客運車輛縱向行駛安全域辨識分析

趙彬　施雯　劉艷娟

摘 要：隨著我國經濟迅速發展，公路基礎設施也得以逐步完善，中國公路運輸業高速發展。客運車輛的行駛安全成為當下汽車領域研究的又一新的熱點和難點。客運車輛縱向避撞預警系統是客運車輛主動安全輔助系統中較為重要的組成部分，其可以及時辨別客運車輛行駛狀態，計算與前方行駛客運車輛的安全距離，并及時對客運車輛駕駛員進行預警。從而達到減少客運車輛發生事故的概率。文章圍繞客運車輛縱向避撞系統相關研究，對客運車輛縱向行駛安全域進行建模分析，通過分析比較前后車的不同行駛狀態及不同的天氣條件和路面條件，進行不同的縱向安全域模型計算，得到不同狀態下的客運車輛縱向行駛的安全域。關鍵詞： 客運車輛;安全域;制動分析中圖分類號：U467? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）01-138-04

Abstract： With the rapid development of China's economy， highway infrastructure has been gradually improved， China's highway transport industry has developed rapidly. The driving safety of vehicles has become a new hot and difficult point in the field of automobile research nowadays. Longitudinal Collision avoidance warning System of passenger vehicle is an important part of vehicle active safety auxiliary system. It can identify the driving state of the vehicle in time， calculate the safe distance with the driving vehicle ahead， and make early warning to the vehicle driver. So as to reduce the probability of accidents in passenger vehicles. In this paper， the longitudinal collision Avoidance system of passenger vehicle is studied， and the longitudinal driving safety area of passenger vehicle is modeled and analyzed. By analyzing and comparing the different driving states and different weather conditions and road conditions of the front and rear cars， the longitudinal safety domain model is calculated and the safety area of the passenger vehicles under different conditions is obtained.Keywords： Passenger vehicle; Safety area; Brake analysisCLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）01-138-04

1 前言

1.1 課題的提出及研究意義

近些年來，中國經濟的高速發展，在經濟發展的前提基礎下，公路基礎設施也得以逐步完善，中國公路運輸業高速發展。然而與此同時，公路交通的高速發展以和我國汽車保有量的迅速增加，客運車輛的數量的迅速增長所引發的道路交通安全問題也越來越嚴峻。

客運車輛高速行駛及較多的載客人數導致一旦客運車輛發生交通事故，必將造成重大的人員財產損失。客運車輛的高速或者超速行駛會導致客運車輛縱向行駛的行車間距不足，從而引發道路交通事故的發生。因此，對客運車輛縱向行駛安全域的辨識技術的研究是保障高速行駛的客運車輛的行駛安全的核心問題。

1.2 研究目標及研究內容

本論文的研究目標是通過利用動力學在考慮到不同天氣條件（晴天、雨天、雪天、冰天）及路面條件（干燥、潮濕、積雪、結冰）確定不同行駛關系下的前后兩客運車輛的縱向行駛制動安全域。通過分析前后兩車不同的制動初速度和各自的制動減速度的關系，分為兩種情況五種狀態對客運車輛縱向行駛安全域的計算進行建模，建立客運車輛縱向行駛安全域的計算模型。

2 客運車輛縱向制動過程分析

2.1 制動過程分析

通常情況下認為，客運車輛的的緊急制動過程是指客運車輛以一定的制動減速度從初始車速逐漸減小為零的過程，而這個過程所經歷的時間成為制動時間。然而在實際過程中，當駕駛員接收到需要緊急制動的信號時，并沒有立即行動，而是需要經過一個時間段t1后才意識到需要進行緊急制動，并移動右腳，再經過t2時間后把腳從加速踏板向制動踏板移動。從駕駛人接收到需要進行緊急制動信息到駕駛人右腳移動到制動踏板所消耗的時間包括t0=t1+t2，t1稱為駕駛員反應時間。這段時間一般為0.3s -1.0s。在駕駛員右腳移動到制動踏板上之后，隨著駕駛員踩踏板的動作，踏板力逐漸增大至踏板力最大值，由于制動踏板存在自由行程，制動蹄是由回位彈簧拉著，蹄片與制動鼓間存在間隙，所以要經過t3的時間地面制動力才能夠起作用，使客運車輛開始產生減速度。時間段t4是制動器制動力增長過程所需要的時間。t0”=t3+t4總稱為制動器作用時間。制動器作用時間一方面取決于駕駛員踩制動踏板的速度，另外更重要的是受制動系統結構的影響。t0”一般在0.2s-0.9s的范圍之內。在制動力達到最大值到客運車輛停止的這段時間t5，制動減速度基本保持不變，保持制動減速度的最大值amax，這段時間t5稱為全制動時間。

