影響雨天汽車制動距離的因素的研究現(xiàn)狀

陰春曄，田國紅，韓忠浩，張彥鵬

（遼寧工業(yè)大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

引言

鑒于技術的飛速發(fā)展與理念的變革，當代駕駛員對于行車安全提出了更高的要求。汽車保有量的增加以及交通事故帶來的經(jīng)濟與人員損失，這些都促進了汽車安全技術的發(fā)展。在汽車被動安全技術已經(jīng)趨于完善的背景下，對于主動安全技術的研究成為汽車生廠商以及相關企業(yè)的共同認識。汽車主動安全技術主要目的是為了幫助駕駛員在行車過程中最大可能的減少事故的產(chǎn)生。對于雨天汽車制動距離的研究有助于對主動安全設備的研發(fā)，保障駕駛員的生命安全。

1 制動距離

當前對制動距離的研究主要從從駕駛員的制動反應時間和路面附著系數(shù)兩方面進行主要研究。如圖1，汽車的制動過程從駕駛員開始有制動反應到汽車完全停止可以分為四部分。第一部分就是駕駛員的反應時間。車輛行駛的基礎就是輪胎與道路之間存在的摩擦力，即附著力。

圖2 為汽車在制動過程中各個力之間的關系。汽車在制動時并不是立刻就能停止。在初始階段，地面制動力與制動器制動力相等，車輪仍處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時的踏板力較小。當?shù)孛嬷苿恿εc附著力相等時，此時輪胎開始有滑動狀態(tài)。當踏板力、制動器制動力持續(xù)加大，而地面制動力處于最大值時，輪胎處于滾動與滑動兩種狀態(tài)并存的情況。當制動器制動力遠遠大于地面制動力時，車輪才會抱死。

為防止車輪抱死而造成汽車失去轉(zhuǎn)向能力而引發(fā)交通事故情況的發(fā)生，目前多數(shù)汽車上安裝有制動防抱死系統(tǒng)，即ABS 裝置。現(xiàn)在多數(shù)對于汽車制動距離研究的前提就是在汽車已經(jīng)裝有ABS 裝置的基礎上進行的。

圖1 汽車制動過程

圖2 汽車制動過程中各力之間的關系

2 駕駛員反應時間研究現(xiàn)狀

駕駛員反應時間指的是駕駛員意識到存在危險工況時到踩下制動踏板的時間。由于存在個體差異，所以不同駕駛員的反應時間不同。以汽車車速60km/h 計算，0.5 秒的反應時間的差別就會造成將近10m 的距離。駕駛員反應時間的快慢很大程度上決定了駕駛員是否安全。

圖3 駕駛員反應過程

楊鵬飛[1]等人搭建了模擬駕駛平臺，利用眼動儀對參與模擬駕駛的駕駛員進行了關于反應時間的測試。通過不同場景的設置，獲取了各種工況下反應時間的數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)進行分析，表明駕駛?cè)私?jīng)驗、車速、年齡對反應時間影響明顯。其中車速與反應時間之間呈現(xiàn)出較強的指數(shù)關系。

李霖[2]等人研究了駕駛員在面對危險情況時的制動反應時間。以上海地區(qū)的行車數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù)，對六種典型的危險工況進行了分析。其中重點研究了在前車突然減速情況下駕駛員的制動反應時間，在這種工況下駕駛員制動反應時間有減小的趨勢。其研究結(jié)果顯示，駛員的制動反應時間會隨著不同突發(fā)事件而改變。當危險是由行人等容易受到傷害的群體造成時，駕駛員的制動反應時間會縮短。

貝鈺瑩[3]等人針對駕駛員制動反應時間目前多采用固定值進行研究的現(xiàn)狀，提出使用模糊控制原理的方法來控制駕駛員反應時間，通過建立仿真模型來對方法進行驗證。仿真實驗的結(jié)果表明，使用模糊控制原理對駕駛員制動反應時間進行分析更符合駕駛員的個體差異，且汽車防撞距離也會根據(jù)制動反應時間的變化而變化。

張智勇[4]通過AHP 方法對影響駕駛員反應時間的十三個影響因素進行研究。通過問卷調(diào)差得到數(shù)據(jù)，對影響因素的三個準則十三個指標進行了重要度排序。得出了在準測層中，駕駛員自身因素影響最大；在指標層中，天氣因素影響最大。

3 路面附著系數(shù)研究現(xiàn)狀

影響附著系數(shù)的因素很多，除了車輛本身的參數(shù)如輪胎參數(shù)，還與行車環(huán)境如道路條件以及車速有關。不同的行車環(huán)境、輪胎參數(shù)以及車速都會改變附著系數(shù)的大小。圖4 為輪胎在不完全滑水狀態(tài)時的受力圖。雨天時路面上存在的積水會使得胎面與路面之間存在間隙，存在的積水會給輪胎一個向上的力，也就是說有一部分輪胎會與地面脫離接觸，從而減小輪胎的附著力。

圖4 輪胎不完全滑水受力圖

欒錫富[5]等人通過ADMAS 軟件建立了滑水現(xiàn)象的動態(tài)仿真模型。通過實驗獲取了大量雨天條件下的行車數(shù)據(jù)，對降雨環(huán)境下的輪胎滑水問題進行了動態(tài)分析。得出了動水壓力公式，并以此求出臨界滑水時的公式。他們的研究也表明使用計算機仿真軟件可以一定程度上替代室外實車實驗。

張義[6]等人通過比較國內(nèi)外的研究成果，分析了降雨量對水膜厚度的影響。水膜厚度對附著系數(shù)的影響是通過回歸公式和關系圖進行分析。

朱林培[7]基于LS-DYNA 的175/65R14 型子午線輪胎的有限元模型，對輪胎在潮濕路面上的運行狀態(tài)進行了仿真，對輪胎發(fā)生打滑的全過程進行了分析，獲取了帶有復雜花紋輪胎的臨界滑水速度，并與理論值進行了比較，一致性較好。

黃正偉[8]通過室內(nèi)試驗對常見的集中路面的摩擦系數(shù)進行了研究，使用擺式摩擦系數(shù)儀對不同類型的瀝青路面試塊進行了在不同條件下的路面抗滑性能的研究。要研究了水膜厚度、溫度和砂礫量對摩擦系數(shù)的影響。

4 小結(jié)

當前對于特殊環(huán)境下汽車制動距離的研究仍處于不斷發(fā)展的階段。在制動硬件不斷完善的背景下，外界環(huán)境以及駕駛員對于汽車制動距離的影響已經(jīng)不容忽視。對駕駛員反應時間的研究集中在性別、年齡以及駕駛習慣。對附著系數(shù)的研究則集中在了路面參數(shù)以及輪胎參數(shù)方面。