關于濕滑路面車輛防滑預警的相關分析

陳鵬志 李新宇 呂家樂 賀旭天 孟鳳威

【摘? 要】車輛在行駛過程中會遇到多種路面情況，其中，濕滑路面會對行車安全性和穩定性造成嚴重影響，甚至引起交通事故。因此，應該加強對防滑預警裝置的合理設計，使車輛能夠保持良好的運行狀態，避免人員安全遭受威脅。部分駕駛員對濕滑路面條件下機動車的抗滑能力判斷不足，采用不當的車速行駛，容易引發追尾等交通事故。因此，論文對濕滑條件下路面的摩擦系數進行研究，建立相關分析模型，提出不同路面條件下機動車建議行駛車速，并設計預警裝置向機動車駕駛員進行預警。

【Abstract】Vehicles will encounter a variety of road conditions in the process of driving， among which， the wet and slippery road will have a serious impact on driving safety and stability， and even cause traffic accidents. Therefore， it is necessary to strengthen the reasonable design of anti-slip early warning device， so that the vehicles can maintain the good running state， so as to avoid threats to the safety of personnel. Some drivers have insufficient judgment on the vehicles' anti-slip ability under wet and slippery road condition， and use improper speed to drive， which will easily lead to traffic accidents such as rear-end collision. Therefore， this paper studies the friction coefficient of the road under wet and slippery condition， establishes the correlation analysis model， puts forward the recommended driving speed of motor vehicles under different road conditions， and designs an early warning device to warn the motor vehicle drivers.

【關鍵詞】濕滑路面;車輛;防滑預警

【Keywords】wet and slippery road; vehicles; anti-slip early warning

【中圖分類號】U492.8+4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）11-0193-02

1 引言

隨著汽車制造業的快速發展，我國汽車數量也在逐漸增多，為社會各行各業帶來了巨大的便捷。在特殊天氣情況下，車輛的行駛狀況會更加復雜，在設計中應該對該因素進行綜合分析，提高汽車整體性能。在我國北方地區，濕滑路面是一種常見的行車環境。輪胎和路面的附著系數會由于水膜的存在而降低，導致滑水現象的發生。研究濕滑路面條件下機動車的安全行駛車速，并設計預警裝置向駕駛員發布安全行駛車速信息，對提高濕滑路面條件下機動車的交通安全水平具有重要的現實意義。項目團隊通過研究濕滑路面條件下車輛安全行駛速度與路面摩擦系數間的關系，設計機動車路面防滑預警裝置，用于向機動車駕駛員發布安全行駛車速建議值，以降低追尾等交通事故的發生概率，提高道路交通安全水平。

2 濕滑條件下路面的摩擦系數

利用路面摩擦系數檢測裝置獲取實驗室模型的相關數據，在實驗成熟后進行實際路面的數據采集。分析不同路面材料在模擬冰雪天氣下的摩擦系數與載運工具不同行駛速度之間的關系，建立濕滑路面的摩擦系數實時檢測機制。根據上述機制，進行模擬實驗和數據的整合，分析在雨雪天氣下可能產生的不同情況，確定不同數據的影響程度大小并進行誤差分析，從而建立比較完善的路面摩擦系數與機動車安全行駛速度關系模型[1]。我國采用橫向力系數SFC60和構造深度TD作為抗滑性能的主要評價指標，橫向力系數與構造深度存在一定的相關性但相關性較弱。

3 輪胎臨界滑水速度研究

在濕滑路面當中行駛時，汽車輪胎與路面接觸，受到水膜的影響，在車速提高的情況下會導致動水壓強增大。此時，也會增大汽車輪胎的浮力，外垂直荷載存在于汽車輪胎當中，當前者大于后者時，汽車輪胎就會在動水壓強作用下而不再與路面接觸，這是導致滑水問題的主要因素，甚至引起車輛的嚴重失控。應用NASA滑水速度方程是研究滑水現象的常用方式，對于汽車輪胎滑水速度和胎壓之間的關系進行了分析。此外，汽車輪胎花紋情況和水膜的厚度值等，也會對滑水車速產生影響。國內學者對于滑水速度和路面粗糙性的關系進行了研究，此外，對于降落高度、雨滴大小和風力等因素也進行了綜合分析[2]。

完全上浮區、不完全接觸區和完全接觸區，是輪胎和路面的主要接觸區域。其中，在完全接觸區當中兩者之間沒有水存在，兩者的接觸效果較好。在不完全接觸區當中，既有水被擠走，又存在一定的水膜，因此，存在部分接觸的現象。在完全上浮區，水膜對車輛輪胎和路面進行了阻隔，二者處于分離狀態。

