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。设定nl、112为轮胎承重系数,nl=N1/Gn2=N2/G根据公式(2—1)、式(2.2)、 式(2—3)推导,得: 从式(2—4)、式(2.5)gN看出,轮胎承重情况与车身重力G、路面超高i11、行车速度V等因素有关。 考虑大货车满载的一般情况,假设1=1.8m、h=2.5m,分别取V为90 km/h、 70km/h、50km/h和30km/h,对各种超高情况下轮胎的承重分别进行计算,结果 如图2.8所示。 一内侧袍胎承重系数 ~外侧轮胎承重系数 弘30knCh II超高 图2-8内、外侧轮胎承重曲线图 Figure 2-8 graph ofinsideandoutsidetires bearingweight 图2.8车辆内、外侧轮胎承重曲线图表明:超高对轮胎受力的影响在车速 13 嚣峥叩篙10 北京]二业大学T学硕十学位论文较低的情况下更突出。行车速度低于90km/h时,内侧轮胎承重大于外侧轮胎, 且内侧轮胎受到的地面反作用力随超高增加迅速增大,外侧轮胎受力则逐渐减 小。内、外侧轮胎受力不均匀,其不均衡度可用不均匀系数b衡量,如公式(2.6): f2.6)车辆轮胎受力不均衡度如图2-9所示,不均衡度随超高增加而增大,且车速 越低,增大的速度越快1101。这种受力不均衡的情况导致了车辆爆胎事故的发生。 10ll 图2-9轮胎受力不均衡度Figure 2-9 graph ofinsideandoutsidetires bearingweightimbalance 大货车超载情况下,车胎容易爆裂,还容易引起侧翻。一方面,超载使直接作 用在轮胎上的垂直载荷增大。另一方面,超载使车身重心升高,转弯时车厢发生侧 倾,重心向曲线内侧偏移,轮胎受力不均匀性加剧。 (1)超载情况下的重心偏移。 车辆转弯时,由于离心力作用,重心有向曲线内侧偏移的现象,特别是装载液 体货物和松散货物时。一般来讲,汽车装载质量越大,重心越高,重心越容易发生 偏移。偏移量的大小可由式(2.7)计算。 (2.7’)式中:e表示偏移量;r为轮胎半径;Q代表车厢侧倾角,与汽车结构、装载货物 的性质和堆放方式、汽车行驶的加速度等因素有关。 (2)超载情况下的轮胎受力。 假设货物均匀装载,则重心高度与装载质量成正比例关系,超载后的重心高 h’根据公式(8)计算。 h=矗+(.}z一2r)xa (2.8) 式中:a表示超载百分比,%。参考汽车行驶性能参数和货车轮胎尺寸参数, 14 第2荦道路冈累与道路交通安兮取r=1.4m、‘P=7。,假设V=80km/h,根据式(2.9)、式(2.10)计算不同超高、超载情 况下的轮胎承重。 nt=引1(1/2-e—hi)+(h+(1/2-e) f)y2/(127R)I (2.10) 超载情况下,车辆内、JI-倾U轮胎受力不均衡。随着超载百分比的增大,不均衡性加剧。超高5%的情况下,超载30%的车辆不均衡度为2.11。在9%的极限超高 情况下,不均衡性更明显,超载30%的车辆不均衡度为2.86,超载100%的车辆不 均衡度高达6.05。因此,超载车辆在大超高路段行驶是非常危险的,内、外侧轮胎 受力严重不平衡,车身有向内倾覆的趋势,爆胎和侧翻的可能性较大。 2.2.4曲线转角与交通安全 哈尔滨工业大学的裴玉龙教授曾以沈大高速公路为对象,研究过道路线形 中曲线转角对交通事故的影响。沈大高速公路1994年1月至1995年6月间事 故率与路线转角的散点图如下t9l。 160140 图2-lO事故率AR与路线转角的关系Figure 10therelationship betweenaccidentsARandcurvecorncr 由图2.10可见,当曲线转角在00---.450之间变化时,亿车事故率与转角的 关系近似成抛物线形,即随着转角的增大事故率在逐渐降低,当转角增大到某 一数值时事故率降到最低值(即抛物线的极值点),此时随着转角的继续增大事 故率又开始上升,变化规律明显。