车辆事故成因及影响因素快速勘查

道路交通安全主要与人、车、路、环境组成的系统有关，汽车是这一系统中潜在危险性最大的环节。汽车作为交通系统中的主体之一，其性能和结构对交通安全有直接影响。汽车安全性分为主动安全性、被动安全性、事故后安全性和生态安全性。汽车主动安全性是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的能力，主要取决于车辆的使用性能，包括汽车制动性、制动稳定性、行驶稳定性、操纵稳定性、动力性以及驾驶人工作位置的状况等。汽车被动安全性是指发生交通事故后，汽车本身减轻人员受伤和货物受损的性能，又可分为内部被动安全性和外部被动安全性。汽车事故后安全性是指事故发生后，车辆的结构和性能设计具有帮助车内乘员逃生和自救的能力，例如发车碰撞后，车辆设计门锁能自动打开、车门能够开启等措施以帮助车内驾乘人员逃生。生态安全性主要包括尾气排放和车辆噪声等。在这里主要介绍车辆的主动安全性和被动安全性。

（一）车辆的主动安全性

汽车的主动安全性是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的能力，主要取决于车辆的使用性能。这里主要介绍与交通安全关系重大的汽车制动性、操纵稳定性及轮胎的安全性。

1.汽车制动性

汽车的制动性是指汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定和在下长坡时能维持一定车速的性能。汽车制动性是汽车的主要性能之一。重大道路交通事故通常与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑及前轮失去转向能力等情况有关。制动跑偏、侧滑及前轮失去转向能力是造成交通事故的重要原因。例如我国某市市郊一山区公路，根据两周（雨季）发生的7起交通事故分析，其中6起是由于制动时后轴发生侧滑或前轮失去转向能力造成的。西方一些国家的统计表明，发生人身伤亡的交通事故中，在潮湿路面上约有1/3与侧滑有关；在冰雪路面上有70%～80%与侧滑有关。根据对侧滑事故的分析，其中50%是由制动引起的。因此，汽车制动性是汽车安全行驶的重要保障。

（1）制动性及评价指标 汽车的制动性主要从制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三个方面来评价。

1）制动效能。制动效能是指汽车在良好的路面上，以一定初速度制动到停车的制动距离或所经历的时间或制动时汽车的减速度。它是制动性能最基本的评价指标。

制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，它指的是汽车以一定速度行驶时，从驾驶人开始操纵制动踏板到汽车完全停止所驶过的距离。制动距离与制动踏板力、路面附着条件、车辆载荷等许多因素有关。

制动时间指驾驶人踩着制动踏板到汽车完全停止所经历的时间。制动时间是一个间接评价制动性能的指标，虽很少单独使用，但作为一个辅助的检验指标，有时（如各车轮制动协调）还是不可缺少的。

制动减速度与地面制动力有关，因此它取决于制动器制动力及路面附着力。在评价汽车制动性能时，由于瞬时减速度曲线的形状复杂。不好用某一点的值来代表，所以我国的行业标准采用平均减速度的概念，即

式中 t₁——制动压力达到75%最大压力的时刻；

t₂——到停车总时间2/3的时刻。

ECE R13和GB 7258—2012采用的是充分发出的平均减速度（m/s²），即

式中 v_b——0.8v₀的车速（km/h）；

v_e——0.1v₀的车速（km/h）；

v₀——起始制动车速（km/h）；

s_b——车速从v₀到v_b车辆驶过的距离（m）；

s_e——车速从v₀到v_e车辆驶过的距离（m）。

2）制动效能的恒定性。制动效能的恒定性是指在制动过程中，制动器抵抗热衰退的能力和水湿恢复的能力。汽车在频繁的工作条件下制动时（例如在下长坡时，制动器就要较长时间连续进行较大强度的制动），制动器温度可达到300℃以上。高速制动时，制动器温度也会很快上升。制动器温度上升后，摩擦力矩会显著下降，这种现象称为制动器的热衰退。热衰退是目前制动器不可避免的现象。制动效能的恒定性主要指的是抗热衰退性能。制动器抗热衰退性能一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。