4 濕滑路面車輛防滑預警系統設計

4.1 目標要求

預測模塊、感知模塊和執行模塊等，是濕滑路面車輛防滑預警系統的主要構成，能夠實現對相關信息的實時獲取與分析，從而通過預警的方式提醒駕駛人員。各個模塊應該獨立設置，同時，增強各模塊的內在銜接性，增強防滑預警功能。對于臨界滑水車速的精確判斷，是保障防滑預警系統能夠高效運轉的關鍵，而在設計工作當中應該對輪胎的花紋、輪胎的寬度、車速和水膜的厚度等進行綜合分析，確保臨界滑水預測模型構建的合理性。提供準確的警示，同時，能夠使駕駛人員根據實際情況進行合理調整，防止對行車安全造成影響，這是防滑預警系統設計的基本目標[3]。此外，如果駕駛員未能采取有效反應措施，系統會完成自動接管，從而對車速加以控制，實現人機有效協同，車輛在濕滑路面中的控制效果增強。駕駛人員也可以對該系統進行開啟或者關閉操作，以保障系統應用的靈活性，滿足不同駕駛人員的個性化需求。在設計防滑預警裝置時，應該確保能夠對臨界滑水車速、實時車速加以預估和顯示，同時，在危險情況下及時發出警示信息。需要在系統設計中對安全情況進行設定，包括了非雨天、車速未超出安全范圍和駕駛員采取制動措施等[4]。

4.2 設計方法

在所有工作開展之前應當初步了解什么是機動車路面防滑預警裝置。收集好相關的資料，然后制定出一個相對合理的研究方案。關于這方面的內容，有過些許技術不同但目的相同的先例，通過參考以往有關研究進行適應性設計完善。研究方案的制定符合相應的技術和人員要求。以單片機為載體，對行駛路面的摩擦系數進行即時測算，并生成相應對策。例如，在行駛過程中，測量系統得到即時數據，程序計算得到建議行駛速度區間，并向駕駛員示警[5]。考慮到路面的摩擦系數可能受外界因素影響時，對于路面及車輪（接觸面）材料、路面濕度、路面平整度、載運工具自重和體積等問題，需加入幾種數據對應的傳感器來進行即時測算。預警裝置能夠具備即時反饋、正確預警的功能，在駕駛員對緊急情況無法及時作出反應之前發出預警。預警的方式可以包括：語音預警、車內指示燈閃爍等方式向駕駛員傳遞信號。對于實時行駛速度的獲取，則主要依靠系統當中的信息感知模塊完成[6]。為了能夠確保對相關氣象數據進行分析，還可以將智能手機與汽車實現互聯。對于數據的分析則借助預測模塊，確保臨界滑水車速預測的科學性與精確性。對于上述兩個模塊中的數據進行整合，能夠借助執行模塊對實際情況進行評估，在滿足相關要求和標準的基礎上采取相應的措施。

5 結語

通過對濕滑路面條件下路面的摩擦系數進行實時檢測，分析并構建路面摩擦系數與車輛安全行駛速度關系的模型，在不同濕滑路面條件下提出機動車安全行駛車速。設計預警裝置，向駕駛員發布相關預警信息，用以指導駕駛員在該種特殊路況下的安全駕駛。

【參考文獻】

【1】黎春林，樂金朝，馬旭陽.GripTester摩擦系數儀應用研究[J].河南科學，2003（01）：73-77.

【2】苗英豪，曹東偉，任慧，等.基于動態摩擦系數測試儀的路面抗滑性能評價方法改進[J].公路，2010（04）：1-5.

【3】趙雪濤.公路路面摩擦系數檢測與評價方法研究[J].交通世界，2019（23）：56-58.

【4】欒建澤，劉祥，柳青秀，等.冰雪路面轉彎路段安全車速預警技術研究[J].科技經濟導刊，2015（25）：123-124+111.

【5】Yuchi Feng，Hong Chen，Haiyan Zhao，et al.Road tire friction coefficient estimation for four wheel drive electric vehicle based on moving optimal estimation strategy[J].Mechanical Systems and Signal Processing，2020（139）：1-23.

【6】Lynn B. Meuleners，Michelle L. Fraser，Paul Roberts.Impact of the Rural Intersection Active Warning System （RIAWS） on driver speed： A driving simulator study[J].Accident Analysis and Prevention，2020（139）：1-6.