由图可以看出,当路线转角小于或等于70(即 为小偏角)时,事故率明显较高,这一统计结果证实了小偏角曲线容易导致驾 驶员产生急弯错觉、不利于行车安全这一传统观点。 当转角值在150"--250之间时,事故率最低,交通安全状况最好。美国的研 15 北京丁业大学T学顾:}j学位论文 究成果同样证明了平曲线转角的安全值是200,因为转角200的平曲线能最好地 满足驾驶员的视觉特性和行车视野的要求。驾驶员在正常行车状态下,坐直、 头正、目视前方,此时驾驶员的视点一般均集中在10cmxl6cm(高乘宽)的矩 形范围内。若曲线转角为200,则驾驶员看到的曲线恰好落于上述矩形范围内, 从而使驾驶员在不需要移动视线或转动头部的情况下即可充分了解道路及交通 情况,同时也提高了行车舒适性、减少了行车疲劳和紧张感。小偏角的平曲线 虽然也落入上述范围,但其缺点并不在于视野范围是否有利,而是容易导致另 一种交通心理现象,即急弯错觉。当平曲线转角较大时,部分曲线已落于矩形 范围之外,导致驾驶员看到的路线不连续,为此必须移动视线或转动头部才能 看清全部曲线上的道路及交通情况,这无疑增加了行车难度和危险性。 2.2.5坡度与交通安全 国内外的研究一致认为道路纵坡对交通安全的影响非常大,尤其当坡度比 较大时,事故率明显增大,往往是造成事故的直接原斟11d引。 坡度与交通事故率的关系车辆在纵坡上行驶时,无论上坡或下坡对交通安 全都有直接影响。上坡时,其重力沿坡道的平行分力阻碍车辆前进,由十坡度 阻力使车速降低,坡道越陡,车速下降越快:坡道越长,车速下降越多。为了维 护汽车爬坡能力,要不断增加牵引力,如果牵引力不足,操作失误,就会造成 车辆向下溜滑,引发事故。而车辆下坡时,其重力沿坡道的平行分力与车辆前 进方向,一致,由于汽车重力加速度的作用,使速度越来越快。尤其有的驾驶员 为了节油,采取下坡熄火滑行的操作方法,一旦遇到意外情况,来不及采取应 急措施,失去控制,就会造成交通事故。当坡度很大时,可能会出现平行分力 比后轮的切向反力与前轮的切向反力之和大得多的情况,若车速不好控制,常 使车辆被迫向前溜车,易造成交通事故;而长距离的陡坡对行车安全更不利。 前苏联的统计资料表明,坡度越大,交通事故率越高【17】,如表2.3所示: 表2-3坡度与交通事故率关系 Table2-3the relationship betweenaccidentsand gradient 坡度 交通事故率(次数/亿车公里) 0~1.99 46.5 2~3.99 67.2 4~5.99 170.O 6~8.00 2lO.5 16 图2-11事故率AR与纵坡的关系曲线Figure 2-1lthe relationship betweenaccidentsAR andgradient 图2-11为德国交通事故率AR与纵坡的关系曲线口】:当纵坡在0~2%之间 时,上下坡事故率基本相同,而且数值很小;当纵坡在2%~4%之间时,下坡 事故率开始大于上坡AR,而且下坡事放率衄线迅速上升:当纵坡大于6%时. 上坡事故率AR上升缓慢,下坡AR继续迅速上升,而且开始成倍增加。由此 可见,下坡路段比上坡路段更危险。 图2一12为本文统计的某山区汽车专用公路货车事故上下坡分布情况。 圈2-12货车事故上下垃分布情况 Figure 2-12thedistribution ofupgrddeanddowngrade accidents 226坡长与交通安全 坡长对交通安全的影响,主要表现在: 长陡坡造成加速度(减速度)积累,从而使车速过高或过低而诱发事故。 @坡长的影响可能表现在造成与其相邻的平曲线上的事故率增加。 《公路工程技术标准》(,rJB01--2003)指出:“长、大纵坡对载重汽车行驶 很不利,下坡会使制动过热,制动效能减弱,引技交通事故”。国内外事故资料表明, 山区连续长、太下坡路段往往是事故多发路段,尤其是重型载重车辆的快速行驶 北京丁业大学丁学硕十学位论文 更易引发重大、恶性交通事故。 可见,与其它车辆相比,坡长因素对载重货车的安全影响尤为重大。