一種提高安全性能防止車輛打滑的減速帶

劉杰　邱海通　鄧健坤　周浩鋅　朱楚杰

摘 要：減速帶是行車道中的一個(gè)障礙凸起物，是一種用于降低交通流速度或減少過境交通的道路設(shè)施。常見的減速帶雖有減速與警示的功能，但是也存在沖擊力大、坡度設(shè)計(jì)不合理、噪音大的缺點(diǎn)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一款新型的減速器。分別從坡度、尺寸等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。該減速帶既能降低汽車車速，又能降低車輛通過時(shí)的震動(dòng)，減少顛簸感，保護(hù)車輛的懸掛系統(tǒng);同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、產(chǎn)生噪聲小，適合大規(guī)模生產(chǎn)和使用，成本低。

關(guān)鍵詞：新型減速帶 降低振動(dòng) 噪音小 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 大規(guī)模生產(chǎn)

Speed Bump for Improving Safety Performance and Preventing Vehicle from Slipping

Liu Jie，Qiu Haitong，Deng Jiankun，Zhou Haoxin，Zhu Chujie

Abstract：The speed bump is an obstacle bump in the traffic lane， which is a road facility used to reduce the speed of traffic flow or reduce the transit traffic. Although the common speed bumps have the functions of deceleration and warning， they also have the shortcomings of large impact， unreasonable slope design， and high noise. This project designs a new type of reducer， which respectively carries out a new design from the key parameters such as slope and size. The deceleration belt can not only reduce the speed of the car， but also reduce the vibration when the vehicle passes， reduce the bumpiness， and protect the suspension system of the vehicle; at the same time， it has the advantages of a simple structure， low noise， suitable for mass production and use， and low cost.

Key words：new speed bump， reduce vibration， low noise， simple structure， mass production

1 引言

減速帶是行車道中的一個(gè)障礙凸起物，是一種用于降低交通流速度或減少過境交通的道路設(shè)施。減速帶基本原理是在公路特殊路段的行車道上設(shè)置某種突起設(shè)施，對(duì)車輛駕駛員起到警示作用，車輛駕駛員根據(jù)常識(shí)預(yù)計(jì)到車輛通過減速帶時(shí)會(huì)帶來車輛劇烈振動(dòng)，從而促使車輛駕駛員自覺、主動(dòng)地降低車速，達(dá)到強(qiáng)制減速、提高特殊路段行車安全性的目的[1]。同時(shí)減速帶也可起到安全警示作用，防止交通事故的發(fā)生。目前國(guó)內(nèi)常用的減速帶有道釘減速帶、駝峰式減速帶、水泥臺(tái)減速帶、熱塑振動(dòng)減速帶、路面凹槽減速帶、瀝青混合料減速帶、防滑減速帶、卵石減速帶等[2]。主要用于強(qiáng)制減速、安全警示和對(duì)行人的警示。

現(xiàn)有的減速帶設(shè)置具有減速和警示的基本功能，但同時(shí)引起了一些問題，主要表現(xiàn)在沖擊力大、坡度不合理等方面：

（1）沖擊力大：車輛通過減速帶時(shí)是剛性沖擊式的，這是車輛通過減速帶的振動(dòng)源。即使已經(jīng)減速的車輛通過減速帶也會(huì)有顛簸的不舒適感覺，嚴(yán)重影響了行車的舒適性。

（2）坡度設(shè)計(jì)不合理：現(xiàn)各地安裝的減速帶一般是截面呈圓形、三角形或梯形的突起，此類減速帶使車輛有沖擊感而促使駕駛員減速。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，車輛經(jīng)過減速帶時(shí)受到的沖擊與減速帶的坡度、尺寸有關(guān)，截面呈半圓形的減速帶的沖擊感比截面呈梯形的減速帶的沖擊感更加強(qiáng)烈[3]?，F(xiàn)在我國(guó)城市道路上最常見的是梯形橡膠減速帶，其寬度為35cm左右，高度在30～100mm之間，但是最常用，也是較合適的尺寸是45mm高，350mm下寬，這樣的減速帶由于坡度設(shè)計(jì)不合理，往往存在過長(zhǎng)、過寬、過高等問題，車輛通過時(shí)振動(dòng)增大頻頻受傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)刮壞發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油底殼;同時(shí)設(shè)計(jì)不合理的減速帶在車輛駛過時(shí)，產(chǎn)生的震動(dòng)不僅會(huì)對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的懸掛系統(tǒng)造成很大負(fù)擔(dān)，影響其壽命，更嚴(yán)重威脅到行車的安全[4]。

