路侧宽度对车辆行车安全的影响研究

2011中国汽车安全技术国际研讨会 路侧净区宽度对车辆行车安全的影响研究 雷泽湘1 雷正保1 (1. 长沙理工大学汽车与机械工程学院 长沙 410014 leizexiang@126.com) 摘要：对路侧净区宽度的研究主要是为了找到一个在不同的路侧净区宽度下，发生交通事故后对汽车安全性的影响。在对路侧地形的分析当中，边坡占有很大的比例，而且极易发生严重的交通事故，故该以边坡为路侧地形的载体，运用PROE建模，VPG进行仿真实验前处理，LS-DYNA进行后处理，结合总结归纳法得出每增加一米对汽车的行车安全的影响有多大，并给出一个合理的值，建议路侧净区宽度的距离。 关键词：路侧净区宽度;边坡;行车安全;总结归纳法 Road side of the width of the vehicle the net impact of traffic safety research Lei Ze-xiang1 lei Zheng-bao1 （1、School of Automotive and Mechanical Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha 410004, China;） Abstract: Rode side of the net the width of the study was to find a different side of the road width of the net area under the car after an accident on the safety impact. In the rode side of the terrain analysis among the large proportion of the slope, and prone to serious accidents, so the paper road side slope of the terrain to the carrier, using PROE modeling, VPG handling before the experiment to simulate , LS-DYNA for post-processing, combined with the summarized method to get the car per meter of the extent of impact traffic safety, and gives a reasonable value, the proposed road width from the side of the net area. Keywords: the width of road side; Slope; Traffic safety; Summarized the law 朗读 显示对应的拉丁字符的拼音 字典 1 前言 随着我国道路交通的越来越发达，交通事故也引起了全社会的关注。路侧安全设计在 公路建设发达国家已有近半个世纪的历史，其设计、对策，相关的指南、已比较完善，但是在路侧宽度对交通安全的影响上的研究还没有完整的规范。在我国70%的交通事故发生在二级公路，特别是在山区公路，我国是一个多山的国家，特殊的自然地理条件决定了大量山区公路的存在，然而这些山区公路，尤其是山区低等级公路，很多是在几十年养护过程中逐渐形成的，技术等级低、线形指标差、安全设施少是多数山区低等级公路的共同特点。本文重点是从路侧安全的角度分析，指出我国公路存在的主要路侧安全问题，从边坡入手，设定不同的路侧净宽，运用仿真进行分析，得到路侧净宽增加一米，交通安全性能提升多少。 1 研究背景 目前我国的交通事故发生率越来越高，已经严重的影响和威胁到我国的经济发展。我国是一个多山的国家，在山区二级公路上，极易发生严重的交通事故，为了有效的减少交通事故，控制交通事故的严重性，尽量的减少死亡的发生，对路侧交通事故的研究是势在必行的。路侧的地形多种多样，其中边坡是一种重要的形式。当汽车在路侧为边坡的道路上发生碰撞与其他路侧地形有很大的区别，所以本文就以路侧边坡为切除点，来分析边坡对交通安全的影响。 2 确定典型的交通事故 研究初期对一些典型的交通事故进行的分析，通过广泛的搜集材料，提出一些现实的问题，这事是本文的意义所在。 边坡是路侧的一种重要形式，每年在边坡上发生的交通事故在中的路侧交通事故中也占有很大的比率，因此边坡的仿真也是本次研究的重点对象。 图1 边坡交通事故 3 仿真的设计 本次仿真主要是用UG建模，VPG进行仿真的前处理，dyna进行后处理。根据本次研究的目标“路侧净宽增加1米，交通安全性究竟提高多少。”[1] 。 3.1 确定车辆的类型 根据“山区公路网安全保障技术研究与示范工程”课题，安保措施满意度及路侧重点信息调查组《第二阶段调研》，对四川、重庆、贵州、云南四个地区的7条国省道干线的交通组成情况进行分析[3]。按照部公路司、部规划研究院关于公路交通情况调查车型分类及车辆折算系数规定小货车为载质量为2t以下的货运车辆，中货车为载重量为2～7t，大货车为7～14t，特大型货车为大于14t的货运车辆，小客车为额定座位为19座以下的车辆，大客车为额定座位为19座以上的车辆，根据调查情况统计，四川、重庆等7条国、省道干线各种型号车辆占汽车总数的百分数下表2-1所示： 表1 我国公路上的交通组成情况 路段 小货 中货 大货 小客 大客 G213 7.35% 7.83% 21.66% 58.41% 4.74% G319 10.81% 21.54% 15.36% 50.73% 1.54% S106 9.17% 17.43% 10.09% 51.37% 11.93% G318 6.32% 0% 12.64% 63.94% 17.1% G326 10.78% 7.11% 5.96% 70.18% 5.96% G323 14.76% 11.02% 13.1% 57.59% 3.53% 通过以上数据，那么本次仿真的汽车类型有小汽车1.5t。 