轮式装甲车辆公路机动速度与间隔距离的关系研究

[摘 要]针对轮式装甲车辆公路机动增多的实际情况，为有效利用道路容量，同时减少车辆碰撞，运用数学建模的方法，通过计算和列表，对轮式装甲车辆公路机动的速度和间隔距离的关系进行了研究，并提出了以间隔时间来衡量行车间距的简单方法。

[关键词]轮式装甲车辆；公路机动；速度；行车间距；间隔时间

中图分类号：E923 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0333-02

近年来，部队运用轮式装甲车辆在公路上执行快速机动和远程奔袭任务越来越多。如何更好地利用有限的道路容量，提高车辆机动速度，同时避免车辆碰撞，成为亟需解决的问题。

1 研究现状

车辆的纵向间距不够是造成公路事故频发的重要原因，那么，怎样才能有效的控制行车间距呢？目前，测定车距的方法主要有在车上安装防撞系统和在公路上设置距离标志牌、2秒准则或3秒准则等。其中防撞系统未在轮式装甲车辆上应用；设置距离标志牌，由于数量有限，仅能确定50m、100m、150m等固定的间距，局限性较大；2秒准则或3秒准则，从下面的计算与分析可知，并不准确。根据公路上跟车驾驶的实际情况，从提高驾驶员主观能动性的角度出发，提出了用间隔时间来确定行车间距的方法。

2 建立数学模型

所谓行车安全间距是指在同一车道上，同向行驶的前后两车间（后车车头与前车车尾之间），保持既不发生追尾事故，又不降低道路通行能力的适当距离。轮式装甲车辆在公路上机动时，前后跟随的2辆车，其间距的大小必须按前车突然停止、后车制动，保证碰不上前车为原则。根据车辆的制动过程可知，行驶的速度对制动距离影响最大，所以从安全行车的角度考虑，必须在不同的车速下，规定相应的最小行车间距。确定最小的行车间距除考虑车速外，还应考虑制动减速度和后车驾驶员的反应操作时间等[1]。

2.1 模型假设

基于以上分析，做出如下假设：

1）在反应时间内初始车速不变。

2）车辆制动过程中的减速度变化均匀。

3）刹车时使用制动力做的功等于车辆动能的改变，且制动力与车的质量成正比；不考虑空气阻力的影响。

简化的车辆制动过程如下图：

图1 车辆制动简化过程

图中驾驶员反应时间。即驾驶员识别前方情况，并从加速踏板抬起右脚这段时间。为驾驶员移脚时间。指驾驶员将右脚从加速踏板移动到制动踏板的时间；为制动协调时间。指驾驶员从脚踩下制动踏板到制动器开始起作用的时间。为制动力增长时间。指脚力由零上升到最大值所需的时间。为制动持续时间。在这段时间里制动减速度不变，车辆滑行，直至停止。

2.2 数学模型

由图1知，制动距离可由下列部分组成：

1）设，其间行驶的距离为，则（1）；

2）设时间内行驶的距离为，则减速度为；其中为本车的最大减速度，这段时间的行驶距离为：

（2）；

3）设时间内行驶的距离为，时间里减速度是个常数，设是这段时间的始端速度，也是前一段时间的末端速度，即得：

由于时间的末端速度为零，即可求出：，所以

（3）；

设制动距离为，由式（1）（2）（3）得：

（6）；

正常情况下，制动力增长时间比较小，再加上是平方项，故式（6）中的第三项可以忽略，即：

（7）；

2.3 模型参数的确定

本模型要确定的参数有跟车速度、跟车制动最大减速度、驾驶员反应时间、制动协调时间和制动减速度增长时间。

1）值的选择。轮式装甲车辆公路机动速度一般在30km/h到90km/h，因此，本模型中车速分别取：30km/h、40km/h、50km/h、60km/h、70km/h、80km/h、90km/h。

2）值的选择。由公式：制动力，得。即值的大小主要取决于路面的附着系数，本文以通常情况下的沥青路面为研究对象，取0.75[2]，得：

3）驾驶员的反应时间。一般为，为保证安全，在本模型中取。

4）制动器协调时间。气压式制动器协调时间为，在本模型中取。

5）制动器减速增长时间。本模型中取[1]23-30。

则根据式（7）有：

3 车速与间隔时间关系分析

实际上，当后车停止后，为了保证安全，后车与前车仍需保持一定距离，通常情况下为，此时的两车间距称为安全距离，即：，取为，车辆在公路上行驶时，人们认为的安全跟车距离一般为车速（km/h）值，其与安全距离的对比见表1：

表1 跟车距离与安全距离对比表

从上表可以看出，速度越大，跟车距离与安全距离越接近，当达到70km/h两者近似相等，当速度再增大时，跟车距离将小于安全距离，且速度越大，差距越大，即人们认为的安全跟车距离越不安全。

安全时间为安全距离与车速之比，即，将安全时间归整为T，即得到车速与间隔时间的关系，见表2：

表2 车速与间隔时间关系

（说明：由于，当时，省去小数部分，后车制动后仍然不会与前车相撞，此时，T=[]；反之，时，T=[]+1。其中[]为的整数部分。）

4 实际应用

轮式装甲车辆公路机动处于跟车模式的两车，当前车（车尾）经过某一静止参照物时，后车驾驶员以此开始默数秒，至自车车头到达同一参照物为止。若，说明行车间距足够，过大，则行车间距太长，公路利用不充分；若，说明间距过小，不能保证安全，应适当增加行车间距；若，说明行车间距比较适中。当然，实际驾驶中，空气阻力不能忽略，路面的附着系数也不是常数，天气情况等也应考虑。本文以安全行车为前提设置了数学模型中的各参数，相关部队及驾驶员可参照本文，根据实际情况适当选取间隔时间，以保持行车安全。

参考文献

[1] 应世杰.高速公路汽车防撞预警系统的开发研究[D].长安：长安大学，2005：5-6，23-30.

[2] 张树强.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2005：75.

作者简介

胡修文（1985――），硕士研究生