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(天津渤海職業(yè)技術(shù)學院，天津 300402)

圖1 車輪運動分析模型

一、引言

隨著我國國民經(jīng)濟快速穩(wěn)定增長和居民收入水平的持續(xù)提高，推動了對汽車消費的需求。據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心的預測，到2015年，我國汽車擁有量將超過1億輛，我國同時將成為世界最大的汽車生產(chǎn)國。伴隨汽車社會來臨，道路交通事故已經(jīng)成為中國公共交通領(lǐng)域面臨的嚴重問題。本文將就在高速公路上行駛的汽車前風擋玻璃受異物沖擊造成的危害進行分析，并提出預防措施。

二、模型建立與理論分析

1.模型建立

以高速行駛轎車的后車輪為研究對象，建立其分析模型，如圖1所示。假設(shè)該模型上A點處有一異物，在離心力作用下沿輪外緣切線方向被甩出，其速度為該異物相對輪心的相對速度VAO，速度大小與汽車行駛速度相同，輪外緣上A點的絕對速度為該點牽連速度與相對速度的矢量和VA。

2.模型尺寸

按照ISO國際標準，轎車輪胎編號表示為：(斷面寬度)/(扁平率)(輪胎結(jié)構(gòu)標記號)(適用輪胎直徑)。

編號185/60R14的輪胎，意義如下：185表示輪胎斷面寬度為185毫米；60表示為扁平率的百分數(shù)，即輪胎斷面的高度比寬度為60%；R表示子午線輪胎；14表示使用輪轂直徑為14英寸。

輪胎外徑=輪轂的直徑(英寸)×2.54+斷面寬度×扁平率×2。

DO=do×2.54+B×i×2=14×2.54+18.5×0.6×2=64.872cm。

3.運動分析

為便于理論分析，輪胎外徑尺寸取600mm，半徑RO=0.3m。分別取汽車行駛速度為VO=80km/h=22.22m/s，VO=120km/h=33.33m/s，VO=160km/h=44.44m/s進行分析。

假定考察瞬間輪胎在地面做純滾動，當VO=80km/h=22.22m/s時，

忽略空氣阻力影響，可按以下公式計算出不同α角時異物在各時刻空中的位置。表1 為α=15°時，異物隨時間變化的位置和速度值，圖2—5是異物在不同點處被甩出的空中運行軌跡所示。

表1 α=15°時，異物隨時間的位置和速度值

圖2 α=10°時異物在不同甩出速度時的運行軌跡

圖3 α=15°時異物在不同甩出速度時的運行軌跡

圖4 α=30°時異物在不同甩出速度時的運行軌跡

圖5 α=45°時異物在不同甩出速度時的運行軌跡

圖6 異物與汽車前風窗玻璃正面碰撞

4.碰撞分析

假定被汽車輪胎甩出的異物沿水平方向速度為VAo=120km/h，與跟在后面的以V=100km/h速度行駛的汽車前風擋玻璃發(fā)生正面碰撞，碰撞后異物與汽車保持相同速度，異物質(zhì)量為20 g。如圖6所示。

換算后，異物速度VAo=33.33m/s，后方被撞汽車速度V=27.78m/s，工程分析可假定后方被撞汽車處于靜止狀態(tài)，異物以VAo=61.11m/s的速度沖擊后方汽車擋風玻璃，碰撞后速度為零。

目前，安裝在汽車上的前風擋玻璃以夾層鋼化玻璃和夾層區(qū)域鋼化玻璃為主，應(yīng)滿足GB/T5137-2002《汽車安全玻璃試驗方法》的抗沖擊性試驗和抗穿透性試驗。

抗沖擊性試驗：采用質(zhì)量為227g±2g,直徑約為38mm的淬火鋼球，按表2要求進行試驗

表2 抗沖擊性試驗

公稱厚度,e落球高度,m-20℃40℃碎片質(zhì)量,g≤e≤4.58.59124.56.5101225

抗穿透性試驗：采用質(zhì)量為2260g,直徑約為82mm的淬火鋼球，按表3要求進行試驗。

表3 抗穿透性試驗

對6mm厚符合國家安全標準的A類夾層玻璃：

三、結(jié)果和討論

通過對表1和圖2—5進行分析可知，忽略空氣阻力，α角不超過15°，汽車以高速公路允許最高時速120Km/h行駛時，異物被甩出至落地時間約為1.7s，水平距離約為56m。如果計入空氣阻力影響，則落地時間和水平距離為將有所減小。因此，在高速上兩輛以允許最高時速120Km/h行駛時的汽車，前車輪胎甩出的異物α角不超過15°時，對相距60m的后車不會帶來危險。因此，為使α角不超過15°，在汽車車輪后應(yīng)安裝尺寸合適的擋泥板。圖7給出了在汽車后輪處安裝擋泥板對異物的攔擋效果。

圖7 安裝擋泥板攔擋異物效果

1.對汽車后輪處安裝擋泥板的統(tǒng)計

目前，國內(nèi)交通參與者對汽車安裝擋泥板的作用認識不夠，2013年9月19—21日，筆者對在津薊高速和津京塘高速行駛的轎車和在天津市內(nèi)及周邊區(qū)縣范圍行駛的公交和旅行轎車進行隨機統(tǒng)計。后輪處安裝擋泥板的統(tǒng)計結(jié)果如下：

種類統(tǒng)計總數(shù)安裝擋泥板車數(shù)安裝擋泥板車數(shù)/總數(shù);100%小轎車5000158232%小卡車2000188694%大卡車100086586.5%公交和旅行轎車100099699.6%

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，公交和旅行轎車、大小卡車大部分按裝了擋泥板，小轎車有安全意識加裝擋泥板的比例較低。

2.異物沖擊危害分析

安裝在汽車上的前風擋玻璃出廠前應(yīng)滿足GB/T5137-2002《汽車安全玻璃試驗方法》的抗沖擊性試驗和抗穿透性試驗。通過對以上理論計算結(jié)果進行比較可知，質(zhì)量不大的異物對在安全距離內(nèi)不超速行駛的汽車不會造成嚴重危害。

危險情況往往發(fā)生在以下幾種情形：一是汽車未安裝尺寸合格的擋泥板；二是汽車違章在應(yīng)急車道超車，而應(yīng)急車道存在石子等異物并被帶起甩出的幾率更大；三是不按安全超車距離超車。如果以上三種情形同時存在，則對后車的危害更大，一旦前車有異物甩出，輕則后車前風窗玻璃受損，造成經(jīng)濟損失；重則造成汽車駕駛員緊張，汽車失控，引起重大交通事故。

四、結(jié)論

綜合以上分析可知，目前我國交通參與者對在高速行駛時受異物沖擊危害認識不足，為避免和降低因異物沖擊造成的危害，建議交通管理部門和交通參與者采取以下預防措施：

第一是交通行政管理部門加大遵守交通法規(guī)的宣傳力度，對違章車輛進行嚴厲處罰。第二是車輛出廠和售出時要根據(jù)其型號強制安裝符合該車型標準的擋泥板，對未安裝擋泥板的車輛在交通法規(guī)中應(yīng)列出相應(yīng)的處罰標準。第三是廣大交通參與者應(yīng)嚴格按照交通法規(guī)安全駕駛。

參考文獻：

[1]趙凱華,羅蔚茵.力學[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]吳玉亮.工程力學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.