湿滑路面车辆防滑预警

2019-09-11张彦鹏田国红韩忠浩阴春晔

汽车实用技术 2019年16期

张彦鹏，田国红，韩忠浩，阴春晔

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州 121001）

引言

当前，我国已然成为经济大国，在经济快速发展的同时汽车成为人们工作和生活的必需品。据国家统计局统计，截止2018 年我国民用汽车拥有量为23122.00 万辆，并且车辆保有量每年都在急速增长。面对我国复杂的路况，特殊天气下的安全行车问题也随之复杂。就雨天而言，道路表面覆盖一层水膜，汽车行驶在路面上，由于水膜的作用使得轮胎与路面间的附着系数急剧下降，当汽车行驶速度过快时轮胎容易发生滑水。为了防止因车速过快而引发交通事故，对湿滑路面车辆防滑预警的研究将尤为重要。

1 轮胎临界滑水速度研究

图1 轮胎滑水示意图

汽车与路面间唯一的接触就是轮胎，当轮胎行驶在有积水的路面上，由于水膜的作用，随车速增加，路面与轮胎间动水压强也不断增大，轮胎所受的浮力P 也不断增大，一旦P 大于附加在轮胎上的外垂直载荷W 时，水膜产生的动水压强会将轮胎托起脱离地面，此时出现滑水现象，同时车辆操纵稳定性变差。汽车行驶时在湿滑路面上发生滑水过程[1]如图1 所示。

1.1 轮胎滑水特性研究现状

国外研究现状：

Horne 对滑水现象进行研究[2]，并提出NASA 方程：

式中VP是轮胎滑水速度，P 为胎压。Horne 认为轮胎滑水速度与胎压平方根成正比，此公式广泛应用于轮胎、航空、汽车等行业。

21 世纪初，新加坡学者T.F.Fwa,Santosh S.Kumar,G.P.Ong和C.J.H.Huang[3]得出完全滑水车速与轮胎花纹深度、水膜厚度的关系式：

式中，V 是发生完全滑水的车速（km／h），TD 为轮胎花纹深度（mm），WD 为水膜厚度（mm）。

国内研究现状：

东南大学的季天剑[4-5]对轮胎滑水进行分析，考虑了路面粗糙对水流的影响，回归得出方程：

式中，h 平均水膜厚度（mm），V 为速度（km/h）。

董斌等[6]分析了水膜厚度与轮胎滑水临界速度的关系。陈文亮等[7]分析了雨滴大小、降落高度、风力影响之间的关系，并总结出了几种雨滴降落速度的测量方法。

1.2 轮胎与路面接触区域划分

轮胎与湿滑路面接触区分成三个：Ⅰ.完全上浮区：水膜对轮胎的浮力大于轮胎所受的外垂直载荷，把胎面举起处于完全分离状态；Ⅱ.不完全接触区：由于轮胎的挤压作用，大量水被挤压出去，但仍留有一层薄水膜，胎面与路面间可部分接触；Ⅲ.完全接触区：胎面与路面间的水被完全挤压出去，形成无水区，胎面与路面完全接触。由于轮胎发生滑水时路面、水流、轮胎间的相互作用极其复杂，故研究发展也比较缓慢。

2 防滑预警系统理论研究

防滑预警系统主要由实时信息感知模块、预测模块、执行模块组成，每个模块功能各异，共同联合实现车辆防滑预警。防滑预警系统需要准确判断临界滑水车速，才能保证预警的准确度，临界滑水预测模型准确度受到行驶车速、路面水膜厚度、轮胎花纹、轮胎宽度等条件的影响。

2.1 防滑预警系统目标要求

防滑预警系统主要目的是为驾驶员提供警示，并确保驾驶员对提供的警示能及时做出反应，使驾驶员能够避免发生滑水带来经济和健康上的损失。当驾驶员没有对预警做出反应时，该系统接管驾驶并通过降低行驶速度避免发生事故，作为车辆辅助驾驶系统，当驾驶员主动做出反应时，该系统退出操作，只进行相应预警，并有开启和关闭的开关，根据驾驶员的需要选择开启和关闭防滑预警辅助系统[8]。

装有防滑预警系统的汽车必须实现以下功能：

（1）能够预估出临界滑水车速；

（2）能够提供可靠的实时车速；

（3）能够在自车遇到符合防滑策略和要求的危险情况时给驾驶员提供警示。

以下情况属于安全状况：

（1）非雨天；

（2）实时行驶车速在预估安全行驶速度范围内；

（3）驾驶员做出制动行为时。