趙彬　施雯　劉艷娟

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，公路基礎(chǔ)設(shè)施也得以逐步完善，中國(guó)公路運(yùn)輸業(yè)高速發(fā)展。客運(yùn)車輛的行駛安全成為當(dāng)下汽車領(lǐng)域研究的又一新的熱點(diǎn)和難點(diǎn)?？瓦\(yùn)車輛縱向避撞預(yù)警系統(tǒng)是客運(yùn)車輛主動(dòng)安全輔助系統(tǒng)中較為重要的組成部分，其可以及時(shí)辨別客運(yùn)車輛行駛狀態(tài)，計(jì)算與前方行駛客運(yùn)車輛的安全距離，并及時(shí)對(duì)客運(yùn)車輛駕駛員進(jìn)行預(yù)警。從而達(dá)到減少客運(yùn)車輛發(fā)生事故的概率。文章圍繞客運(yùn)車輛縱向避撞系統(tǒng)相關(guān)研究，對(duì)客運(yùn)車輛縱向行駛安全域進(jìn)行建模分析，通過(guò)分析比較前后車的不同行駛狀態(tài)及不同的天氣條件和路面條件，進(jìn)行不同的縱向安全域模型計(jì)算，得到不同狀態(tài)下的客運(yùn)車輛縱向行駛的安全域。關(guān)鍵詞： 客運(yùn)車輛;安全域;制動(dòng)分析中圖分類號(hào)：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：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(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提基礎(chǔ)下，公路基礎(chǔ)設(shè)施也得以逐步完善，中國(guó)公路運(yùn)輸業(yè)高速發(fā)展。然而與此同時(shí)，公路交通的高速發(fā)展以和我國(guó)汽車保有量的迅速增加，客運(yùn)車輛的數(shù)量的迅速增長(zhǎng)所引發(fā)的道路交通安全問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)峻。

客運(yùn)車輛高速行駛及較多的載客人數(shù)導(dǎo)致一旦客運(yùn)車輛發(fā)生交通事故，必將造成重大的人員財(cái)產(chǎn)損失?？瓦\(yùn)車輛的高速或者超速行駛會(huì)導(dǎo)致客運(yùn)車輛縱向行駛的行車間距不足，從而引發(fā)道路交通事故的發(fā)生。因此，對(duì)客運(yùn)車輛縱向行駛安全域的辨識(shí)技術(shù)的研究是保障高速行駛的客運(yùn)車輛的行駛安全的核心問(wèn)題。

1.2 研究目標(biāo)及研究?jī)?nèi)容

本論文的研究目標(biāo)是通過(guò)利用動(dòng)力學(xué)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(jié)冰）確定不同行駛關(guān)系下的前后兩客運(yùn)車輛的縱向行駛制動(dòng)安全域。通過(guò)分析前后兩車不同的制動(dòng)初速度和各自的制動(dòng)減速度的關(guān)系，分為兩種情況五種狀態(tài)對(duì)客運(yùn)車輛縱向行駛安全域的計(jì)算進(jìn)行建模，建立客運(yùn)車輛縱向行駛安全域的計(jì)算模型。

2 客運(yùn)車輛縱向制動(dòng)過(guò)程分析

2.1 制動(dòng)過(guò)程分析

通常情況下認(rèn)為，客運(yùn)車輛的的緊急制動(dòng)過(guò)程是指客運(yùn)車輛以一定的制動(dòng)減速度從初始車速逐漸減小為零的過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間成為制動(dòng)時(shí)間。然而在實(shí)際過(guò)程中，當(dāng)駕駛員接收到需要緊急制動(dòng)的信號(hào)時(shí)，并沒(méi)有立即行動(dòng)，而是需要經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間段t1后才意識(shí)到需要進(jìn)行緊急制動(dòng)，并移動(dòng)右腳，再經(jīng)過(guò)t2時(shí)間后把腳從加速踏板向制動(dòng)踏板移動(dòng)。從駕駛?cè)私邮盏叫枰M(jìn)行緊急制動(dòng)信息到駕駛?cè)擞夷_移動(dòng)到制動(dòng)踏板所消耗的時(shí)間包括t0=t1+t2，t1稱為駕駛員反應(yīng)時(shí)間。這段時(shí)間一般為0.3s -1.0s。在駕駛員右腳移動(dòng)到制動(dòng)踏板上之后，隨著駕駛員踩踏板的動(dòng)作，踏板力逐漸增大至踏板力最大值，由于制動(dòng)踏板存在自由行程，制動(dòng)蹄是由回位彈簧拉著，蹄片與制動(dòng)鼓間存在間隙，所以要經(jīng)過(guò)t3的時(shí)間地面制動(dòng)力才能夠起作用，使客運(yùn)車輛開始產(chǎn)生減速度。時(shí)間段t4是制動(dòng)器制動(dòng)力增長(zhǎng)過(guò)程所需要的時(shí)間。t0”=t3+t4總稱為制動(dòng)器作用時(shí)間。制動(dòng)器作用時(shí)間一方面取決于駕駛員踩制動(dòng)踏板的速度，另外更重要的是受制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。t0”一般在0.2s-0.9s的范圍之內(nèi)。在制動(dòng)力達(dá)到最大值到客運(yùn)車輛停止的這段時(shí)間t5，制動(dòng)減速度基本保持不變，保持制動(dòng)減速度的最大值amax，這段時(shí)間t5稱為全制動(dòng)時(shí)間。

