杜志剛鄭展驥 王自入

（武漢理工大學(xué)交通學(xué)院1） 武漢 430063） （武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心2） 武漢 430063）

設(shè)置振動(dòng)減速帶是減少公路超速的最常見也是最為有效的方法之一.目前，減速帶一般有如下幾種形式：常見普通橡膠減速帶、道釘減速帶、熱塑振動(dòng)減速帶、路面凹形槽減速帶以及最新出現(xiàn)的三維視覺減速帶.

普通的減速帶能使車輛減速到預(yù)先設(shè)定的速度，有較好的強(qiáng)制性，但是車輛經(jīng)過時(shí)振動(dòng)程度隨車速的增加而迅速增大，嚴(yán)重影響駕駛員的舒適性，并且大型車輛經(jīng)過時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲對周邊建筑和居民也有一定的干擾.因此需要采取措施，在達(dá)到前進(jìn)方向減速效果的同時(shí)，減少豎向振動(dòng)的不舒適性，并減少噪聲.三維視覺減速帶是利用錯(cuò)視覺使駕駛員誤認(rèn)為它是個(gè)立體實(shí)物障礙（實(shí)際上是由特殊材料涂設(shè)在路面上的各種平面圖形），因而沒有普通減速帶的缺點(diǎn)，但是當(dāng)駕駛員熟悉后就會按照自己的駕駛習(xí)慣去行駛，不受三維視覺減速帶的影響，也導(dǎo)致其減速效果迅速降低.

目前已應(yīng)用的各種減速帶各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此很有必要將振動(dòng)減速帶與錯(cuò)視覺減速帶的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，以達(dá)到主動(dòng)控速與被動(dòng)控速相結(jié)合，發(fā)揮減速設(shè)施的最大功效.

1 常規(guī)減速帶的比選

常見減速帶的截面形式有圓弧形和拋物線與圓弧相切形，見圖1、圖2.

圖1 圓弧形減速帶

圖2 拋物線－圓弧形減速帶

振動(dòng)減速帶設(shè)計(jì)原理是：當(dāng)車輛駛?cè)霚p速帶時(shí)，會產(chǎn)生一定的振動(dòng)，使駕駛員能夠自覺的降低車速，達(dá)到減速的目的.同時(shí)，車輛駛離減速帶時(shí)，能給車輛一定的緩沖，減少產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音，因此在原有的減速帶截面形式下選擇一個(gè)振動(dòng)最小的截面形式.

減速帶橫截面高寬比宜控制在0.06～0.1之間［1］.減速帶的寬度與控制車速成正比，高度與控制車速成反比，在低速范圍內(nèi)（小于40km／h），車輛通過寬度較?。ㄐ∮?00 mm）的減速帶時(shí)，其平順性較差.同時(shí)考慮一般減速帶的尺寸，因此為了保證在較低速度（小于40km／h）下的平順性，選擇減速帶的寬度為600mm，高度為50mm［2］.

1.1 對拋物線和圓弧相切減速帶截面形式進(jìn)行建模

設(shè)拋物線與圓弧相切于點(diǎn)（x0，y0），車輪半徑為R，減速帶寬度為D＝2l，高度為h，取圓弧半徑為r，則有如下方程組

對汽車勻速通過減速帶時(shí)輪軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析.輪軸的運(yùn)動(dòng)軌跡分為3段，中間一段為一段圓弧，2邊均為拋物線，設(shè)右邊拋物線為：（x－l）2＝2py.

已知過點(diǎn)（x1，y1），且有

通過上述關(guān)系可求解拋物線的軌跡方程

因此可得汽車通過整個(gè)減速帶時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為

將其求對t的二階導(dǎo)數(shù)，可得對應(yīng)上述3段時(shí)間的輪軸加速度

1.2 對截面形式為圓弧形的減速帶進(jìn)行建模

當(dāng)輪胎從圓弧上面滾過時(shí)，輪軸的運(yùn)動(dòng)軌跡為——以圓弧的圓心為圓心，以r1＋R 為半徑的圓弧，軌跡方程為 x2＋（y＋r－h(huán)）＝（r1＋R）2.

參數(shù)方程為

式中：

將參數(shù)方程對t求其二階導(dǎo)數(shù)可得輪軸的加速度

1.3 用MATLAB畫出速度函數(shù)圖象并分析

取R＝32cm，r1＝55cm，l＝30cm，v＝40 km／h＝1111cm／s，代入方程組（5）、（7）計(jì)算并用MATLAB繪出圖3和圖4.