汽车涉水后，制动蹄片与摩擦盘（片）之间会有水膜，影响制动效能。因此，制动器设计时要有排水设施，特别是盘式制动器。

一般盘式制动器的抗热衰退性能和水湿恢复能力要强于鼓式制动器。

3）制动时汽车的方向稳定性。制动过程中，有时会出现制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力而使汽车失去控制离开原来的行驶方向，甚至发生撞入对方车辆行驶车道、下沟、滑下山坡等危险情况。一般称汽车在制动过程中维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力为制动时汽车的方向稳定性。制动时汽车的方向稳定性主要表现为制动跑偏、侧滑和前轴失去转向能力。

制动跑偏是指制动时汽车自动向左或向右偏驶的现象。制动时汽车跑偏的原因有两个：一是使用或调整不当，包括汽车左、右车轮，特别是前轴左、右车轮制动器制动力不等或前轮定位失准、车架偏斜、装载不合理或受路面的影响等。二是制动时悬架导向杆系与转向杆在运动学上相互干涉。第一个原因是制造、调整的误差或使用不当。汽车究竟向左还是向右跑偏，要根据具体情况而定，因此是非系统性的。而第二个原因可能是设计上存在缺陷或车辆发生过碰撞事故，损害波及悬架或转向系，制动时总向一个方向跑偏，因此是系统性的。

侧滑是指制动时汽车的某一轴或两轴发生横向移动。汽车之所以会出现上述现象，是因为汽车在制动时失去了对侧向力的抵御能力。一般分三种情况：

一是前轮无制动力，后轮有足够的制动力。当车速低于25km/h时，后轴有轻微侧滑；随着车速的增加，汽车后轴的侧滑角度增大；当车速超过50km/h时，后轴发生180°侧滑。

二是后轴无制动力，前轮有足够的制动力。即使车速很高，汽车纵轴线的转角也不大于10°，具有良好的方向稳定性，但是车辆如果处于弯道，制动时由于前轮抱死而失去方向控制性。

三是前后轮都有制动力，但前后轮抱死拖滑的次序和时间不同。若前轮先于后轮抱死拖滑，汽车基本上按直线行驶，但失去转向能力；若后轮先于前轮抱死拖滑，但间隔时间不足0.5s，且车速较低时，汽车基本按直线行驶；若后轮先于前轮抱死拖滑，但间隔时间超过0.5s，且车速高于50km/h时，汽车将发生180°侧滑。

最危险的情况是高速制动时发生后轴侧滑，此时汽车常发生不规则的急剧回转运动而失去控制，使得驾驶人难以控制汽车。易发生侧滑的汽车有加剧汽车跑偏的趋势，而严重的制动跑偏也会引起后轴侧滑，可见跑偏和侧滑是有联系的。

（2）改善制动性能的措施 影响汽车制动性能的因素很多，有的来自汽车制动系统，例如制动器类型、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦系数及车轮半径等；还有的来自外界行驶条件，例如道路条件、气候条件、交通状况等。

1）提高制动效能。提高制动效能意味着用较小的制动踏板力就能得到必要的制动力或制动减速度，这对于降低驾驶人劳动强度，保证行车安全具有重要意义。为了提高制动效能，汽车上普遍装有制动助力装置和ABS装置。制动助力装置可以增加驾驶人施加于制动踏板上的力或增大制动管路压力，从而加速制动动作，提高制动效能。ABS可以使地面附着系数始终维持在峰值附着系数附近，确保制动时，地面可提供最大的制动器制动力。此外，合理优化制动系统结构，也可以提高制动效能。例如，加大制动踏板杠杆比；减小制动总泵缸径；增大制动分泵缸径；提高制动器摩擦片的摩擦系数；加大制动盘或鼓的直径等均可提高制动效能。

