普通山区国道典型路段重载车辆侧翻风险研究

摘要：普通山区公路弯坡比例高，道路条件较差，重载车辆交通安全事故频发。为研究普通山区公路中重载车辆的弯道侧翻风险，以国道G215部分路段为研究对象，在Trucksim软件环境下建立该道路的三维数字模型，以不同工况进行仿真测试，评估弯道侧翻风险。

关键词：交通安全;山区道路;侧翻风险;Trucksim仿真

引言

山区普通国省道公路设计标准低，弯道多，平纵组合不合理，行驶轨迹与设计线形不一致，导致弯道路段事故率高[1，2，3]。常见事故类型为重载大型车辆的侧翻，对向来车的碰撞和前后车辆的追尾。研究山区国道典型路段重载车辆的行驶速度特性和侧翻风险对降低事故发生具有重要的指导意义。

目前，实车试验数据虽然能够反映车辆的速度和弯道行驶特性，但是无法实现弯道侧翻风险的量化分析，更不能得到速度的安全临界值。为此，本文在真实道路数据的基础上，通过Trucksim软件建立三维道路模型，对山区道路的行驶速度特性和弯道行驶侧翻风险进行研究。该研究能够识别道路的危险位置，并且得到了该位置的行驶条件阈值，可为大型车辆驾驶员在普通山区国道典型路段安全行驶提供参考。

1试验准备

1.1 试验道路建模

选取国道G215白玉至巴塘作为试验路段，起点位置桩号为K40+608，终点桩号K50+257，总里程9649m。提取该试验路段的平纵断面坐标、设计高程和道路超高数据，导入Trucksim仿真软件，生成三维道路模型。由于Trucksim仿真时车辆只能从道路起始位置到终点位置，因此分别建立下坡和反向上坡两条三维道路模型。

1.2 车辆模型

对于山区复杂道路，事故多发生于大型车辆，特别是大货车重载情形下车辆的侧翻。选择Trucksim软件自带的三轴货车，动力参数按照一汽解放牌J6P重卡进行设置。该车辆模型包含车身，传动系统，转向系统，悬架系统，制动系统，轮胎和空气动力学七个部分，簧上质量6310Kg，总重8525Kg。

1.3 驾驶员模型

驾驶员模型使用Trucksim自带的速度、制动、转向控制模块，仿真时选择骑中线或右向行驶，设置理想的前视预瞄时间，根据不同的速度设置，加载不同荷载，研究车辆的行驶速度特性和横向安全性。

2 弯道侧翻风险研究

根据现有研究表明，车辆横向载荷转移率（LTR）是评价车辆侧翻重要指标之一，可用来表征载荷转移程度。

式中：FzI为作用在汽车内侧轮胎上的地面垂直反作用力 （N），Fzo为作用在汽车外车轮上的地面垂直反作用力 （N）。当LTR=1时，货车内侧车轮离地，此时货车处于侧翻边缘。本文不考虑制动减速措施，假定LTR=1时代表車辆发生侧翻。结合文献[5]的结论，当LTR<0.2，车辆处于安全状态，0.2<LTR<0.6时，车辆具有轻微侧翻倾向，LTR>0.6时，车辆具有严重侧翻危险。以此来评估车辆的侧翻风险。

2.1 弯道半径对侧翻的影响

在转弯时，弯道半径和转角大小是影响驾驶员速度选择的关键因素，同时其也是评价道路交通安全性的重要指标。考虑到试验路段单一，为整体分析弯道半径对侧翻的影响，仿真时选择自建不同半径弯道，进行定速行驶试验。

弯道转角一定，货车以25Km/h速度行驶，当半径为15m时，侧向加速度值大于3m/s^2，LTR大于0.6，行驶舒适性极差，具有严重侧翻风险;当半径值大于40m以后，货车侧向加速度值和LTR值较低，并且随着弯道半径的继续增加，变化平缓。改变速度，当以40Km/h行驶，40m的弯道半径侧翻风险低于以25Km/h车速行驶的15m弯道，但是其侧向加速度值相近，行驶舒适性极差，当弯道半径大于80m以后，弯道对货车的横向运动影响极低且趋于平缓。结合选取的试验路段，12处回头曲线弯道半径值为15m左右，成为了影响车辆侧翻的高风险位置，在这些位置应控制好车速。

2.2 载重对侧翻的影响

选择空载，载重10t，15t和20t的货车进行仿真试验，质心高度保持不变，选择试验道路侧翻高风险位置进行仿真。由于12处回头曲线位置的道路几何参数和道路条件相似，此处选择第一个连续回头曲线即可，以25Km/h进行定速行驶。

仿真结果中侧倾角为正值时，车身向右侧倾斜，负值则相反。道路设计时，直线路段会呈现中间高两侧低的特征，因此右向直线路段行驶时，车身向右倾斜。在第一个连续回头曲线处，左转弯时，由于超高设计，道路左侧低于右侧，车辆静止时车身向左倾斜，且其倾斜角度大于仿真输出结果值。右转弯时，道路左侧高于右侧，静止时车身向右倾斜，侧倾角为正值。而仿真输出结果中，只有空载和载重10t时侧倾角为正值，其余皆为负值，且载重越大，车身向道路外侧倾斜越严重，载重20t时，轮载转移率达到了0.8，车身向外侧倾斜严重。结果表明：车辆的载重与轮载转移率成正相关关系，载重20t的汽车以25Km/h的速度在回头曲线行驶，有严重侧翻风险，在此路段应限制重型车辆超载。2.左转弯侧翻风险低于右转弯，且右转时，选择中线行驶能够大幅降低侧翻风险。

3 结论

本文选取了国道G215麦拉下山段长达10Km的典型道路，通过仿真软件Trucksim建立了三维道路模型，设置不同的行车条件，对车辆在整条路段的行驶速度变化和危险位置进行了分析，得到了重载货车安全行驶阈值，此结果对重载货车实际行驶具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]赵婷，戚春华，朱守林，高明星，王玉化.公路线形复杂程度对驾驶员HRV的影响研究[J].中国安全科学学报，2016，26（02）：6-12.

[2]林慧，郭建钢，陈金山，李林，张旺.双车道山区公路反向连续弯道危险区域研究[J].中国安全科学学报，2017，27（08）：138-143.

[3]蒋生珍.山区公路弯坡组合路段行车特性分析[D].重庆交通大学，2017.

作者简介：夏凯（1994年12月—），男，汉族，四川眉山人，硕士研究生在读，研究方向：道路交通安全。