圖3 圓弧形時(shí)汽車通過時(shí)的豎直方向加速度

圖4 拋物線與圓弧相切形式汽車通過時(shí)的豎直方向加速度

駕駛員對豎向加速度比前進(jìn)方向更為敏感，因此選取豎向加速度為研究對象，分析評價(jià)駕駛舒適性［3］.豎直方向的加速度a變化過大，駕駛員會感覺不舒服，且容易造成車禍，對道路的損壞也比較大.通過圖3和圖4比較，可以看出2個(gè)模型中的加速度變化范圍：圓弧模型a＝－1.5－（－2.6）＝1.1cm／s2大于相切拋物線模型a＝－1.5－（－1.75）＝0.25cm／s2，故選擇拋物線和圓弧相切的截面形狀.

綜上所述，減速帶截面形式為拋物線和圓弧相切的形式能夠使車輛通過時(shí)有較好的舒適性，且寬度為600mm，高度為50mm 的尺寸形式符合在車輛在較低速度下通過時(shí)有較好的平順性，在較高速度下有較大的振動(dòng)的條件范圍.

2 減速帶的色彩設(shè)計(jì)

常規(guī)減速帶的設(shè)計(jì)顏色為黃黑相間，這種顏色設(shè)計(jì)在白天和晚上都能有較好的視覺效果，車輛在較遠(yuǎn)的距離就能看見減速帶的存在.這是由于黃色的明度大且對比度比較強(qiáng)，將黃和黑兩者放在一起形成鮮明的對比，使得黃色更加亮，發(fā)生色膨脹.王超等人的研究表明，駕駛員坐在車?yán)锬馨l(fā)現(xiàn)前方50 m 的障礙物，駕駛員發(fā)現(xiàn)駝峰式減速帶后對車輛速度的影響在減速帶前30m 左右的范圍，駕駛員在發(fā)現(xiàn)減速帶后并沒有立即減速，而是到減速帶30m 左右才開始減速，特別是通過最后10m 的距離時(shí)速度的變化值最大［4］.

因此將色彩錯(cuò)覺用于減速帶上，駕駛員需至少能在50m 外發(fā)現(xiàn)彩色減速帶；同時(shí)，可以借鑒黃黑搭配和色膨脹原理，使駕駛員產(chǎn)生錯(cuò)覺——減速帶比實(shí)際要高或是通過時(shí)振動(dòng)更強(qiáng)烈，以達(dá)到減速效果.綜合考慮，運(yùn)用黃，藍(lán)，黑（按顏色的面積大小排列）3種顏色，下面具體分析不同顏色的作用與效果［5－6］.

運(yùn)用黃色，可以產(chǎn)生2方面的效果：（1）“縮短”減速帶和駕駛員的距離.從心理學(xué)角度來講，黃色是前進(jìn)色.兩個(gè)同樣距離的黃色和黑色物體，其中黃色的能使人覺得它距離人更近一些；（2）“增大”減速帶三維尺寸.黃色屬于暖色，看上去生動(dòng)突出.因此，減速帶表面涂成黃色可以增加它的空間立體感，從視覺角度感覺比實(shí)際要大.

藍(lán)色在減速帶上的應(yīng)用，是考慮到系統(tǒng)決定物體相對高度時(shí)，陰影能夠起到重要作用，同時(shí)藍(lán)色作為冷色系，為后退色，與黃色對比可以產(chǎn)生一種立體效果，使曲線形的減速帶產(chǎn)生一種立方體的感覺.

黑色是為了起襯托作用，能使黃色和藍(lán)色更為突出.

綜上所述，經(jīng)過多次色彩搭配比選之后，最終確定如圖5的配色方案，圖6為彩色減速帶條紋圖尺寸說明.

圖5 最終配色方案

圖6 彩色減速帶條紋圖及尺寸說明

減速帶的一個(gè)單元體的長度為60cm.根據(jù)色膨脹原理，黃色在黑色的包圍下會顯出膨脹，且黑色要有足夠的面積與黃色對比，黃色才能有較強(qiáng)的亮度.因此，黃色的面積要大與黑色的面積.

黑線可作為紋理，起防滑的作用，同時(shí)也為了體現(xiàn)出圖形的立體感——黃色部分為一個(gè)類似凸起的球體形狀，下半部分可以起到這樣的效果：（1）從圖7a）角度看，如同貼在地面上；（2）從圖7b）角度看，如同直立的版塊，使駕駛員產(chǎn)生錯(cuò)覺——整個(gè)減速帶就像是一塊凸起的磚頭，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的凹凸感.