（3）噪音大：由于減速帶尺寸設(shè)計(jì)的不合理，車輛通過減速帶時(shí)，輪胎通過減速帶時(shí)會(huì)發(fā)出“咚咚”的聲音，并且隨著車速的增加而聲音增大。尤其是大貨車通過時(shí)，發(fā)出的聲響更加明顯，形成了噪聲污染，給附近的居民帶來了很多的困擾，減速帶成了城市道路上的“擾民帶”[5]。

（4）缺乏統(tǒng)一性：國(guó)內(nèi)外廣泛使用的減速帶，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同路段不同地區(qū)設(shè)置隨意性較大，相關(guān)研究還處于起步階段。

因此，如何設(shè)計(jì)減速帶，既能履行其“安全”職責(zé)，又能更加舒適，更加人性化，成了亟待解決的問題。

2 設(shè)計(jì)原理

從力學(xué)角度出發(fā)，分別從坡度、尺寸等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，得到一種全新的減速帶，并通過實(shí)驗(yàn)證明設(shè)計(jì)的合理性。該新型減速帶長(zhǎng)度為500mm，底面寬度為350mm，頂面寬度為50mm，高度為45mm，減速帶模型見圖1。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為證明項(xiàng)目的合理性，在保持底面寬度和長(zhǎng)度以及減速帶高度不變的 情況下，通過改變頂面寬度，使減速帶坡度、角度發(fā)生改變，用不同的頂面寬度做實(shí)驗(yàn)，找出適合的尺寸，得出結(jié)論。通過三個(gè)減速帶模型（1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)），尺寸分別是1號(hào)50×350×500×45mm、2號(hào)80×350×500×45mm、3號(hào)100×350×500 ×45mm（頂面寬度×底面寬度×長(zhǎng)度×高度），測(cè)試車輛為雷諾牌科雷傲SUV，測(cè)試器材包括尼康D7000單反相機(jī)一臺(tái)、三腳架一個(gè)、螺絲四顆、車內(nèi)振動(dòng)監(jiān)測(cè)手機(jī)一臺(tái)、車內(nèi)數(shù)據(jù)拍攝手機(jī)一臺(tái)、硬幣若干以及瓶子若干。

測(cè)試方法包括以下步驟：S1：將攝像機(jī)攝像機(jī)架設(shè)在適合的拍攝位置。S2：水泥地上分別打入2組相距150mm的2顆螺絲，將減速帶固定在地上。S3：安裝振動(dòng)監(jiān)測(cè)手機(jī)。S4：?jiǎn)?dòng)車輛進(jìn)行不同速度重復(fù)測(cè)試。S5：進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。S6：進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)查與校核。S7：收集數(shù)據(jù)。

測(cè)試車速分別為10km/h、15km/h和 20km/h，每組數(shù)據(jù)重復(fù)三次測(cè)試 以保證減小偏差，記錄沖擊數(shù)據(jù)我們使用了詳細(xì)數(shù)據(jù)記錄與直觀數(shù)據(jù)記錄。詳細(xì)數(shù)據(jù)記錄我們用的是振動(dòng)檢測(cè)軟件進(jìn)行記錄，其中減速帶尺寸50×350×500×45mm，車速為10km/h時(shí)測(cè)試結(jié)果如圖5，直觀數(shù)據(jù)記錄我們使用了不同的小物品放在車內(nèi)，觀察不同速度的物品運(yùn)動(dòng)情況。