2）提高制动效能的恒定性。制动效能的恒定性取决于制动器结构和制动器摩擦副的材料。不同结构的制动器制动效能不同。自增力式制动器，因为具有增力作用，制动效能最好，以下依次为双领蹄式制动器、领从蹄式制动器，但自增力式制动器的制动效能对摩擦系数的依赖性很大，因此其制动效能的热稳定性最差。盘式制动器与鼓式制动器相比冷却性好，排水性也好，制动效能变化小。摩擦片应采用耐磨材料，并注重制动器的维护，应在规定的行驶里程内更换制动器的摩擦片。

3）提高制动时的方向稳定性。制动跑偏多数是由于汽车技术状况不佳造成的，经过维修调整可以解决制动跑偏问题。

制动时如果前轮先抱死滑移，直线行驶时基本处于稳定状态；若在弯道上行驶时，汽车丧失转向能力，会沿弯道切线冲出道路。如果在驶入弯道之前松开制动踏板，可重新获得转向能力。

不能出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前轴车轮先抱死的情况，以防止后轴侧滑的危险。

理想的情况是制动时防止任何车轮抱死，前、后车轮都处于滚动状态，这样可以确保制动时的方向稳定性。所以，设计汽车制动系时，应准确确定前、后轮制动器制动力分配的比例。近年来，在汽车制动系统中加装了防抱死制动装置（ABS）、制动器制动力电子分配系统（EBD）、行车电子稳定程序（ESP）等主动安全电子设备，使制动效能、制动时的方向稳定性有了明显提高。

当路面潮湿、滑溜等引起附着系数变小时，制动时很容易引起侧滑。这是由于轮胎的侧向附着力减小，无法控制车辆的侧向运动而造成的。因此，改善路面状况，提高路面附着系数，是防止侧滑的有效措施。

制动初速度对侧滑影响较大。一般是车速低时不产生侧滑，而车速高时会产生侧滑。对于货车，空载比满载时容易侧滑且侧滑距离较大。

制动时产生载荷前移，前轴负荷加大，后轴负荷减小，所以后轮容易抱死。为此，汽车上装有制动力调节装置，如限压阀、比例阀等来调节前、后轴制动力。

2.汽车操纵稳定性

汽车的操纵稳定性包含互相联系的两个方面，即操纵性和稳定性。操纵性是指在驾驶人不感到过分紧张、疲劳的情况下，汽车能遵循驾驶人意图，通过转向系及转向车轮给定的方向行驶；稳定性是指汽车遇到外界干扰时，能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。

汽车的操纵稳定性是决定汽车高速安全行驶的主要性能之一。设计汽车时，若不考虑汽车的稳态转向特性，对于过多转向或中性转向的汽车，在转向时驾驶人未能及时调整转向盘转角并降低车速，则会导致汽车失控而造成交通事故。

汽车的瞬态响应运动状态随时间而变化，但变化应及时。否则已经转动了转向盘，而车辆却迟迟没有反应，驾驶人会感到汽车转向不灵敏，不能“得心应手”地进行操作。当遇到紧急情况时，因转向不灵而无法应对，易造成交通事故。

汽车转向系统使用后因其磨损而使各零件间隙变大，使前轮定位失准，悬架和转向机构不协调，因而使直线行驶的汽车出现摆头现象。摆头不仅会加剧零部件的磨损，使驾驶人操作疲劳，更严重的是使驾驶人感觉汽车操纵性差，行车安全感极差。

为了降低驾驶人的劳动强度，要求汽车具有转向轻便性。要求转向力要在规定的范围内，若转向力过大，会增加驾驶人的劳动强度，在急转弯或紧急避让时会造成转向困难或不能完成转向动作，对汽车安全行驶有很大的影响。若转向力过小，会使转向发飘，驾驶人路感降低，对安全运行也不利。

总之，汽车的操纵稳定性差，就不能准确响应驾驶人的“转向指令”，当汽车受外界干扰后难以迅速恢复原来的行驶状态。操纵稳定性差可能引起汽车摆头、转向沉重、转向甩尾、高速发飘、斜行、不能自动回正等现象，使汽车行驶的安全性变差，极易出现交通事故，严重影响交通安全。在汽车行车安全日益重要的今天，操纵稳定性作为与汽车行车安全密切相关的性能也日益受到重视。操纵稳定性好的汽车应该在驾驶人的“掌握”之中，行驶起来得心应手，完全遵从驾驶人的操纵意愿，且操纵起来并不费力费神。即使偶有外界干扰，例如横向风、不平路面等，也应能维持原来的行驶方向安全行驶。

