基于PC-Crash的山区高速公路车辆护栏碰撞事故研究

摘要

高速公路路侧护栏是重要的安全设施，尤其在山区高速公路上，由于受地形限制，净区不足或者没有净区，护栏就成为道路安全的最后防线，故路侧护栏对保障行车安全具有重要意义。据统计，发生在山区的交通事故，大多数位于事故黑点路段，如长下坡路段、紧急转弯路段、隧道出入口路段等。本文主要研究山区高速公路弯道路段的护栏选择。　　山区高速公路弯道路段的护栏安全防护功能是否满足安全需求，需要通过试验，从护栏的阻挡功能、缓冲功能和导向功能三个方面进行评价。试验时车辆与护栏的碰撞速度、碰撞角度依据《公路护栏安全性能评价标准》来设定，两个参数均是固定的。而事实上，当车辆在山区高速公路上行驶时，车速会随道路线形的改变而产生变化。当车辆与护栏发生碰撞事故时，碰撞速度与规定的碰撞速度存在一定的差异。同样，对于平曲线段，车辆与护栏碰撞的角度也可能与直线段有所不同。因此，防护需求应该随着道路线形改变而变化。对于失控车辆的防护，归根结底在于护栏防护等级的确定，如果护栏选取时依据事故状态下的车速和碰撞角度，对于确定路侧护栏防护等级更有实际意义。　　考虑到获取路侧事故状态下的车速和碰撞角度比较困难，本文利用PC-Crash仿真软件，依据弯道曲线半径和道路设计速度，设置车辆的类型、运行速度和转向角度为自变量输入参数，司机刹车反应时间、道路摩擦系数为固定输入参数，通过仿真试验得出碰撞角度和碰撞速度，这样更加贴合车辆在弯道路段行驶发生事故时真实的状态。然后根据仿真试验得出的车辆行驶轨迹、加速度曲线、车辆及护栏的形变量等数据，从护栏的阻挡功能、缓冲功能和导向功能三个方面分析护栏的安全防护特性。最后，从交通安全工程学的角度出发，将司机刹车反应时间、转向角度归为人的因素，将车辆重量、车辆几何参数和车辆构成归为车的因素，将道路线形、道路设计速度和路面摩擦系数归为路的因素。从人、车、路三个方面综合考虑，提出依据道路线形、道路设计速度和车辆构成来进行护栏防护等级和形式选择的方法。对《公路交通安全设施设计规范》中根据道路等级、道路设计速度和事故严重程度选择护栏防护等级的方法，做出一定补充。

目录

声明

第1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究目标、内容、技术路线

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

第2 章 汽车与护栏碰撞研究的理论基础

2.1 护栏的作用

2.2 护栏的分类

2.2.1 刚性护栏

2.2.2 半刚性护栏

2.2.3 柔性护栏

2.3 护栏防撞等级

2.4 护栏安全性评价标准

2.5 本章小结

第3 章基于PC-Crash 的车辆-护栏碰撞试验设计

3.1 PC-Crash仿真软件介绍

3.2 车辆与护栏碰撞试验场景设计

3.3 车辆护栏碰撞试验参数设定

3.3.1 车辆的技术参数

3.3.2 车辆-护栏碰撞角度

3.3.3 车辆-护栏碰撞速度

3.3.4 其他参数设定

3.4 车辆-护栏碰撞仿真模型建立

3.4.1 加载车辆模型

3.4.2 加载道路模型

3.4.3 搭建护栏模型

3.5 模型验证

3.5.1 实车试验数据

3.5.2 仿真试验模型

3.5.3 实车试验和仿真试验数据对比

3.5.4 实车试验和仿真试验数据分析

3.6 本章小结

第4 章 车辆-护栏碰撞试验过程及数据分析

4.1 设计速度120km/h、曲线半径650m路段

4.1.1 卡车与HA级刚性护栏碰撞试验

4.1.2 卡车与HA级半刚性护栏碰撞试验

4.1.3 小汽车与HA级刚性护栏碰撞试验

4.1.4 客车与HA级半刚性护栏碰撞试验

4.2 设计速度100km/h、曲线半径400m路段

4.2.1 卡车与HA级半刚性护栏碰撞试验

4.2.2 卡车与HB级刚性护栏碰撞试验

4.2.3 小汽车与HB级刚性护栏碰撞试验

4.2.4 客车与HB级半刚性护栏碰撞试验

4.2.5 卡车与HB级半刚性护栏碰撞试验

4.3 设计速度80km/h、曲线半径250m路段

4.3.1 卡车与HB半刚性护栏碰撞试验

4.3.2 卡车与SS级刚性护栏碰撞试验

4.3.3 小汽车与SS级刚性护栏碰撞试验

4.3.4 客车与SS级半刚性护栏碰撞试验

4.3.5 卡车与SS级半刚性护栏碰撞试验

4.4 本章小结

第5 章 山区高速公路弯道路段护栏选择建议

结论

1. 论文总结

2. 研究展望

致谢

参考文献

附 录 A