道路因素与道路交通安全 第3章超载与货车交通安全 第4章道路条件与货车交通事故统计分析 第5章速度、道路条件、载重与货车行驶安全性的仿真实验 第6章货车交通事故预防对策 第7章结论 论文第2章和第3章详细论述了道路线形(直线、平曲线半径、曲线超高、 曲线转角、坡度、坡长、竖曲线半径、线形组合)、路面状况和货车超载对交通 安全的影响;在第4章对道路几何线性与交通事故间的关系进行了统计分析, 找出了对货车安全影响明显的因素;在第5章进行了仿真实验并得到了重载货 车倾覆阈值表;然后在第6章提出了货车事故预防的对策。 第2章道路l夭I素与道路交通安伞第2章道路因素与道路交通安全 2.1道路因素与道路交通安全概述 2.1.1道路因素的基本认识 交通事故的发生主要是由于人、车、道路环境组成的动态系统失衡的结果。 动态交通系统如下副6】【7】。 图2—1道路交通系统不意图Figure 2-1Thesketch map oftraffic System 从图2.1中可以看出,“人”是整个系统的中枢:“路”是整个系统的基础;“车” 是完成运输功能的工具。首先“路”限定了“人”的信息来源和“车”的行驶状态, “人”通过感觉器官不断摄取道路信息,并经过加工处理,再通过运动器官来控 制车辆,使车辆来适应不断变化的道路条件和环境条件,同时感觉器官又不断 地摄取车辆对道路的适应情况信息,并对车辆进行进一步的微调,这样周而复 始达到安全行驶的目的。 交通事故的发生正是构成交通系统中的因素自身或相互作用失调而造成 的,比如道路和环境提供给人的信息不足,或人对道路、环境、和车辆信息判 断失误而造成事故;车辆自身性能不足在遇到恶劣道路条件时发生故障而造成 事故;人的大意、疲劳驾驶等,也往往与单调的道路条件有一定的联系。因此, 在分析事故原因时,应依据系统观点,从“人一车一路(环境)”三方面下手。 但是,在这个系统中,人作为系统的中心,车辆和道路都是为人服务的,因此, 人是主动的,有意识的,是系统中最活跃的因素,随机性较大;而车辆和道路 是客观的,无意识的。所以,一旦发生事故,便大都倾向于一种简单的认识, 即:事故的基本原因是人为的,是驾驶员的失误和错误。国外的交通事故原因 统计结果大致为:人为事故占80%-"85%,车辆因素造成的事故约占5%10%, 道路因素造成的事放则占10%左右,而我国的交警事故统计中.则更加侧重人为因素,认为道路因素是次要的,几乎不对事故产生影响的。详见下图。 sI257* 圈2-2我国道路事故原因统计图 Figum 2-2Proportionoftrafficaccidentcausedbydifferemwason￥ 从图2-2中我们可以看出,我国事故原周统计中道路原因占的比例虽小, 仅为012%。 事实上,一起事故的发生,不能把它看作仅仅是人一车一路因素中某一独 立环节的失调引起的.而往往是由两个或多个因素共同作用的结果,过分强调 其中某一因素都是不符合实际的。德国和瑞士专家分析后得出结论:一起交通 事故的诱发因素平均为l 5~1.6个。法国国家保险公司曾经对导致道路变通事 故的直接因素进行分析。在详细研究了一千多个事故后得出结论,那些通常被 视为驾驶员错误和失误导致的事故背后,隐含着相当比例的道路因素【”,如表 2.1所示。 表2-1不利道路园幕促使事故发生的百分比表 Table2-I Proportionoftrafficaccident“;o舾usedbypoorroadcondition 事故的主要原因 由不利道路困素促使事故拉生的百分比 驾驶员的不良生理状况(如疲倦、生病) 驾驶员的操作失误、错误(如不正确的超 2.I2道路因素中涉及的安全问题 从己发生的大量道路交通事故的实际过程及结果看,除少量事故是驾驶员 的粗心驾驶所造成以外,绝大多数道路交通事故并非驾驶员的失误和错误操作 所致,主要是由困难的行驶条件所引起。就道路条件与道路交通事故之间的关 系讲,良好的道路条件对预防道路交通事故的发生有明显的影响作用,而不良 第2章道路因素与道路交通安全 .一一.一一;一一一I.1l!!!曼!曼的道路条件对诱发道路交通事故亦有相应的影响作用。 图2.3和图2-4是某山区汽车专用公路事故沿道路的分布图以及翻车事故 沿道路的分布图: 图2.3公路全线交通事故按里程分布 Figure Mileagedistributionoftrafficaccident 全线翻车事故随里程分布 里程 图2—4翻车事故随里程分布图 Figure 2-4 Mileage distributionofturn—overaccident 对比道路线形资料,我们发现K7附近为连续下坡急弯,K67为长大下坡。 结合图上事故的聚集性可知,事故多发是与道路线形因素密切相关的。 2.2道路线形对交通安全的影响 道路本身展示出了路线和道路外部轮廓及其交通状态,是最直观、最具感 觉特性的信息。研究表明,驾驶员在驾车的过程中,主要依靠感官感受信息, 各种感官接受外界信息的比例为:视觉占80%,听觉占14%,触觉占2%。驾驶 员在行驶的过程中,习惯于使视线平顺地合乎思维的前进,因此,从安全的角 度考虑,道路设计要充分利用道路几何组成部分的合理尺寸和线形组合,创造 一条连续的、清晰顺畅的行车方向。 