（1）操纵稳定性及评价 汽车操纵稳定性所包含的内容较多，它需要采用多个物理量从多个方面进行评价，其主要内容包括：稳态响应、瞬态响应、回正性、直线稳定性、转向轻便性及抗侧翻能力等。

1）稳态响应。汽车等速直线行驶是一种稳态，若在汽车等速直线行驶时，急速转动转向盘至某一转角，停止转动转向盘并维持此转角不变，汽车经过较短时间后便进入等速圆周行驶状态，这也是一种稳态，在稳态下由于“干扰”（操纵转向盘转向、横向风作用、路面不平等）而引起的车辆响应称为稳态响应。

汽车的稳态转向特性分为三种类型：不足转向、中性转向和过多转向，如图3-7所示。这三种不同转向特性的汽车具有如下行驶特点：在转向盘保持一固定转角δ_w，缓慢加速或以不同车速等速行驶时，随着车速的增加，不足转向汽车的转向半径R增大；中性转向汽车的转向半径维持不变；而过多转向汽车的转向半径则越来越小。

图3-7 汽车的三种稳态转向特性

具有不足转向特性的汽车操纵稳定性较好。因为汽车转弯时，离心力与速度的平方成正比，与转弯半径R成反比，因此具有不足转向特性的汽车，由于转向半径的增大，使离心力减小，对安全行驶有利。具有过多转向特性的汽车，随着车速的增加，转向半径减小，使离心力增大，对安全行驶不利。具有中性转向特性的汽车，虽然转弯半径不随车速变化，但是在使用条件变化时，有可能转变为过多转向特性而失去稳定，对汽车的安全行驶极为不利。

综上所述，汽车通常设计成具有适度的不足转向特性，而不是具有中性转向特性或过多转向特性。

2）瞬态响应。在等速直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过渡过程便是一种瞬态，相应的瞬态运动响应称为瞬态响应。瞬态响应的好坏直接影响汽车的操纵稳定性。比如变换车道行驶、避让障碍行驶以及对意外情况的处理，驾驶人都会遇到猛打转向盘及迅速回正的问题。

汽车瞬态响应的运动状态随时间变化而变化。如图3-8所示，为一辆等速行驶的汽车在t=0时，驾驶人急速转动转向盘至角度δ并维持此转角不变时的汽车瞬态响应曲线。用横摆角速度ω_a描述汽车的瞬态响应，可以看出，给汽车以转向盘转角阶跃输入后，汽车横摆角速度经过一个过渡过程后达到稳态横摆角速度ω_a0，此过渡过程即为汽车的瞬态响应。汽车的瞬态响应与反应时间T（横摆角速度由0达到稳态横摆角速度ω_a0的时间）有关，反应时间越短，驾驶人感到转向响应越迅速、及时，否则就会觉得转向迟钝。另外与进入稳态所经历时间σ（横摆角速度达到稳态值95%～105%的时间）有关，进入稳态所经历时间越短，说明横摆角速度收敛越好，汽车很快达到新的稳定状态。

图3-8 转向盘转角阶跃输入下的汽车瞬态响应

3）回正性。汽车完成变道、避让、转弯等行为后要进行回正，要求汽车能自动回正，即驾驶人松开转向盘时，转向盘应能迅速回正。回正性是衡量汽车操纵性的指标之一，回正能力差的汽车不容易操纵，即操纵性不佳。

4）直线稳定性。直线行驶的汽车，驾驶人并没有转动转向盘，有的汽车会在某一车速或某一车速以上，甚至偶遇路面不平便会左右反复摆动，这种现象称为摆头。摆头使驾驶人紧张疲劳，汽车操纵稳定性变差，降低了行车安全性。

