動力學原理在交通風險分析中的應用

呂賢 王斌虎

摘要：文章從動力學原理方面對常見的交通風險進行力學分析，目的是使駕乘人員更加深入地了解常見交通風險及安全注意事項，以進一步提高安全意識，同時對其他風險分析方法提供借鑒。

關(guān)鍵詞：動力學；交通風險；危險源；靜摩擦力；質(zhì)心運動

中圖分類號：U452文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）19-0021-02

人類發(fā)展的歷史，實質(zhì)上是人類征服自然、改造自然，不斷積累、不斷進步的過程，在這個漫長的過程中，人類一直在與危險進行抗爭，從最初的生存競爭，到后來規(guī)避各種各樣的傷害，可以說，風險無處不在。那么，如何提高生存能力、防范風險自然就成為一個永恒的話題。

不斷地積累、總結(jié)形成的各種安全理論，是防范系統(tǒng)性風險的有效手段，但是由于受個體差異、環(huán)境多樣化等因素的影響，業(yè)已形成的安全理論有時會讓人覺得很遙遠，因此，加強個體風險意識，提高風險識別、防范能力對于降低傷害同樣重要，畢竟幾乎每起傷害都與“人”這一特殊個體

有關(guān)。

運動是絕對的，相對運動也是最普遍的，而由于相對運動造成的傷害也是最多的，因此，文章重點從動力學角度來分析交通風險危害的原因，以期對人們識別及防范風險有所借鑒。

1危險源分類

危險源是指可能造成人員傷害、職業(yè)病、財產(chǎn)損失、作業(yè)環(huán)境破壞的根源或狀態(tài)。危險因素是指能造成人的傷亡和物的突發(fā)性損壞或影響人的身體健康，導致疾病，對身體造成慢性損壞的因素。

安全科學理論根據(jù)危險源在事故發(fā)生發(fā)展過程中的作用，把危險源劃分為兩大類。

根據(jù)能量意外釋放理論，能量或危險物質(zhì)的意外釋放是傷亡事故發(fā)生的物理本質(zhì)。于是把生產(chǎn)過程中存在的，可能發(fā)生意外釋放的能量或危險物質(zhì)稱作第一類危險源。為了防止第一類危險源導致事故，必須采取措施約束、限制能量或危險物質(zhì)，控制危險源。

正常情況下，生產(chǎn)過程中的能量或危險物質(zhì)受到約束或限制，不會發(fā)生意外釋放，即不會發(fā)生事故。但是，一旦這些約束或限制措施受到破壞或失效（故障），則將發(fā)生事故。導致能量或危險物質(zhì)約束或限制措施破壞或失效的各種因素稱作第二類危險源。第二類危險源主要包括物的故障、人的失誤和環(huán)境因素。

危險源是一種客觀存在，之所以確定為危險源，是因為它可能對其影響范圍內(nèi)的人造成傷害，那么，識別出危險源，了解其造成危害的原因和規(guī)律，對于防范風險、降低傷害至關(guān)重要。

在交通風險中，車輛是最大的危險源，它可能對駕乘人員本身、行人及其他車輛造成重大傷害。

2常見交通風險的動力學原理

任何交通風險都有其力學本質(zhì)，下面利用動力學原理對幾種常見交通風險進行分析。

對于一輛行駛的汽車本身，可以將其作為一個質(zhì)點系，由質(zhì)心運動定理可知，其內(nèi)力不影響質(zhì)心的運動。汽車發(fā)動機中氣體的壓力是內(nèi)力，雖然這個力是汽車行駛的原動力，但是它不能使汽車的質(zhì)心運動，汽車質(zhì)心的運動還需要依靠一個外力的作用。事實上，汽車發(fā)動機中的氣體壓力推動汽缸內(nèi)的活塞，經(jīng)過傳動機構(gòu)，將力矩傳給主動輪。如果車輪與地面的接觸面摩擦系數(shù)足夠大，那么地面對車輪作用的靜摩擦力就是使汽車的質(zhì)心改變運動狀態(tài)的外力（FA）；如果地面光滑，靜摩擦力克服不了汽車前進的阻力（FB），那么車輪將原處不動，汽車不能前進。當然，靜摩擦力（FA）的大小與汽車發(fā)動機自身的輸出力矩有關(guān)。當靜摩擦力（FA）的方向發(fā)生變化時，汽車質(zhì)心的運動方向也會隨之變化，這也是汽車轉(zhuǎn)向的力學原理。

