关于湿滑路面车辆防滑预警的相关分析

陈鹏志 李新宇 吕家乐 贺旭天 孟凤威

【摘  要】车辆在行驶过程中会遇到多种路面情况，其中，湿滑路面会对行车安全性和稳定性造成严重影响，甚至引起交通事故。因此，应该加强对防滑预警装置的合理设计，使车辆能够保持良好的运行状态，避免人员安全遭受威胁。部分驾驶员对湿滑路面条件下机动车的抗滑能力判断不足，采用不当的车速行驶，容易引发追尾等交通事故。因此，论文对湿滑条件下路面的摩擦系数进行研究，建立相关分析模型，提出不同路面条件下机动车建议行驶车速，并设计预警装置向机动车驾驶员进行预警。

【Abstract】Vehicles will encounter a variety of road conditions in the process of driving， among which， the wet and slippery road will have a serious impact on driving safety and stability， and even cause traffic accidents. Therefore， it is necessary to strengthen the reasonable design of anti-slip early warning device， so that the vehicles can maintain the good running state， so as to avoid threats to the safety of personnel. Some drivers have insufficient judgment on the vehicles' anti-slip ability under wet and slippery road condition， and use improper speed to drive， which will easily lead to traffic accidents such as rear-end collision. Therefore， this paper studies the friction coefficient of the road under wet and slippery condition， establishes the correlation analysis model， puts forward the recommended driving speed of motor vehicles under different road conditions， and designs an early warning device to warn the motor vehicle drivers.

【關键词】湿滑路面;车辆;防滑预警

【Keywords】wet and slippery road; vehicles; anti-slip early warning

【中图分类号】U492.8+4                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）11-0193-02

1 引言

随着汽车制造业的快速发展，我国汽车数量也在逐渐增多，为社会各行各业带来了巨大的便捷。在特殊天气情况下，车辆的行驶状况会更加复杂，在设计中应该对该因素进行综合分析，提高汽车整体性能。在我国北方地区，湿滑路面是一种常见的行车环境。轮胎和路面的附着系数会由于水膜的存在而降低，导致滑水现象的发生。研究湿滑路面条件下机动车的安全行驶车速，并设计预警装置向驾驶员发布安全行驶车速信息，对提高湿滑路面条件下机动车的交通安全水平具有重要的现实意义。项目团队通过研究湿滑路面条件下车辆安全行驶速度与路面摩擦系数间的关系，设计机动车路面防滑预警装置，用于向机动车驾驶员发布安全行驶车速建议值，以降低追尾等交通事故的发生概率，提高道路交通安全水平。

2 湿滑条件下路面的摩擦系数

利用路面摩擦系数检测装置获取实验室模型的相关数据，在实验成熟后进行实际路面的数据采集。分析不同路面材料在模拟冰雪天气下的摩擦系数与载运工具不同行驶速度之间的关系，建立湿滑路面的摩擦系数实时检测机制。根据上述机制，进行模拟实验和数据的整合，分析在雨雪天气下可能产生的不同情况，确定不同数据的影响程度大小并进行误差分析，从而建立比较完善的路面摩擦系数与机动车安全行驶速度关系模型[1]。我国采用横向力系数SFC60和构造深度TD作为抗滑性能的主要评价指标，横向力系数与构造深度存在一定的相关性但相关性较弱。

3 轮胎临界滑水速度研究

在湿滑路面当中行驶时，汽车轮胎与路面接触，受到水膜的影响，在车速提高的情况下会导致动水压强增大。此时，也会增大汽车轮胎的浮力，外垂直荷载存在于汽车轮胎当中，当前者大于后者时，汽车轮胎就会在动水压强作用下而不再与路面接触，这是导致滑水问题的主要因素，甚至引起车辆的严重失控。应用NASA滑水速度方程是研究滑水现象的常用方式，对于汽车轮胎滑水速度和胎压之间的关系进行了分析。此外，汽车轮胎花纹情况和水膜的厚度值等，也会对滑水车速产生影响。国内学者对于滑水速度和路面粗糙性的关系进行了研究，此外，对于降落高度、雨滴大小和风力等因素也进行了综合分析[2]。

完全上浮区、不完全接触区和完全接触区，是轮胎和路面的主要接触区域。其中，在完全接触区当中两者之间没有水存在，两者的接触效果较好。在不完全接触区当中，既有水被挤走，又存在一定的水膜，因此，存在部分接触的现象。在完全上浮区，水膜对车辆轮胎和路面进行了阻隔，二者处于分离状态。

