半挂牵引车的安全隐患与解决方案研究

摘要：半挂牵引车在道路上行驶，驾驶员对车辆采取制动措施时，车辆由向前行驶到完全停止这一过程容易产生挂车侧滑、甩尾和主车扭头、回头的情况，造成车辆失控事故。基于半挂牵引车在行驶过程中采取制动措施后存在的上述现象，分析挂车发生侧滑、甩尾和主车发生扭头、回头的原因，指出半挂牵引车的牵引鞍（座）活动连接存在的潜在性安全隐患，并提出增设车辆防止回头装置的解决方案。

关键词：半挂牵引车；牵引鞍（座）；安全隐患；防止回头装置

中图分类号：U469.5 收稿日期：2023-05-17

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.09.007

1 前言

半挂牵引车由牵引鞍（座）把牵引车（主车）和挂车两部分以活动形式连接在一起，牵引座起到把主车的牵引力传递给挂车的作用，同时又具有转弯变向和载荷的功能，并且有很好的道路适应性。但是，半挂牵引车在道路上正常行驶过程中，如果道路上情况异常，驾驶员对车辆采取制动措施时，半挂牵引车辆就有可能从牵引座活动连接部位回转曲折，出现侧滑、甩尾以及扭头、回头情况，特别是扭头、回头极易造成车辆失控，酿成交通事故［1］。现在的数字技术，有很多监控视频可以见证半挂牵引车失控事故的瞬间及过程，这些视频可以用来分析发生事故的原因。为此，本文以半挂牵引车在行驶中采取制动后从向前行驶到完全停止这一过程，分析半挂牵引车的牵引座在主车和挂车两者惯性相互作用下存在的安全隐患，并提出解决这个问题的方法——在牵引座部位增设防止回头装置的解决方案。

2 半挂牵引车在行驶中采取制动时失控特征

半挂牵引车在行驶中采取制动措施后有两种失控情况：a.挂车侧滑、甩尾；b.主车扭头、回头。本文以主车扭头、回头情况进行研究。

2.1 挂车侧滑、甩尾特征

半挂牵引车在以某种速度行驶中，驾驶员改变（修正）了主车前进方向，车辆左右侧地面湿滑度不一，且采取制动措施限制车辆速度，挂车从牵引座活动连接部位曲折，并且挂车尾部由于惯性严重偏离了牵引车（主车）行驶的道路，挂车尾部侧向滑行的同时，在主车牵引力作用下又随主车仍然向前行驶的一种状态就是甩尾。这种情况下主车可以操控，挂车失控［2］。

2.2 主车扭头、回头特征

半挂牵引车在以某种速度向前行驶中，驾驶员采取制动措施的瞬间，挂车前行的惯性方向与主车前行的惯性方向存在某种角度（非直线型），挂车的惯性通过活动连接部位的牵引座中间的牵引销传递给主车，迫使主车在制动的情况下向前行驶。同时影响了主车驱动轮、方向轮在地面摩擦力的方向，主车车轮摩擦阻力矩使主车从牵引座活动连接部位回转弯折，主车就出现了扭头乃至回头的情况。此时主车失去操控，挂车也同时失去控制。

3 半挂牵引车在行驶中紧急制动后失控分析

半挂牵引车两种失控的情况，发生在车辆行驶中采取制动措施后，主车与挂车从牵引座活动连接部位有回转曲折的特征，说明主车和挂车中间牵引座的活动连接在车辆制动减速情况下存在不安全的因素。

3.1半挂牵引车制动后惯性作用力分析

为了简洁明了，就用简单的图例来分析说明：用一个粗黑长方形方框（A）表示主车，用一个长方形方框（B）表示挂车，见图1。

为方便受力分析说明，简化图1，用线段A表示主车，线段B表示挂车，用圆点表示车轮并标注车轮位置及编号，牵引座正中间的牵引销用圆O表示，见图2。

主车的扭头、回头情况：车辆在行驶中挂车车身与主车车身不成直线（非直线型）情况下，见图3。

为方便说明，把图3简化为图4。

当半挂车行驶中采取制动措施时挂车（B）向前行驶惯性作用在牵引座正中间的牵引销O上，牵引销O在主车（A）第一排驱动轮的车桥正中间，如图3所示。挂车（B）惯性方向与主车（A）惯性方向存在某种角度。车辆在制动情况下，车辆的制动摩擦力方向都是在行驶的反方向上。主车与挂车呈非直线型，挂车的惯性作用在主车尾部的牵引座中的牵引销上，推动主车尾部有向左前方行驶的趋势，使主车车轮产生一个摩擦力分量4，见图5。摩擦力的合力5就在摩擦力3和4的夹角方向上。

1.主车前进方向 2.挂车惯性推力方向 3.主车轮地面摩擦力方向

4.挂车惯性对主车作用后地面摩擦力方向 5.主车地面摩擦力合力方向

主车的任意一个车轮摩擦力的合力5方向都与主车的向前行驶的反方向存在夹角，并且成一排平行线分布在各个车轮与地面接触的部位。如图6所示，主车驱动轮[A3]的制动摩擦力的合力使主车尾部以牵引销O为圆心作逆时针方向旋转；主车方向轮[A1]的制动摩擦力合力迫使主车头部以牵引销O为圆心作顺时针方向旋转；由于方向轮[A1]到牵引销O的距离[A1O]大于驱动轮[A3]到牵引销O的距离[A3O]，地面摩擦力对主车就产生了一个严重不平衡的力矩[A1O>A3O]（车辆左右两侧的车轮是同样的情况），使主车在行驶中制动的同时以牵引座的牵引销O为圆心产生回转，从而造成主车扭头、回头情况。