通過測(cè)試，得出該尺寸的三種減速帶均符合減速帶所需要求，經(jīng)過對(duì)模型的預(yù)實(shí)驗(yàn)，得到對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，其中1號(hào)減速帶對(duì)車輛的沖擊最小，車輛過減速帶時(shí)有沖擊，但是較平順。2號(hào)減速帶對(duì)車輛沖擊稍大，車輛振動(dòng)較大、3號(hào)減速帶沖擊感明顯，車輛振動(dòng)大。通過實(shí)地測(cè)試，結(jié)果與預(yù)測(cè)相吻合。車輛在過1號(hào)減速帶時(shí)車內(nèi)人員雖然感覺到?jīng)_擊感但是較平穩(wěn)，車內(nèi)測(cè)試物品紋絲不動(dòng)，測(cè)振數(shù)據(jù)顯示振動(dòng)波形振幅小，而且振動(dòng)頻率少，只有1-2次。車輛過2號(hào)減速帶時(shí)車內(nèi)人員感覺沖擊感比1號(hào)減速帶強(qiáng)，而且抖動(dòng)感強(qiáng)，車內(nèi)測(cè)試物品電池倒下，測(cè)振數(shù)據(jù)顯示振動(dòng)波形振幅較大，振動(dòng)頻率為 2-3 次。車輛過3號(hào)減速帶時(shí)，車內(nèi)人員明顯感覺沖擊感強(qiáng)烈，測(cè)振數(shù)據(jù)顯示，振幅與振動(dòng)頻率大。根據(jù)以上測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，1號(hào)減速帶的尺寸最為良好，表現(xiàn)與預(yù)期相符合。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終得出當(dāng)梯形減速帶尺寸達(dá)到 50×350×500×45mm 時(shí)，既可以履行減速帶的安全職責(zé)，又能更加舒適，更加人性化。

同時(shí)，通過模擬實(shí)驗(yàn)再次驗(yàn)證，所用材料為一個(gè)1：24金屬仿真汽車模型（帶前懸掛），數(shù)條綠色細(xì)繩、裝有約200克的可樂瓶（總重約為210克）。為了保證車輛每次到達(dá)減速帶時(shí)速度相同，應(yīng)使車輛受一個(gè)均勻的力。所以用一定質(zhì)量的吊物（可樂瓶）使其重力轉(zhuǎn)化為車輛的拉力，使拉力不變。只要使車輛在同一起點(diǎn)出發(fā)，到達(dá)減速帶時(shí)，速度是相等的。這次實(shí)驗(yàn)自變量為減速帶的尺寸，所以同一位置減速帶設(shè)置為三個(gè)不同的尺寸。

通過更換不同尺寸減速帶，得到三張不同的狀態(tài)記錄紙。如圖4由圖可知車輛經(jīng)過減速帶跳動(dòng)的范圍分別為5mm，4.5mm，4.1mm?？傻贸霎?dāng)減速帶橫截面的上邊長(zhǎng)越大，車輛跳動(dòng)高度越大。

4 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，該新型減速帶優(yōu)勢(shì)明顯，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）沖擊力小。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)出新型梯形減速帶既能起到傳統(tǒng)減速帶的降低汽車行駛中的車速的作用，又能降低車輛通過時(shí)的震動(dòng)，減少顛簸感，提高通過時(shí)的舒適性，保護(hù)車輛的懸掛系統(tǒng);同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)和使用，成本低;（2）坡度設(shè)計(jì)合理。該新型減速帶經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，不存在 尺寸過高、過長(zhǎng)、過寬現(xiàn)象，車輛通過時(shí)振動(dòng)小，振動(dòng)波形振幅小，頻率少，噪音小，可有效保護(hù)汽車，延長(zhǎng)汽車使用壽命;（3）推進(jìn)減速帶產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的減速帶結(jié)構(gòu)合理，且經(jīng)過實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證，有一定的理論實(shí)踐基礎(chǔ)，為減速帶大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供參考。

課題基金：2020年廣東省大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金立項(xiàng)項(xiàng)目（pdjh2020b1408）。

參考文獻(xiàn)：

[1]李家順，李淑慶，錢小兵.減速帶在校園交通安全的應(yīng)用研究[J].交通信息與安全， 2011，29（001）：64-67.

[2]王琳，鄭巧麗，李佳悅，等.關(guān)于大學(xué)生對(duì)校園內(nèi)減速帶設(shè)置的態(tài)度及改善建議的調(diào)查——以浙江師范大學(xué)為例[J].青春歲月，2015（15）.

[3]韓鳳春，宋克珠，陳艷艷，等.限速標(biāo)志設(shè)置的合理嗎？[J].汽車與安全，2007，No.112（04）：14-19.

作者簡(jiǎn)介

劉杰：（1990.03—），女，河南安陽人，漢族，碩士研究生，講師。研究方向：智能制造。