由上述可知，客運(yùn)車輛制動(dòng)過(guò)程包括三個(gè)階段：駕駛員反應(yīng)時(shí)間階段、制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)時(shí)間階段和全制動(dòng)時(shí)間階段。其中，駕駛員反應(yīng)時(shí)間包括兩部分：從駕駛員接收到需要做出制動(dòng)信號(hào)所做出反應(yīng)的時(shí)間t1及駕駛員得右腳由加速踏板移動(dòng)到制動(dòng)踏板所花費(fèi)的時(shí)間t2，即駕駛員反應(yīng)時(shí)間t0=t1 +t2;制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)時(shí)間是指制動(dòng)系消除間隙所需時(shí)間t3和制動(dòng)力由零開始上升至最大值所需的時(shí)間t4，即制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)時(shí)間t0”=t3+t4;全制動(dòng)時(shí)間是指客運(yùn)車輛以最大制動(dòng)減速度amax減速至客運(yùn)車輛停止所花費(fèi)的時(shí)間t5。

一般所指制動(dòng)距離時(shí)開始踩著制動(dòng)踏板到完全停車的距離。它包括制動(dòng)器起作用和持續(xù)制動(dòng)兩個(gè)階段中汽車所行駛過(guò)的距離s2和s3。

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

2.2 不同天氣條件及不同路面條件對(duì)縱向安全域的影響分析

客運(yùn)車輛在公路上高速行駛時(shí)，縱向行駛安全域的影響條件較多。對(duì)縱向行駛安全域的辨識(shí)不僅僅要考慮客運(yùn)車輛行駛的安全性，還要考慮駕駛員的主觀意識(shí)和主觀感受對(duì)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(jié)冰等天氣條件，會(huì)不同程度影響路面的摩擦系數(shù)以及駕駛員事視野和反應(yīng)時(shí)間，從而容易導(dǎo)致客運(yùn)車輛較為嚴(yán)重的惡性碰撞事故的發(fā)生。

公路上可能發(fā)生的惡劣天氣主要有暴雨、暴雪、大霧、強(qiáng)風(fēng)、雷電、積雪、冰凍等[13]。

上述這些的惡劣自然天氣會(huì)導(dǎo)致道路環(huán)境與客運(yùn)車輛運(yùn)行環(huán)境的變化，例如道路積雪、積水等條件下，客運(yùn)車輛的路面摩擦系數(shù)將會(huì)大幅度下降，易引發(fā)道路交通事故。不良路面條件會(huì)導(dǎo)致路面附著系數(shù)減小，從而使客運(yùn)車輛的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離難以確定。分析客運(yùn)車輛制動(dòng)安全距離值隨路況和車速變化的規(guī)律，并將其應(yīng)用于客運(yùn)車輛縱向行駛避撞系統(tǒng)，可減少由于路面條件所造成的交通事故和人身財(cái)產(chǎn)損失。

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

3 客運(yùn)車輛縱向安全域方案構(gòu)建

3.1 客運(yùn)車輛行駛狀態(tài)信息的確定

本文以前后兩車的不同的行駛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為研究基礎(chǔ)。

（1）本車與前車的車速確定

通過(guò)客運(yùn)車輛行駛狀態(tài)信息采集系統(tǒng)，確定本車與前車行駛車速。

（2）本車與前車制動(dòng)減速度的確定

本車與前車的制動(dòng)減速度可有間隔時(shí)間內(nèi)車速的變化量來(lái)確定，即：

（3）前車行駛狀態(tài)的確定

前車的行駛狀態(tài)克分為四種狀況：靜止?fàn)顟B(tài)、勻速行駛狀態(tài)、加速行駛狀態(tài)和減速行駛狀態(tài)。本篇文章僅對(duì)可能造成客運(yùn)車輛縱向行駛是發(fā)生危險(xiǎn)的行駛狀態(tài)進(jìn)行討論分析，即前車進(jìn)行勻速行駛和減速行駛時(shí)。由此可分為以下種情況進(jìn)行分析：

（1）前車處于勻速行駛狀態(tài)，本車車速高于前車車速。

（2）前車處于減速行駛狀態(tài)，本車車速低于前車車速。

（3）前車處于減速行駛狀態(tài)，本車車速等于前車車速。

（4）前車處于減速行駛狀態(tài)，本車車速高于前車車速。

3.2 客運(yùn)車輛可行縱向安全域方案構(gòu)建

客運(yùn)車輛在縱向行駛時(shí)的安全域的安全限制條件是客運(yùn)車輛與前方客運(yùn)車輛的行駛距離應(yīng)當(dāng)大于等于兩車在緊急制動(dòng)時(shí)的臨界安全域。

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JT G/B01 - 2003）[14]和《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20 - 2006）[15]的規(guī)定，駕駛員的反應(yīng)時(shí)間取2.5s;制動(dòng)踏板消除自由行程時(shí)間取0.05s;制動(dòng)力上升時(shí)間取0.2s。兩車相對(duì)靜止時(shí)縱向安全域的臨界值一般取2到5米。

根據(jù)前車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，本文將分為兩種情況四種狀態(tài)對(duì)客運(yùn)車輛進(jìn)行可行縱向安全域的方案構(gòu)建。

（1）前車n進(jìn)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(duì)速度較小。前車速度不變，本車做減速運(yùn)動(dòng)，在本車減速的過(guò)程中，在時(shí)間達(dá)到某一時(shí)刻t4'時(shí)，本車車速vn+1與前車車速vn在數(shù)值上達(dá)到相等時(shí)，即兩車速相等。在此過(guò)程中，本車n+1處于制動(dòng)力上升時(shí)期。未達(dá)到全制動(dòng)狀態(tài)。

4 總結(jié)

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

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