道路減速帶形狀優(yōu)化設計

文啟潤 陳志望 周婷 彭皓若 向軻 孟燃 李媛媛

（江漢大學 人工智能學院，湖北 武漢 430056）

一、減速帶的減速原理

減速帶是通過影響駕駛?cè)说鸟{駛心理實現(xiàn)減速的。當車輛以較高車速通過減速帶時，劇烈的振動會從輪胎經(jīng)由車身及座椅傳遞給駕駛?cè)?，垂直曲線可以產(chǎn)生一個垂直方向的加速度，產(chǎn)生強烈的生理刺激(包括振動刺激和視覺刺激)以及心理刺激。生理刺激促使駕駛?cè)水a(chǎn)生強烈的不舒服感，而心理刺激則加深了駕駛?cè)说牟话踩蓱]，進一步降低了駕駛?cè)藢Φ缆翻h(huán)境的安全感。通常情況下，駕駛?cè)苏J為不舒適度越大，車輛行駛安全性越小，即安全感越小。因此，減速帶的設置會降低駕駛?cè)诵熊嚢踩泻统俗孢m性的期望值，促使駕駛?cè)诉x擇較低的期望車速。在期望車速指導下，駕駛?cè)藢⒅鲃玉{駛車輛以較低的行車速度接近并通過減速帶。

二、理想減速帶的特性

設置減速帶的目的是限制車輛的行駛速度，將車速降低至期望的范圍以內(nèi)。因此在車輛行駛速度較低時，通過減速帶時對乘座舒適性不應產(chǎn)生較大的影響；在行駛速度較高時通過減速帶應降低乘座舒適性。但是必須保證無論在任何情況下不會發(fā)生車輛失控，零部件不發(fā)生斷裂等危險情況，具有行駛安全性和結(jié)構(gòu)安全性。

圖1 為理想減速帶的速度特性，隨著車速增加行駛安全性略有降低，但車輛平順性并沒有太大的變化，在這個速度段乘車舒適性和安全性均處于一個較高的水平；當車速高于道路限速的一定范圍內(nèi)V1～V2 時，乘車平順性和行駛安全性均快速降低，給人的生理和心理產(chǎn)生不舒服感和強烈的刺激，迫使其降低行車速度；當車速高于一定速度V2 時，行駛平順性和乘車安全性均維持在一個穩(wěn)定的較低水平，不再隨車速的增加而惡化，以保證車輛和乘客的安全性。

圖2 為理想減速速帶時車輛行駛速度與車身振動強度之間的關系。在車輛速度低于道路限速V1 時，車身振動強度維持在較低水平，當車速高于道路限速的一定范圍內(nèi)V1～V2 之間，隨車速增加減速帶對車身的振動強度增大，但最終的振動強度應保持在安全強度之內(nèi)，避免對車輛產(chǎn)生破壞，發(fā)生事故。

三、中國傳統(tǒng)減速帶及其問題

目前，國內(nèi)常用的三種道路減帶為駝峰式橡膠減速帶、熱塑震動標線減速帶和道路釘減速帶。其中減速效果最好的為駝峰式橡膠減速帶，也是運用最為廣泛的道路減速帶。這類減速帶普遍存在著一些缺陷，車輛無論行駛在高速或低速狀態(tài)通過減速帶時都會產(chǎn)生劇烈的振動，影響乘座舒適性，這就失去了設置減速帶控制車速的意義，導致架駛?cè)藛T無視減速帶的存在，仍以高速通過。在坡度為6%的直長下坡上設置6 組減速帶，車輛分別以：50～60km/h，60～70 km/h，70～80 km/h，80～90 km/h 和＞90 km/h 的速度行駛考察過減速帶的效果，試驗結(jié)果表明，雖然車輛駛出減速帶的速度有了明顯降低，但是速度較高時減速效果并不十分理想，沒有一個明顯的突變過程，即當速度高于一定值時，車速大幅下降，達到強制減速的目的，如表1 所示。

表1 駛?cè)牒婉偝鰷p速帶的速度

四、駝峰減速帶參數(shù)優(yōu)化

當行駛車輛經(jīng)過減速帶時，存在著臨界速度，低于臨界速度車輪會沿著減速帶的表面流動，高于臨界速度時，車輛則從減速帶的頂部成自由落體跳過減速帶，發(fā)生跳車現(xiàn)象。發(fā)生跳躍現(xiàn)象時，車輪與地面接觸的一瞬間的沖擊力是車體本身質(zhì)量的數(shù)倍，從理論上分析，在沖擊過程中車輛的垂直方向速度由向下變?yōu)橄蛏?，產(chǎn)生了突變，其間加速度會變到一個很大的數(shù)值。即在車輛經(jīng)過減速帶的過程中，發(fā)生沖擊的瞬間是乘坐舒適性最差的階段。此時的撞擊力Fhit 可由式F=a(mk)^(1/2)*V............(1)式中：m—車輛質(zhì)量；k—輪胎剛度；V—車輛垂直下落速度。

根據(jù)理想減速特性的要求，在車輛低于期望速度經(jīng)過減速帶時，對乘客的舒適性不應產(chǎn)生較大的影響；當速度高于期望速度時，產(chǎn)生較劇烈的振動，給生理和心理產(chǎn)生強烈刺激。因此需要駝峰減速帶的尺寸參數(shù)進行優(yōu)化，確定與不同臨界速度相對應的尺寸參數(shù)，當速度高于臨界值時發(fā)生跳車現(xiàn)象，產(chǎn)生沖擊振動，建立折線形駝峰道路減速帶數(shù)學模型進行尺寸參數(shù)優(yōu)化：

圖中x 軸為減速帶的斜坡寬度，y 軸為減速帶高度。其斜坡曲線方程為式y(tǒng)=ax+b

a—斜坡的斜率；b—斜坡高度車輪跳躍后自由下落的距離由式y(tǒng)1=1/2g Δ t^2 表示；車輪沿減速帶的滾動下降的高度由式y(tǒng)2=(2y1/2x)*(2x/2t)*Δ t 計算，建立自由下落距離與沿減速帶下落距離之差關系式Δ y=Δ t*(1/2g Δ t-av)=Δ t*1/2*g/v*x-av。所以v^2＞1/2*(g/a)*x＞1/2*(g/a)*x^2于是vm＞(g/2b)^(1/2)*xm通過關系式我們可以看出，如果想要將車速控制在某個水平只需要滿足vm＞(g/2b)^(1/2)*xm即可

五、結(jié)論

如果想要讓減速帶達到較好的減速效果并且保證行車安全，我們可以通過式（7）來設置一個理想的臨界速度，使車速低于臨界值時，車輪沿表面滾動；高于臨界值時，發(fā)生跳躍，產(chǎn)生沖擊，達到較好的控制車速的目的。