普通山區(qū)國道典型路段重載車輛側翻風險研究

摘要：普通山區(qū)公路彎坡比例高，道路條件較差，重載車輛交通安全事故頻發(fā)。為研究普通山區(qū)公路中重載車輛的彎道側翻風險，以國道G215部分路段為研究對象，在Trucksim軟件環(huán)境下建立該道路的三維數(shù)字模型，以不同工況進行仿真測試，評估彎道側翻風險。

關鍵詞：交通安全;山區(qū)道路;側翻風險;Trucksim仿真

引言

山區(qū)普通國省道公路設計標準低，彎道多，平縱組合不合理，行駛軌跡與設計線形不一致，導致彎道路段事故率高[1，2，3]。常見事故類型為重載大型車輛的側翻，對向來車的碰撞和前后車輛的追尾。研究山區(qū)國道典型路段重載車輛的行駛速度特性和側翻風險對降低事故發(fā)生具有重要的指導意義。

目前，實車試驗數(shù)據(jù)雖然能夠反映車輛的速度和彎道行駛特性，但是無法實現(xiàn)彎道側翻風險的量化分析，更不能得到速度的安全臨界值。為此，本文在真實道路數(shù)據(jù)的基礎上，通過Trucksim軟件建立三維道路模型，對山區(qū)道路的行駛速度特性和彎道行駛側翻風險進行研究。該研究能夠識別道路的危險位置，并且得到了該位置的行駛條件閾值，可為大型車輛駕駛員在普通山區(qū)國道典型路段安全行駛提供參考。

1試驗準備

1.1?試驗道路建模

選取國道G215白玉至巴塘作為試驗路段，起點位置樁號為K40+608，終點樁號K50+257，總里程9649m。提取該試驗路段的平縱斷面坐標、設計高程和道路超高數(shù)據(jù)，導入Trucksim仿真軟件，生成三維道路模型。由于Trucksim仿真時車輛只能從道路起始位置到終點位置，因此分別建立下坡和反向上坡兩條三維道路模型。

1.2?車輛模型

對于山區(qū)復雜道路，事故多發(fā)生于大型車輛，特別是大貨車重載情形下車輛的側翻。選擇Trucksim軟件自帶的三軸貨車，動力參數(shù)按照一汽解放牌J6P重卡進行設置。該車輛模型包含車身，傳動系統(tǒng)，轉向系統(tǒng)，懸架系統(tǒng)，制動系統(tǒng)，輪胎和空氣動力學七個部分，簧上質量6310Kg，總重8525Kg。

1.3?駕駛員模型

駕駛員模型使用Trucksim自帶的速度、制動、轉向控制模塊，仿真時選擇騎中線或右向行駛，設置理想的前視預瞄時間，根據(jù)不同的速度設置，加載不同荷載，研究車輛的行駛速度特性和橫向安全性。

2?彎道側翻風險研究

根據(jù)現(xiàn)有研究表明，車輛橫向載荷轉移率（LTR）是評價車輛側翻重要指標之一，可用來表征載荷轉移程度。

式中：FzI為作用在汽車內(nèi)側輪胎上的地面垂直反作用力?（N），F(xiàn)zo為作用在汽車外車輪上的地面垂直反作用力?（N）。當LTR=1時，貨車內(nèi)側車輪離地，此時貨車處于側翻邊緣。本文不考慮制動減速措施，假定LTR=1時代表車輛發(fā)生側翻。結合文獻[5]的結論，當LTR<0.2，車輛處于安全狀態(tài)，0.2<LTR<0.6時，車輛具有輕微側翻傾向，LTR>0.6時，車輛具有嚴重側翻危險。以此來評估車輛的側翻風險。

2.1?彎道半徑對側翻的影響

在轉彎時，彎道半徑和轉角大小是影響駕駛員速度選擇的關鍵因素，同時其也是評價道路交通安全性的重要指標。考慮到試驗路段單一，為整體分析彎道半徑對側翻的影響，仿真時選擇自建不同半徑彎道，進行定速行駛試驗。

彎道轉角一定，貨車以25Km/h速度行駛，當半徑為15m時，側向加速度值大于3m/s^2，LTR大于0.6，行駛舒適性極差，具有嚴重側翻風險;當半徑值大于40m以后，貨車側向加速度值和LTR值較低，并且隨著彎道半徑的繼續(xù)增加，變化平緩。改變速度，當以40Km/h行駛，40m的彎道半徑側翻風險低于以25Km/h車速行駛的15m彎道，但是其側向加速度值相近，行駛舒適性極差，當彎道半徑大于80m以后，彎道對貨車的橫向運動影響極低且趨于平緩。結合選取的試驗路段，12處回頭曲線彎道半徑值為15m左右，成為了影響車輛側翻的高風險位置，在這些位置應控制好車速。

2.2?載重對側翻的影響

選擇空載，載重10t，15t和20t的貨車進行仿真試驗，質心高度保持不變，選擇試驗道路側翻高風險位置進行仿真。由于12處回頭曲線位置的道路幾何參數(shù)和道路條件相似，此處選擇第一個連續(xù)回頭曲線即可，以25Km/h進行定速行駛。

仿真結果中側傾角為正值時，車身向右側傾斜，負值則相反。道路設計時，直線路段會呈現(xiàn)中間高兩側低的特征，因此右向直線路段行駛時，車身向右傾斜。在第一個連續(xù)回頭曲線處，左轉彎時，由于超高設計，道路左側低于右側，車輛靜止時車身向左傾斜，且其傾斜角度大于仿真輸出結果值。右轉彎時，道路左側高于右側，靜止時車身向右傾斜，側傾角為正值。而仿真輸出結果中，只有空載和載重10t時側傾角為正值，其余皆為負值，且載重越大，車身向道路外側傾斜越嚴重，載重20t時，輪載轉移率達到了0.8，車身向外側傾斜嚴重。結果表明：車輛的載重與輪載轉移率成正相關關系，載重20t的汽車以25Km/h的速度在回頭曲線行駛，有嚴重側翻風險，在此路段應限制重型車輛超載。2.左轉彎側翻風險低于右轉彎，且右轉時，選擇中線行駛能夠大幅降低側翻風險。

3?結論

本文選取了國道G215麥拉下山段長達10Km的典型道路，通過仿真軟件Trucksim建立了三維道路模型，設置不同的行車條件，對車輛在整條路段的行駛速度變化和危險位置進行了分析，得到了重載貨車安全行駛閾值，此結果對重載貨車實際行駛具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]趙婷，戚春華，朱守林，高明星，王玉化.公路線形復雜程度對駕駛員HRV的影響研究[J].中國安全科學學報，2016，26（02）：6-12.

[2]林慧，郭建鋼，陳金山，李林，張旺.雙車道山區(qū)公路反向連續(xù)彎道危險區(qū)域研究[J].中國安全科學學報，2017，27（08）：138-143.

[3]蔣生珍.山區(qū)公路彎坡組合路段行車特性分析[D].重慶交通大學，2017.

作者簡介：夏凱（1994年12月—），男，漢族，四川眉山人，碩士研究生在讀，研究方向：道路交通安全。