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1、桥头跳车对行车安全影响评价指标的研究潘晓东 杜志刚杨晓光 摘要:桥头跳车现象影响了驾驶舒适性和行车安全性。通过调查统计和驾驶行车实验，发现驾驶员心率的变动和行车加速度与桥头跳车严重程度有明显的相关性，可作为桥头跳车对行车安全影响的评价指标。研究结果表明,跳车严重时驾驶员心率比驾驶稳定心率增加了1次M-1 以上，加重了驾驶员的心理生理负担，对行车安全产生了较大影响。桥台与路堤的非均匀沉降,引起路面标高突变，这种路桥衔接处的错台，导致车辆通过时产生颠簸,这种现象即为桥头跳车,随着高等级道路的迅速发展,车辆行驶对“快速、安全、舒适”的要求越来越高，当车辆高速驶过桥头时,因桥头跳车引起的颠簸,不但影响
2、驾驶员和乘客的舒适感,甚至造成车辆失控，而且,桥头跳车还会使桥面及伸缩缝过早破坏，影响桥梁的使用寿命。如何评价桥头跳车对行车安全的不良影响,目前还没有可行的评价指标或方法,因而，利用人机工程学的方法研究桥头跳车对行车安全影响的评价指标和方法,具有重要的意义。 1桥头跳车的危害 导致桥头跳车的主要因素是刚性支撑的桥台与柔性填筑的路堤之间的差异沉降,产生这种差异沉降的原因是多方面的,其中有公路路基的沉降、桥台后填土的沉降、路与桥非同步沉降形成的错台等。桥头跳车造成的危害主要表现在以下几个方面: 11 对行车安全的影晌 当车辆行至桥头错台时，为防止车辆的猛烈跳动，一般驾驶员会被迫刹车减速,如此不但可
3、能会引起追尾事故,有时还会因为自身车辆刹车轮的不均衡受力,使车辆严重偏离行车轨迹，造成重大的交通事故。 1. 对驾驶行为的影响 车辆通过桥头陡坎引起跳车，使得车辆颠簸,引起乘客及驾驶员不适，会对驾驶员产生不利的心理影响,严重时会影响正常的驾驶行为,造成行车事故。 13对桥梁结构的影响 车辆通过桥头时产生的跳动和冲击,对桥梁和道路造成附加的冲击荷载，加速了桥台、桥头搭板、支座和伸缩缝的损害，特别是支座和伸缩缝的破坏，同时也加速了车辆机件和轮胎的磨损,缩短了车辆的使用寿命。 2 加速度和驾驶员心率变化的特性 通过询问调查，在通过桥头的行车过程中，受跳车产生的加速度振动刺激的影响，许多驾驶员不同程度
4、承受了心理生理上的负担本研究选取车辆在桥头的加速度变化和对应的驾驶员的心率变化，作为桥头跳车对驾驶行为及行车安全影响的评价指标。 .1 心率的特性 在安静状态下成年男子的心率是6O75次i-1，受行走、跑动等负荷增加的影响,其心率可达10次1或更高.这种心率的升高,与人的作业强度、紧张程度成正比,且与呼吸、循环机能有着密切关系。针对某一种作业,研究其作业环境、作业强度及生理上的负担程度时,多采用观测心率的变化进行分析。心率是用来衡量人心理生理负担的重要指标，对于汽车驾驶员而言，过高的心理生理负担将使人容易疲劳、紧张,导致错误的驾驶行为,极大地影响行车安全。 加速度的特性 在汽车行驶过程中,人、
5、车、路形成一个有机的系统,通过适时测量行进中汽车的加速度，不仅可以反映道路环境状况、汽车的性能,也可用来分析驾驶员的驾驶特性以及受到道路条件影响的程度，进而评价其心理生理的负荷强度，从另一个角度反映道路交通环境的宜人性。 在行车过程中，当汽车加速度绝对值较大时,表明汽车振动的加速度幅值大，当加速度变化快时,表明汽车振动的频率快。当汽车以较大的加速度迅速振动时,人的负荷强度也会迅速增加，因此，加速度的幅值和振动周期是衡量人心理生理负担的重要指标。 3行车实验 将工学与医学相结合,把行车中的车辆加速度变化和驾驶员的心率变化作为评价尺度,定量评价桥头跳车对驾驶员心理生理的影响。实验仪器采用的心率记录