5）转向轻便性。转向轻便性是衡量汽车操纵性的指标之一，GB7258—2012《机动车运行安全技术条件》中要求转向时施加于转向盘外缘的最大切向力不得大于245N，当车辆转向桥轴载质量大于4000kg时，必须采用转向助力装置。

6）抗侧翻能力。汽车在侧坡上直线行驶时，若侧坡角过大，就可能发生侧翻。降低汽车质心高度和增加轮距，可防止侧翻。GB 7258—2012《机动车运行安全技术条件》中要求，汽车在空载、静止情况下，侧翻极限角不得小于28°（双层客车）、30°（总质量为车辆整备质量的1.2倍以下的车辆）、35°（其他车辆）。

（2）改善汽车操纵稳定性的主要途径 操纵稳定性与汽车的转向系、行驶系、轮胎及车辆的空气动力学密切相关。

1）增加轮胎的侧偏刚性。增加轮胎的侧偏刚性可以使操纵稳定性得以改善。使后轮轮胎的侧偏刚性大一些，有利于不足转向，在汽车使用中可通过提高后轮轮胎的充气压力来达到提高侧偏刚性的目的。此外，还可以通过选择不同类型的轮胎来提高侧偏刚性，如子午线轮胎的侧偏刚性较高。

汽车装载时，适当增加前轮载荷，即汽车重心偏前，会使前轮偏离角增加，后轮偏离角减小，容易产生不足转向，改善操纵稳定性。

2）转向主销后倾和内倾。转向轮定位中的主销后倾和主销内倾都有使车轮自动回正的作用。主销后倾角和主销内倾角不宜过大或过小。若主销后倾角过小，则起不到自动回正的作用；若主销后倾角过大，会引起转向沉重；若主销内倾角过大，转向时会增加轮胎与地面间的磨损。因此应合理地选择转向轮定位参数。

3）减小前轮前束值。转向轮定位中减小前轮前束值可以降低前轮摆振，从而减轻汽车的摆头现象，提高汽车操纵稳定性。

4）加装转向助力装置。为了减轻驾驶人转向操纵力，越来越多的汽车加装了转向助力装置。转向助力装置可以同时满足转向灵敏性和轻便性。转向助力装置分为液压式和气压式两种；液压式体积小，工作可靠，应用广泛。目前转向助力装置已发展为带感速机构的助力装置，即根据不同车速提供不同的助力。通常为车速越低，助力越大；车速越高，助力越小。如此既降低了驾驶人的操纵强度，又不至于在高速时转向盘过轻而产生不安全感。

5）加装电子稳定程序。ESP从字面上理解其实只是一套车身稳定控制程序的缩写，本身不包含任何部件，只是一套软件（控制算法）的名称。后来人们习惯了，才把它当做整套系统的名称。要让ESP发挥它的控制功能，必须要有一套传感机构、一套伺服机构和一台行车电脑。

要了解ESP对车身稳定性的影响，首先要了解影响汽车行驶稳定性的因素。开过车的人都能体会，车辆在转弯时，车身会向转弯的反方向发生侧倾。转向角度越大，侧倾就越厉害，如果车速加快，侧倾也会随之加大。当侧倾的角度超过极限值时就会发生翻车事故；同样的道理，如果车速过快或转向角度过大，一旦超过轮胎抓地力的极限，车辆的横向加速度就会突然减小，让车辆偏离原有运动轨迹，循迹性降低，严重时会使整车失控。这种情况在雨天和冰雪路面更加容易发生。那么ESP电脑怎么样知道车辆的运动状况是否接近极限呢？