3.2 设定碰撞的距离 在路肩的设定上有很多的标准，本次研究的重点在与一、二级公路，但是考虑了我国公路用地问题，实际生活应该大于最小值。故确定路肩宽度为0.5m。路侧安全净区路侧宽度是包括路肩的，因此本次从2.5m开始设计仿真，运用比较分析法，每增加1m做一次仿真，车辆冲出路面从路肩就开始算起。(当路侧净区为0.5~2.5m时，汽车冲出路肩，直接与障碍物发生碰撞，与边坡无任何关系，故此处不考虑） 3.3 设定汽车的速度 在一般情况下，公路上的车轮以平均运行速度行驶，平均运行速度可以按行车速度的80%计算，见表2-3。虽然在车辆发生偏离车道等偶然事故时，司机有可能采取刹车、转向、送油门减速等补救措施，但是，考虑到我国道路侧向余宽一般较小和车辆碰撞路侧防护设施的时间极短，以及山区道路的危险性，因此把平均运行速度近似为碰撞速度[1]。 表2 G213等省国道大客车和大货车的最大行驶速度 地形 路段 大货车 大客车 最大速度 最小速度 最大速度 最小速度 山岭 G319_K2193+500 48 22 51 38 G326_k318+600 37 17 41 22 G319_K2193+500 46 16 重丘 G213_K2003 51 23 41 36 G323_K1934+500 50 46 57 54 丘陵 G326_K203+600 58 34 51 26 G213_K202+200 63 47 68 40 微丘 G213乐山至沐川 77 46 76 27 G213_K1540 76 21 66 39 S106资阳至仁寿段 71 40 72 32 S106资阳至仁寿段 71 40 72 32 从表2中可以看出，不同的路况车辆的行驶速度由很大的区别，因此根据我国道路交通的特点的分析，可以提出我国路侧防护设施碰撞标准的设计标准的依据为以下几点： ⑴设计标准根据不同的路况行驶的主要车辆来定； ⑵碰撞速度为设计路段的最高车速的80%，考虑小客车的质量和行驶速度，考虑小客车的设计车型为1.5t，碰撞速度为80km/h。 ⑶碰撞角度为20°。 3.4 路侧的地形设定 路侧有平地，边坡两种类型。平地很好设计，仿真时只需设定和路面一致。边坡路堤边坡设计应保证公路的稳定性并为失控车辆安全返回提供适当的机会。宽容路侧设计理念要求边坡在设计时，要尽量使其有利于车辆的安全行驶。当路侧有一定的宽度净区、填土高度较低时，可以适当放缓边坡。这样，车辆驶出路外顺着坡面下滑，翻车的可能性很小。驾驶员在车辆不失控的情况下，就能重新返回车道上。有关研究成果表明，路堤边坡缓于1:6时，车辆即可越过，并有良好的救险机会;边坡缓于1:4时，车辆开到边坡上也不至于完全失去控制;当边坡坡度在1:4和1:3之间时，车辆将不能返回，但是可以横穿;当边坡坡度大于1:3时，驶出路外的车辆将有翻车的危险，1:3是影响行车安全的一个临界值。因此在做仿真的时候边坡设定为1:4。 4 仿真结果 本次研究主要是通过归纳对比的方法进行，因此在仿真的过程中尽可能的多选取在不同的实验条件下进行仿真，已得到更多的仿真结果，通过仿真结果来绘制路侧净宽对交通安全的影响，因此本次共做了18组仿真，小汽车和货车各9组，路侧距离分别从2.5m~8.5m[2]。 因为汽车与刚性墙发生碰撞的角度是20°，所以汽车驶出道路的速度为Vx=-26102.56mm/s Vy=9500.567mm/s。 图2 仿真模型1 图2 仿真模型2 以上是小汽车的仿真设计，用proe画出斜坡和刚性墙，导入VPG中进行建模，在通过ls-dyna进行运算，实验的条件设定边坡为1:4，小汽车从出道路的速度为80km/h，以20°的角度进行碰撞刚性墙。 表3 各个路侧宽度下的结果分析 2.5m 3.5m 4.5m 5.5m 6.5m 7.5m 8.5m vx 1559.37 1559.38 1558.8 1559.37 1559.8 1560.3 1559.8 Vy 553 548 565 568 598 598 600 是否触底 / / / / 是 是 是 5 提高路侧边坡安全性的建议 通过以上分析，可得当路侧净宽在6.5m以上，汽车在驶出路肩，在与刚性墙发生碰撞之前就已经与边坡发生接触，当汽车与边坡发生接触，驾驶员可以即使的踩刹车，打方向盘，可以避免任何碰撞，让汽车安全返回。 当路侧净宽为0m~6.5m时，汽车驶出路肩，与障碍物发生碰撞，碰撞瞬间的速度相差不大，但是当障碍物与路侧越远，驾驶者做出反映的时间就越长，因此距离越远越安全。 综上所述，路侧净宽越远就越安全，当路侧净宽达到6.5m时，汽车可以返回，故建议路侧净宽在条件允许的情况下大于6.5m。 6 结语 我国路侧交通事故在近几年呈越来越严重的趋势，本研究从边坡入手，运用仿真分析软件来得出结论，给出了一个建议，通过科学的方法来减少交通事故和降低交通事故的危害性。但是边坡只是其中的一种形式，在其他方面还得继续努力，希望本文能给路侧安全一个参考作用。 参考文献 [1] 雷正保著. 汽车纵向碰撞控制结构设计的理论与方法[M]. 长沙：湖南大学出版社,2001 [2] 雷正保编著. 汽车覆盖件冲压成形CAE技术[M]. 长沙：国防科技大学出版社，2003.5 [3] 雷正保,唐波,刘兰等编著.车-路-护栏系统的碰撞安全性[M]. 长沙：国防科技大学出版社,2009.9 [4] 雷正保,谢玉洪,李海侠著.大变形结构的耐撞性[M]. 长沙：国防科技大学出版社,2005.5 [5] 白金泽编著. LS-DYNA3D理论基础与实例分析[M]. 北京：科学出版社,2005.5