圖7 彩色減速帶俯視圖

為了使彩色減速帶在夜晚?xiàng)l件下也能有較好的可見性，黑色部分可用高強(qiáng)反光材料，使黑色部分在白天有光時(shí)為黑色，在夜晚時(shí)為白色，在較遠(yuǎn)距離也能看到有障礙物的存在.這樣就可以盡可能的節(jié)省特殊材料的面積，使造價(jià)更加經(jīng)濟(jì).

3 實(shí)驗(yàn)及分析

本實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)模型用3DStudio Max軟件建立.設(shè)置駕駛員視高為1.2m，視角為100°.

3.1 實(shí)驗(yàn)一，測試駕駛員在50m 的距離處能否清晰的觀察到彩色減速帶

實(shí)驗(yàn)方法是將鏡頭（人眼）推移到距離減速帶50m 處靜止觀察.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：同樣距離下，彩色減速帶和常見的黃黑相間的減速帶的可見度相差不大.同時(shí)，彩色減速帶還能使駕駛員感覺距離減速帶更近.

3.2 實(shí)驗(yàn)二，研究不同人員對彩色減速帶的描述和心理感覺

具體方法是將鏡頭推移至減速帶20m 處靜止，并做問卷進(jìn)行調(diào)查.問卷可以借鑒景觀評價(jià)中的SD法［7］，即列舉幾個(gè)涉及到減速帶的形容詞，讓被訪者打分，先讓被訪者觀察常規(guī)減速帶打分，再觀察彩色減速帶打分.比較出他們對不同減速帶的心理感覺.受訪者分為4組，分別為有駕駛經(jīng)歷的男，有駕駛經(jīng)歷的女，無駕駛經(jīng)歷的男，無駕駛經(jīng)歷的女，每組5個(gè)人，要求視力良好（矯正后視力＞5.0），且均無色弱.實(shí)驗(yàn)前被試均未被告知實(shí)驗(yàn)?zāi)康?經(jīng)過問卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)分析得出圖8所示的曲線圖.

圖8 SD 法數(shù)據(jù)折線圖

通過對三維視覺減速的作用機(jī)理和上述幾組形容詞的因子分析可知，要使減速帶的視覺減速效果最好，必須使駕駛員從遠(yuǎn)處感受到不安全感，立體感強(qiáng)烈，舒適感和平穩(wěn)感差，并且在遠(yuǎn)距離彩色減速帶與普通的黃黑減速帶的可見性相差不大，即色彩鮮明感，清晰度基本一致.由上折線圖可知，彩色減速帶的“安全感”要比普通減速帶的低0.75分，“立體感”比普通減速帶高1.35分，駕駛員預(yù)期的舒適感要比普通減速帶低0.55分，預(yù)期的平穩(wěn)感要低1.8分，而色彩鮮明感，清晰度則基本一致，相差不大.

由上述分析可知，彩色減速帶能給人強(qiáng)烈的立體感和不安全感，從而迫使駕駛員在20 m 的范圍內(nèi)減速，從而避免了在最后10 m 車輛速度值有較大的變化.

4 結(jié)束語

彩色減速帶的作用機(jī)理是——早發(fā)現(xiàn)，駕駛員能在與發(fā)現(xiàn)常規(guī)減速帶的同樣距離處發(fā)現(xiàn)彩色減速帶；早減速，通過使用色彩搭配使彩色減速帶具有強(qiáng)烈錯(cuò)視覺效果，讓駕駛員在20 m 的距離處提早減速；時(shí)效性好，通過建模分析和研究表明，該彩色減速帶的尺寸能使駕駛員在受錯(cuò)視覺刺激后主動(dòng)減速通過該裝置時(shí)減少車輛的振動(dòng)，有較好的舒適性，而沒有主動(dòng)減速駕駛員則會產(chǎn)生較大的振動(dòng)，從而迫使車輛達(dá)到減速效果.

同三維視覺減速帶相比，彩色橡膠減速帶具主動(dòng)與被動(dòng)相結(jié)合，視覺與振動(dòng)知覺相結(jié)合，使設(shè)施達(dá)到最大功效的優(yōu)點(diǎn).另外，由于普通三維減速帶沒有反光效果，夜間或照明情況不良時(shí)，難以引起駕駛員注意，從而容易引發(fā)交通意外.而彩色減速帶利用了錯(cuò)視覺原理，但是沒有完全放棄它本身的高度，因此在夜間或照明情況不良好時(shí)也能正常使用.

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