这就需要两套传感器为电脑搜集行车信息：一套是转向盘转向角度传感器；一套是车轮转速传感器（每个车轮上都装有）。前者用来收集驾驶人的转向意图，后者用来监测车辆运动状况。当转向盘转向角度传感器检测到驾驶人的转向角度后，就会通知ESP电脑；与此同时，各个车轮转速传感器测得的车轮转速信息也会传递到ESP电脑。电脑可以根据各个车轮的转速计算出车辆的实际运动轨迹。如果实际运动轨迹跟理论运动轨迹有区别，或者检测出某个车轮打滑（丧失抓地力），电脑就会首先通知节气阀，减小开度（收油）。然后通知制动系统对某个车轮进行制动，来修正运动轨迹。如图3-9所示，当转向不足时，ESP主要对曲线内侧的左后轮进行制动，产生一种反偏航转矩，使汽车重返到正确的曲线上来。如图3-10所示，当转向过度时，ESP主要是对曲线外侧的右前轮进行制动，以平衡即将产生的甩尾倾向。当实际运动轨迹与理论运动轨迹（驾驶人意图）相一致时，ESP自动解除控制。

图3-9 转向不足措施

图3-10 转向过度措施

图3-11 子午线轮胎与斜交轮胎的比较

1—普通斜交轮胎 2—子午线轮胎

3.汽车轮胎与交通安全

轮胎是汽车的重要部件。它的性能对汽车的动力性、制动性、行驶稳定性、平顺性和燃油经济性等都有直接影响。

（1）轮胎结构及特点 现代汽车使用的几乎都是充气轮胎。充气轮胎按胎体中连线排列方向的不同，可分为普通斜交轮胎和子午线轮胎。

普通斜交轮胎的结构特点是相邻帘布层帘线交错排列，所以帘布层的层数都是偶数，且具有一定的胎冠角。

子午线轮胎的结构特点是帘线呈子午向排列。这样，帘线的强力就得到充分利用，帘线所承受的负荷比普通斜交轮胎小，故子午线轮胎的帘布层比普通斜交轮胎约减少40%～50%，且帘布层数也可以是奇数。

1）子午线轮胎与普通斜交轮胎相比有以下优越性能。

一是使用寿命长。由于胎体帘线和缓冲层帘线交叉于三个方向，这样就形成了许多密实的三角形网状结构，阻止了胎面周向和侧向伸缩，从而减少了胎面与路面间的滑移；又因胎体的径向弹性大（见图3-11a），接地面积大，对地面的单位压力小，使胎面磨耗小。耐磨性强，行驶里程比普通斜交轮胎高50%～100%。

二是滚动阻力小。由于胎冠具有较厚而坚硬的缓冲层，轮胎滚动时胎冠变形小、消耗能量小、生热低，且胎体帘布层数少，胎侧薄，所以其滚动阻力比普通斜交轮胎小20%～30%（见图3-11b）。因此可以降低汽车耗油量3%～8%。

三是附着性能好。因为胎体弹性好，接地面积大，胎面滑移小，制动性能得以改善。

四是缓冲性能好。因为胎体径向弹性大，可以缓和不平路面的冲击，使汽车行驶的平顺性得到改善。(www.xing528.com)

五是负荷能力大。由于子午线轮胎的帘线排列与轮胎主要的变形方向一致，因而使其帘线强度得到充分有效的利用。故这种轮胎一般比普通斜交轮胎所能承受的负荷高。

2）子午线轮胎也有其不足之处。子午线轮胎由于带束层强度很大，造成胎面较硬，当低速驶过不平路面时，会直接传递冲击。此外，胎侧较薄、变形大，会引起胎面与胎侧的过度区域处破裂。近年来，子午线轮胎不断改进，其不足之处已经基本得到改善。如配合悬架机构优化设计，使得子午线轮胎的耐冲击性得到很大提高，又如使用低的高宽比子午线轮胎可以获得较高的转向稳定性。

（2）轮胎胎面花纹 轮胎与路面间的附着性能、排水能力、轮胎的耐磨性等都与轮胎花纹有关，而这些性能都与汽车行驶安全密切相关。因此，轮胎花纹对汽车的行驶安全有着直接影响。轮胎花纹形式多种多样，目前广泛使用的胎面花纹形式有三种：普通花纹、越野花纹和混合花纹。