4 湿滑路面车辆防滑预警系统设计

4.1 目标要求

预测模块、感知模块和执行模块等，是湿滑路面车辆防滑预警系统的主要构成，能够实现对相关信息的实时获取与分析，从而通过预警的方式提醒驾驶人员。各个模块应该独立设置，同时，增强各模块的内在衔接性，增强防滑预警功能。对于临界滑水车速的精确判断，是保障防滑预警系统能够高效运转的关键，而在设计工作当中应该对轮胎的花纹、轮胎的宽度、车速和水膜的厚度等进行综合分析，确保临界滑水预测模型构建的合理性。提供准确的警示，同时，能够使驾驶人员根据实际情况进行合理调整，防止对行车安全造成影响，这是防滑预警系统设计的基本目标[3]。此外，如果驾驶员未能采取有效反应措施，系统会完成自动接管，从而对车速加以控制，实现人机有效协同，车辆在湿滑路面中的控制效果增强。驾驶人员也可以对该系统进行开启或者关闭操作，以保障系统应用的灵活性，满足不同驾驶人员的个性化需求。在设计防滑预警装置时，应该确保能够对临界滑水车速、实时车速加以预估和显示，同时，在危险情况下及时发出警示信息。需要在系統设计中对安全情况进行设定，包括了非雨天、车速未超出安全范围和驾驶员采取制动措施等[4]。

4.2 设计方法

在所有工作开展之前应当初步了解什么是机动车路面防滑预警装置。收集好相关的资料，然后制定出一个相对合理的研究方案。关于这方面的内容，有过些许技术不同但目的相同的先例，通过参考以往有关研究进行适应性设计完善。研究方案的制定符合相应的技术和人员要求。以单片机为载体，对行驶路面的摩擦系数进行即时测算，并生成相应对策。例如，在行驶过程中，测量系统得到即时数据，程序计算得到建议行驶速度区间，并向驾驶员示警[5]。考虑到路面的摩擦系数可能受外界因素影响时，对于路面及车轮（接触面）材料、路面湿度、路面平整度、载运工具自重和体积等问题，需加入几种数据对应的传感器来进行即时测算。预警装置能够具备即时反馈、正确预警的功能，在驾驶员对紧急情况无法及时作出反应之前发出预警。预警的方式可以包括：语音预警、车内指示灯闪烁等方式向驾驶员传递信号。对于实时行驶速度的获取，则主要依靠系统当中的信息感知模块完成[6]。为了能够确保对相关气象数据进行分析，还可以将智能手机与汽车实现互联。对于数据的分析则借助预测模块，确保临界滑水车速预测的科学性与精确性。对于上述两个模块中的数据进行整合，能够借助执行模块对实际情况进行评估，在满足相关要求和标准的基础上采取相应的措施。

5 结语

通过对湿滑路面条件下路面的摩擦系数进行实时检测，分析并构建路面摩擦系数与车辆安全行驶速度关系的模型，在不同湿滑路面条件下提出机动车安全行驶车速。设计预警装置，向驾驶员发布相关预警信息，用以指导驾驶员在该种特殊路况下的安全驾驶。

【参考文献】

【1】黎春林，乐金朝，马旭阳.GripTester摩擦系数仪应用研究[J].河南科学，2003（01）：73-77.

【2】苗英豪，曹东伟，任慧，等.基于动态摩擦系数测试仪的路面抗滑性能评价方法改进[J].公路，2010（04）：1-5.

【3】赵雪涛.公路路面摩擦系数检测与评价方法研究[J].交通世界，2019（23）：56-58.

【4】栾建泽，刘祥，柳青秀，等.冰雪路面转弯路段安全车速预警技术研究[J].科技经济导刊，2015（25）：123-124+111.

【5】Yuchi Feng，Hong Chen，Haiyan Zhao，et al.Road tire friction coefficient estimation for four wheel drive electric vehicle based on moving optimal estimation strategy[J].Mechanical Systems and Signal Processing，2020（139）：1-23.

【6】Lynn B. Meuleners，Michelle L. Fraser，Paul Roberts.Impact of the Rural Intersection Active Warning System （RIAWS） on driver speed： A driving simulator study[J].Accident Analysis and Prevention，2020（139）：1-6.