道路线形几何要素的不合理以及种种不良的线形组合,均可能导致交通事故的发生。 2.2.1直线与交通安全 直线是道路平面线形的基本要素之一,它具有方向明确、布线容易、距离 最短的特点,因此在线形设计中使用频率非常高。 我国的规范在借鉴外国的经验上,对直线的最大长度也作了大致的规定, 见表2.2。 表2.2规范中关于直线长度的规定 Table2-2 Prescript ofthebeeline length inthecriterion 计算行车速度(km/h) 100 80 60 40 最大直线长度(m) 2000 1600 1200 800 最小直线长 同向曲线间 600 480 360 240 反向曲线间200 160 120 80 直线长度不能过短,主要是因为【6J: 长度过短在线形组合上不合理,而易造成视线误导再通向曲线间形成“断 背曲线”; 驾驶员转弯操作频繁强度大而造成心理紧张,同时由于线形变化过快提 供给驾驶员的反应时间比较短而诱发事故; 受曲线上安全状况的影响,因曲线不良而诱发的事故在直线上发生,短 直线的事故率增加显著,而长直线的影响不大。 从交通安全心理学的角度和道路设计的经验考虑,长直线又存在如下弊端: 线形过分单调,容易引起疲劳、打瞌睡,造成反应迟钝,判断出错; 易使驾驶员放松警惕,遇到突发情况,来不及反应而造成车祸; 驾驶员易产生趋驶心理,开快车,不知不觉中造成超速行驶; 由于视觉的参照比较少,往往对距离估计不足,造成超速和车距不足; 夜间行车时,易造成对向车灯耀眼,使驾驶员目眩而造成事故。 2.2.2平曲线半径与交通安全 平曲线主要包括:缓和曲线和圆曲线。缓和曲线是完成直线到圆曲线或不 同半径曲线间线形要素过渡的曲线,一般采用回旋线。同时,缓和曲线的加入 使道路平曲线基本上符合了汽车的行驶轨迹,为驾驶员驶入曲线提供了反应判 断的余地,因此提高了交通安全水平。而且缓和曲线的加入也为道路的设计提 供了方便,比如超高过渡、行车道加宽过渡等。 10 第2章道路冈素与道路交通安全 平均蝗筝畿【米)图2.5美国公路事故次数与平曲线半径的关系图 Figure2-5the relationship betweentrafficaccidentsandchiveradiiintheUSA 图2.5表示出了1968年美国公路事故次数与平曲线半径的关系【9】。经与美 国公路对比可知,公路事故与平曲线半径的关系,国内外的统计分析结果基本 一致,即当平曲线半径较小时交通安全状况恶化;随着平曲线半径的增大,交 通安全状况趋于良好。如图2.5所示,美国公路的曲线半径拐点为400m,它是 综合所有等级公路、所有车型事故与曲线半径的调查结果得到的,比较具有代 本文收集货车的事故资料,分析了货车事故与平曲线半径之间的关系,如图2-6所示。 图2-6公路货车事故率与平曲线半径的关系图 Figure2-6therelationshipbetweentruckaccidentsandcurveradii 从图2.5和图2-6对比可知,货车交通事故的曲线半径拐点约为1000m, 比美国公路的曲线半径拐点为400m要大。可见,曲线半径对货车安全的影响 mHIIII III Nil IIIIIII IIIIIIIIII IIII 更为明显。下面我们从汽车转弯时的受力情况来分析魅线半径对货车安全更不 利的原因。 不考虑汽车沿行驶方向上的受力翻其他道路环境影响,分析汽车转弯时酌 受力情况,如图2.7。圈2.7中,G为重力,F为离心力,Nl、N2表示汽车靠近曲线内 侧和外侧车轮受到的地面法向反力,Wl、W2表示轮胎与地面的横向摩擦力,为 路面合成坡坡度(单位:%),f为汽车轮距,h为车身重心高,A、B分别表示内、外侧 轮胎的着地点。将所有力分解在X、Y轴上,根据力学原理得到力的平衡方程式, 式中:F。Gy:/(127R),R表示平曲线半径,V为行驶车速;i2《+毒,蠢表示路面横坡坡度,蠢表示纵坡坡度。 图2.7汽车转弯时的受力图Figure2 7theforceundertakenbyvehicleincurve 货车的重量较大,在满载情况下,整车的重心也随之增离。通过图2.7的 受力分析可知,汽车转弯时,如果速度过快,向心力过大,可能引起车辆向弯 12 道外侧翻车;如果速度过慢,在自身重力影响下,可能引起车辆向弯道内外侧翻车。 2.2.3曲线超高与交通安全 《公路工程技术标准》(JTGB01.2003)规定,当平曲线半径小于规定的最小 半径时,应在曲线上设置超高。公路曲线超高的设置,其工程量和投资对于整个公 路建设资金来说很微少,但其设置的合理性、适用性直接关系到汽车的行驶安全 性。曲线超高过大或过小,都容易引起车辆侧翻。曲线超高过大容易引起车辆爆 胎事故。作者在基层调研得知,山区高速公路爆胎事故、侧翻事故占事故总数 的比例较大。且这类事故中,大货车事故占大多数。 直线路段上,汽车左右轮胎上的垂直载荷大致是相等的‘10】。但在平曲线上行驶时,由于超高和离心力的作用,垂直载荷在左右车轮上的分配往往不均,如图 2.7所示。