以上分析，说明主车扭头、回头情况是挂车与主车两者惯性方向不在同一条直线上时，挂车的惯性作用使主车驱动轮[A3]、[A2]和方向轮[A1]以主车车身作为杠杆，以牵引座的牵引销为中心，在制动摩擦力力矩作用下，主车才会发生回转扭头。

3.2 扭头、回头的成因关系和途经

半挂牵引车的主车出现扭头、回头有诸多因素：a.车辆行驶速度；b.车辆左右两侧车轮接触的地面平整、湿滑是否一致；c.驾驶员操控；d.采取制动措施时挂车与主车车身是否成直线，以及主车方向轮的方向等。

这些因素都会导致车辆在行驶中采取制动措施后，出现扭头、回头事故。车速越快、挂车载货质量越大、行驶中主车与挂车车身非直线型夹角越大、制动越紧急，主车回头的能量就越大，时间越短，主车回头造成失控越严重。一旦主车开始出现扭头，驾驶员几乎同时失去对车辆的操控能力［3］。

半挂牵引车无论是甩尾和回头，主车与挂车在牵引座活动连接部位都有回转弯折情况，且回转角度越大，甩尾及回头越严重。

4 半挂牵引车制动后失控的应对方案

4.1 半挂牵引车的挂车侧滑、甩尾

挂车侧滑与众多车辆一样，采用ABS制动系统或更高配置能有效防止侧滑现象。但ABS系统不能从根本上解决挂车甩尾，只有牵引座活动连接部位不能活动回转，才能彻底根除甩尾情况。

4.2 半挂牵引车的主车扭头、回头

半挂牵引车的主车扭头、回头事故特征，说明了解决的方法是：a.解决主车扭头、回头的条件；b.切断主车扭头、回头的途径。相比较而言，切断途径的方法更简单直接有效。从前面分析中，半挂牵引车的主车回头都会从车辆牵引座活动连接部位回转弯折，所以锁止半挂牵引车的牵引座活动连接部位，防止半挂牵引车的主车与挂车从牵引座活动连接部位回转弯折，就是切断了主车扭头、回头的途径。挂车与主车成为一体，半挂牵引车就失去了挂车甩尾、主车扭头的活动曲折点，也就没有扭头、回头的可能了。

半挂牵引车在行驶中采取制动时，随时都有图5（非直线型）的情况，主车的车轮[A1]、[A2]、[A3]在地面上的摩擦力产生的回转力矩，通过锁止后的牵引座传递给挂车，让挂车的质量惯性来抵消主车车轮在道路上摩擦力产生的回转力，这样主车就不可能出现扭头的情况，也就避免了扭头、回头事故，给驾驶员提供了一个可以操控主车方向的前提条件，从而避免出现交通事故。

增设半挂牵引车的牵引座活动连接部位的锁止功能，即车辆防止回头装置，就能最直接、有效地防止主车回头和挂车甩尾。为了不影响车辆正常行驶和牵引座的基本功能，锁止牵引座活动连接部位的条件，必须是既能及时锁止又能根据行驶需要随时解除。

方案如下：在挂车耐磨板外围增加一可以装拆的制动环，牵引座外加装两个半圆形制动块，通过牵引座处的分动泵来推动制动块与制动环相互接触摩擦，起到牵引座活动连接部位的锁止效果。防止回头装置联动原理见图7。

在半挂牵引车的驾驶室内车辆刹车泵总成处分一个支（油、气）管路到牵引座部位，增设牵引座活动连接部位锁止分动泵，车辆制动的同时，牵引座分动泵同时锁止活动连接部位，使主车与挂车成为一体，车辆制动解除的同时退出牵引座活动连接部位的锁止。在道路上行驶中，车辆速度一旦低于某一时速时（比如30 km/h），由车辆速度传感器装置给出信号，切断牵引座锁止信号，退出锁止，方便车辆在下坡回头线道路上，以及需要同时控制车速的弯道路段，在不解除车辆制动措施的前提下，牵引座活动接部位仍然有转弯变向的功能。

5 结语

半挂牵引车在增设车辆防止回头装置后，车辆在行驶中，驾驶员可根据情况采取制动来操控车辆。车辆不会出现甩尾和回头情况，增强了驾驶员果断采取措施避免发生交通事故的信心。同时车辆ABS系统能更有效地发挥防侧滑的作用，避免引发交通事故。

本文通过对半挂牵引车的挂车侧滑、甩尾，以及主车的扭头、回头事故进行分析，指出主车与挂车的活动连接在行驶中存在的潜在隐患，并提出增设车辆防止回头装置，来解决半挂牵引车的牵引座活动连接部位在行驶中存在的安全隐患，提供了可行性及技术性构思。从车辆行驶安全方面考虑，该研究对设计制造提出了新的要求，给设计者提供参考。

参考文献：

[1]蒋彭正.半挂车车架开裂问题分析及优化设计[J].内燃机与配件，2022（17）：61-63.

[2]张浩，张博瑞.查验中发现的半挂车常见问题安全隐患分析及对策建议[J].汽车与安全，2019（2）：52-57.

[3]张筱梅.中置轴轿运车这几大安全隐患惹人忧[J].专用汽车，2018（2）：53-55.

作者简介：

任海芳，男，1969年生，工程师，研究方向为机械检修。