山区高速公路湿滑路面行车安全与预警技术研究

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山区高速公路地质地形复杂,桥隧比例高,道路线形指标较差,同时受气候影响导致纵向环境差异大,特别在冬季,温度低,风速大,路面易出现结冰、积雪等湿滑状况,此时路面摩擦系数严重下降,行车稳定性降低,风险提高,极易引发交通事故。目前国内外对于湿滑路面摩擦系数的研究尚处于定性层面,对不同湿滑状态下摩擦系数的实时预警尚未形成系统理论,对策研究仍处于起步阶段。即使智能化的预警能够达到技术层面要求,理论不成熟的情况下将无法得到良好的预警效果。随着我国山区高速公路总里程及汽车保有量的持续增长,管理部门及时准确获取路面状态并采取有效措施,将有利于保障行车安全。
  首先,本文从湿滑路面摩擦系数、行车安全标准及预警技术三方面分析国内外研究现状,结果发现:湿滑路面摩擦系数的研究方法趋于成熟但成果仍处于定性层面,行车安全标准不完善,预警技术面临成本与安全不统一问题,进而确定本文的研究方法与研究内容。
  其次,本文根据山区高速公路气候类型及路面状态特征参数,将湿滑路面表面状态分为潮湿(积水)路面状态、积雪路面状态、结冰路面状态,并对不同湿滑天气下的交通事故,从事件序列分布、形态分布、车辆分布特征角度分析事故发生的差异性,从人—车—路—环境系统分析事故原因,为后续研究奠定基础。
  接着,本文从轮胎—路面接触界面的受力特点分析摆式仪在湿滑状态下的适用性,得出摆式仪适用于潮湿路面、冰水混合物路面、低温厚层冰路面、薄层冰路面状态,并基于室内模拟实验建立湿滑路面摩擦系数与路面特征参数间的定量计算模型。对于积雪路面,采用室外实车实验,利用三轴加速度仪采集加速度变化并建立路面摩擦系数与当量荷载作用次数关系模型。
  随后,根据湿滑路面摩擦系数变化范围,考虑湿滑路面摩擦系数、路段特征及驾驶员行为影响,利用Adams/car整车仿真软件对车辆运行过程中动力学变化规律进行研究并确定安全运行标准。以车辆操纵稳定性与可行性为评价标准,确定小汽车在隧道出口段不同位置及不同摩擦系数突变范围下的最大允许加速度;建立小汽车在湿滑条件下,匀速换道与加速换道的安全运行标准;研究小汽车、客车、挂车在不同半径及超高组合下的安全运行速度及最大安全运行加速度。
  最后,以湿滑路面摩擦系数计算模型及车辆安全运行标准为基础,建立了山区高速公路路面湿滑预警系统,实现对全路段湿滑安全的系统控制及局部路段湿滑状态的预测。
  本文的研究成果可应用于我国山区高速公路易积水、结冰、积雪路段,有效减少成本,实现最大安全效益,为冬季湿滑环境下高速公路运营管理与决策提供理论依据与技术支持。虽然研究取得一定成果,但是仍然有进一步研究空间与价值。
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