6、仪为POAR (博能)S10型心率表，加速度测试采用的是自主开发的车辆三轴加速度采集仪，实验车辆为海马公司生产的MPV型普力马（排放量1),实验驾驶员为有13年以上驾龄的男性教师。 实验路段为沪青平高速公路A收费站到朱家角路段,路段长约 m,调查对象桥头28处，为使实验结果能客观反映实验道路的运营情况,实验行车速度在该道路的管理速度范围内，介于910kmh-1 之间。 .1 心率的变化 图1是驾驶员在0 时间内分别在静止状态、普通路段行驶状态、桥头跳车状态下的心率变化曲线,从图1可得,静止时心率在7O74次Mn之间变化，变化幅度较小,平均心率为72.5次mi- 。 当汽车以100 mh-的速度
7、行驶时，心率在7478次min之间变化,变化曲线较为平缓,平均心率为75次i-1,可称为行车中驾驶员的驾驶稳定心率,驾驶稳定心率表示行驶在某种道路交通环境下，驾驶员的心率稳定在一定范围内的变化程度,可用行驶区间内心率的平均值表示,驾驶稳定心率一般比静止时有所提高，而且心率曲线的变化幅度也较静止时大，表示驾车状态下紧张程度明显增加。 驾驶员在到达桥头跳车段的过程中，心率迅速上升，由7次M1上升到83次Min-,处于紧张驾驶状态，驾驶负担显著增加,影响了正常的驾驶行为，过了桥头后，紧张程度开始降低,心率随之平稳下降。32 加速度的影响 图2为行车实验中，车辆以约11km.h1的速度通过某桥头时的加
8、速度变化趋势,在通过桥头之前的正常路段，汽车前进方向和竖直方向加速度变化比较平稳，汽车通过桥头时候，竖向加速度迅速上升，在约03 s内上升到3.5 -,并迅速在0. s内降到-.4 ms- ;而前进方向加速度变化幅度相对较小，表明桥头跳车对汽车竖直方向的运动影响远比水平方向影响大。在通过桥头之前,前进方向的加速度一直为负，表明汽车在此过程中，一直做减速运动。 3.3 驾驶舒适性分析为了方便驾驶舒适性分析，取桥头跳车时竖向加速度的最大绝对值为加速度幅值,取加速度幅值所在的一个周期丁（如图中的1.36196 s可视为一个周期）进行振动分析,以具体评价车辆振动对人体舒适性的影响。 由图2可知，车辆经
9、过桥头时,竖向加速度幅值远大于前进方向加速度,而且驾驶员对竖向加速度更为敏感,因此选取竖向加速度为主要研究对象，对人体舒适性进行评价分析。 根据O 2631-192中的有关标准,绘制疲劳界限与舒适界限的拟合曲线如图3所示。其中，舒适界限与保持舒适有关，当人承受的振动强度在这个界限内，人体没有不舒适的感觉,疲劳界限与保持工作效能有关，在此界限之内时人能准确灵敏反应，根据实验8个样本所测得的竖直方向加速度和桥头跳车振动周期计算的振动点分布如图所示，当振动点在舒适界限以下时候，可视为舒适性良好，桥头跳车程度很低，基本不影响驾驶行为,当振动点在舒适界限和疲劳界限之间时,可视为舒适性一般,桥头跳车明显，
10、对驾驶行为有一定的影响,当振动点在疲劳界限以上时,可视为舒适性差，桥头跳车严重,对驾驶行为有相当大的影响，驾驶员高度紧张，影响交通安全。 从图还可看出实验路段上85的振动点处于舒适线以上，属驾驶舒适性一般，4处属于舒适性良好，处属于舒适性差。 结果对比分析 路面高低不平不但产生振动加速度,增加驾驶员的心理生理负荷，而且对驾驶员的视觉刺激和驾驶行为产生较大的影响。长时间行驶在振动加速度变化幅度较大的路段,也极易影响驾驶员的健康。 表1列举了桥头跳车行车实验的结果，跳车不明显时,与驾驶稳定心率758次min-相比,驾驶员平均心率没有明显变化,而跳车明显时，驾驶员平均心率增加了42次n-1 ,心理生
11、理负荷有所加大,对驾驶行为有一定的影响,跳车严重时,驾驶员心率比驾驶稳定心率增加了1次Mi-1以上,可认为对行车安全有较大影响，车辆振动加速度幅值与跳车严重程度成正比在同等振动频率条件下,车 辆振动加速度幅值越大,即跳车严重程度越高，驾驶员更容易紧张疲劳，严重时可诱发交通事故。 结论 桥头跳车现象在高等级公路上非常普遍，不但对行车安全产生不利影响，而且产生的冲击对桥涵和车辆都会造成损坏。桥头跳车对车辆的冲击，使得驾驶员心理生理负荷大大增加,研究虽然只是采用了一个驾驶员作为实验样本,但调查和实验研究结果表明，汽车加速度和驾驶员心率的变动,与桥头跳车程度有明显的相关性，可作为桥头跳车对行车安全和驾驶行为影响的评价指标,关于评价指标的阈值和桥头允许跳车程度,还有待于进一步深化研究。