由上述可知，客運車輛制動過程包括三個階段：駕駛員反應時間階段、制動系統協調時間階段和全制動時間階段。其中，駕駛員反應時間包括兩部分：從駕駛員接收到需要做出制動信號所做出反應的時間t1及駕駛員得右腳由加速踏板移動到制動踏板所花費的時間t2，即駕駛員反應時間t0=t1 +t2;制動系統協調時間是指制動系消除間隙所需時間t3和制動力由零開始上升至最大值所需的時間t4，即制動系統協調時間t0”=t3+t4;全制動時間是指客運車輛以最大制動減速度amax減速至客運車輛停止所花費的時間t5。

一般所指制動距離時開始踩著制動踏板到完全停車的距離。它包括制動器起作用和持續制動兩個階段中汽車所行駛過的距離s2和s3。

由上式可以看出，決定汽車制動距離的主要因素是：制動器其作用時間、最大制動減速度即附著力（或最大制動器制動力）以及起始制動車速。

2.2 不同天氣條件及不同路面條件對縱向安全域的影響分析

客運車輛在公路上高速行駛時，縱向行駛安全域的影響條件較多。對縱向行駛安全域的辨識不僅僅要考慮客運車輛行駛的安全性，還要考慮駕駛員的主觀意識和主觀感受對縱向行駛安全域的影響。

惡劣天氣如降雨天氣、降雪天氣、冰雹天氣、大霧天氣、路面結冰等天氣條件，會不同程度影響路面的摩擦系數以及駕駛員事視野和反應時間，從而容易導致客運車輛較為嚴重的惡性碰撞事故的發生。

公路上可能發生的惡劣天氣主要有暴雨、暴雪、大霧、強風、雷電、積雪、冰凍等[13]。

上述這些的惡劣自然天氣會導致道路環境與客運車輛運行環境的變化，例如道路積雪、積水等條件下，客運車輛的路面摩擦系數將會大幅度下降，易引發道路交通事故。不良路面條件會導致路面附著系數減小，從而使客運車輛的制動時間和制動距離難以確定。分析客運車輛制動安全距離值隨路況和車速變化的規律，并將其應用于客運車輛縱向行駛避撞系統，可減少由于路面條件所造成的交通事故和人身財產損失。

高速公路制動減速度根據路面類型、客運車輛輪胎類型、客運車輛輪胎粗糙度、客運車輛縱向行駛車速以及路面的潮濕情況而變化。當客運車輛滑動率保持在15%-20%之間時，地面附著系數處于最大值，即制動減速度可達最大值：amax=?g。

3 客運車輛縱向安全域方案構建

3.1 客運車輛行駛狀態信息的確定

本文以前后兩車的不同的行駛運動狀態為研究基礎。

（1）本車與前車的車速確定

通過客運車輛行駛狀態信息采集系統，確定本車與前車行駛車速。

（2）本車與前車制動減速度的確定

本車與前車的制動減速度可有間隔時間內車速的變化量來確定，即：

（3）前車行駛狀態的確定

前車的行駛狀態克分為四種狀況：靜止狀態、勻速行駛狀態、加速行駛狀態和減速行駛狀態。本篇文章僅對可能造成客運車輛縱向行駛是發生危險的行駛狀態進行討論分析，即前車進行勻速行駛和減速行駛時。由此可分為以下種情況進行分析：

（1）前車處于勻速行駛狀態，本車車速高于前車車速。

（2）前車處于減速行駛狀態，本車車速低于前車車速。

（3）前車處于減速行駛狀態，本車車速等于前車車速。

（4）前車處于減速行駛狀態，本車車速高于前車車速。

3.2 客運車輛可行縱向安全域方案構建

客運車輛在縱向行駛時的安全域的安全限制條件是客運車輛與前方客運車輛的行駛距離應當大于等于兩車在緊急制動時的臨界安全域。

根據《公路工程技術標準》（JT G/B01 - 2003）[14]和《公路路線設計規范》（JTG D20 - 2006）[15]的規定，駕駛員的反應時間取2.5s;制動踏板消除自由行程時間取0.05s;制動力上升時間取0.2s。兩車相對靜止時縱向安全域的臨界值一般取2到5米。

根據前車的運動狀態，本文將分為兩種情況四種狀態對客運車輛進行可行縱向安全域的方案構建。

（1）前車n進行勻速行駛，本車n+1的行駛車速高于前車n的行駛車速，并且兩車相對速度較小。前車速度不變，本車做減速運動，在本車減速的過程中，在時間達到某一時刻t4'時，本車車速vn+1與前車車速vn在數值上達到相等時，即兩車速相等。在此過程中，本車n+1處于制動力上升時期。未達到全制動狀態。

4 總結

本文通過分析考慮了不同天氣條件和不同路面條件等因素對于縱向行駛的客運車輛的影響，依照前車不同的運行狀態（勻速行駛或者勻減速行駛）對兩客運車輛縱向行駛進行了分為兩種情況五種狀態進行了縱向行駛安全域模型的建立。得到客運車輛縱向行駛安全域的計算模型如下：

參考文獻

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[5] JT G/B01-2003，公路工程技術標準[S].北京：人民交通出版社，2003.

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