了解了汽車運動的原理，那么就可以通過分析靜摩擦力這一外力來控制交通安全風險。汽車行進路線上的一切可能影響靜摩擦力變化的因素，都可能成為影響汽車安全行駛的外因：（1）雨天行駛，濕滑的路面會降低車輪與地面的靜摩擦力（FA），同時也會降低緊急制動時的靜摩擦阻力（FB），延長制動時間；（2）當汽車因正常行進路線上的異常或因急打方向造成爆胎，該輪胎與地面接觸面的靜摩擦力因正壓力和摩擦系數(shù)均瞬間降低，致使各驅(qū)動輪因靜摩擦力（FA）不平衡而產(chǎn)生平面轉(zhuǎn)動力矩，當這個力矩足夠大時，會導致汽車在路面上水平轉(zhuǎn)動，橫向移動時，車輪與地面靜摩擦力（FA）瞬間快速增大，由于靜摩擦力（FA）作用點不在汽車質(zhì)心上，因而形成轉(zhuǎn)動力矩，當這個力矩足夠大時，汽車就容易發(fā)生側(cè)翻，造成重大事故；（3）汽車高速行駛時，遇前方有緊急情況，駕駛?cè)藛T一般都會采取緊急制動，此時車輪與地面的靜摩擦合力（FA－FB）方向與汽車運動方面相反，使汽車慣性前進狀態(tài)發(fā)生改變，在汽車自重不變，摩擦系數(shù)基本不變的情況下，如果車速過快，制動時間就會延長，很容易直接造成碰撞事故；（4）當車輛轉(zhuǎn)彎時，會產(chǎn)生離心作用，離心力的大小與車輛行駛速度、總質(zhì)量和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)，車輛總質(zhì)量越大、行駛速度越快、轉(zhuǎn)彎半徑越小，離心力越大。車輛轉(zhuǎn)彎的同時，地面對車輛產(chǎn)生一個向心摩擦力。當向心力小于離心力時，車輛將產(chǎn)生側(cè)滑，嚴重時會側(cè)翻。

通過上述動力學分析，可以解釋交通安全管理的幾點經(jīng)驗：（1）雨雪天要降低車速；（2）注意觀察行進路線的路況及行人，遇異常提前采取措施，避免猛打方向；（3）爆胎時，盡量保持方向平穩(wěn)；（4）降低車速，保持車距（制動距離）；（5）轉(zhuǎn)彎時盡量降低減速，盡量加大轉(zhuǎn)彎半徑。

以上是用動力學原理對交通風險進行的分析，由于交通事故原因多種多樣，因此，文章只是將汽車作為一個沒有缺陷的質(zhì)點系進行理想化分析，即排除其他一切異常因素，單從理論力學角度對主要交通風險成因進行動力學分析，以便使駕乘、行人和安全管理人員對交通風險有一個更深入的了解，做到“知其然，知其所以然”，提高風險意識，并正確駕駛，有效防范交通風險。當然，其他風險也同樣可以采取類似方法進行原理性分析研究，篇幅有限，不再一一贅述。

參考文獻

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作者簡介：呂賢（1970-），女，新科澳石油天然氣技術(shù)股份有限公司工程師；王斌虎（1979-），男，新疆油田公司設備管理處工程師。

（責任編輯：王書柏）