1）普通花纹。普通花纹是花纹细而浅，花纹块接地面积较大，耐磨性好，附着性较好，适合在比较清洁、良好的硬路面上使用。它分为横向花纹、纵向花纹、组合花纹。横向花纹的结构特点是胎面横向连续，纵向断开，因而胎面横向刚度大，而纵向刚度小，轮胎的附着性能表现出纵强而横弱。纵向花纹的结构特点是纵向连续，横向断开，因而胎面纵向刚度大，而横向刚度小，轮胎的附着性能表现出横强而纵弱。因而抗侧滑能力较强，滚动阻力小于横向花纹的轮胎，其散热性较好、噪声小。其不足之处是花纹沟槽容易嵌夹石子。组合花纹轮胎是以纵向花纹为主，采用横向的细缝花纹连通纵向沟槽，使其排水性能更好，并有利于散热。另外这种花纹的轮胎附着性能好，有利于改善汽车的操纵性和制动性。

2）越野花纹。越野花纹的特点是花纹沟槽宽而深，花纹接地面积比较小（约40%～60%）。在松软路面上行驶时，一部分土壤将嵌入花纹沟槽之中，必须将嵌入花纹沟槽的这一部分土壤剪切之后，轮胎才有可能出现打滑。因此，轮胎与地面的附着性能好，越野能力强，适合于较差的路面或无路地区使用。

3）混合花纹。混合花纹是普通花纹和越野花纹之间的一种过渡性花纹。其特点是胎面中部具有方向各异或以纵向为主的窄花纹沟槽，而在两侧则具有以方向各异或以横向为主的宽花纹沟槽。这样的花纹搭配使混合花纹的综合性能好，适应能力强。它既能适应良好的硬路面，也能适应碎石路面、雪泥路面和松软路面。因此，混合花纹附着性能优于普通花纹。

（3）轮胎与交通安全 轮胎与汽车安全行驶相关的特性有负荷、气压、高速性能、侧偏性能、水滑效应、耐磨耐穿孔性等。

1）轮胎负荷与气压。轮胎的负荷与气压有对应关系。为了行驶安全，必须根据汽车的最大总质量来选用相应负荷的轮胎，切不可超负荷使用轮胎。轮胎在最大负荷状态下，均规定了其所允许的最大胎压。同一规格的轮胎，充气气压越高，所能承受的负荷也会越大，但气压过高会使内胎不堪承受而爆裂，对于外胎会使胎冠中心部分异常磨损、降低轮胎的使用寿命。充气轮胎也不能低于规定值，如若气压偏低，不仅使轮胎的承受负荷降低，滚动阻力增大使动力性、经济性下降，还会使制动、转向性能受到影响，轮胎胎肩也会出现异常磨损而降低使用寿命。

2）轮胎的高速性能。轮胎的高速性能是指高速行驶时轮胎的适应性，一般用许用额定车速来表示。选用轮胎时，要选用大于或等于车辆最高车速的轮胎，这样才能保证持续高速行驶时轮胎不至于发生问题。另外，汽车高速行驶时轮胎有可能出现驻波现象。当轮胎达到某一旋转速度时，轮胎表面的变形来不及完全恢复就形成驻波，其表现为轮胎接地面后部的周围面上出现明显的波浪状变形，其结果使滚动阻力急剧增加，轮胎迅速升温至危险温度，导致橡胶脱层直至爆破损坏。产生驻波现象时的车速称为临界车速，轮胎的额定车速应小于驻波时的临界车速。

3）轮胎的侧偏性能。轮胎的侧偏特性主要指侧偏力、回正力矩与侧偏角之间的关系。汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时的离心力等作用，车轮中心将作用有侧向力，相应地在地面上产生地面侧向反作用力F_y，该力称为侧偏力。由于车轮具有侧向弹性，当其受到侧向力时，即使侧偏力没有达到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮中心平面的方向，这就是轮胎的侧偏现象。当车轮滚动时，轮胎与地面接触印迹的中心线与车轮平面的夹角α，即为侧偏角。侧偏角的大小与侧偏力的大小有关。侧偏角α不超过5°时，F_y与α呈线性关系。汽车正常行驶时，侧向加速度不超过0.4g，侧偏角为4°～5°，可以认为侧偏角与侧偏力呈线性关系。F_y-α曲线在α=0°处的斜率为侧偏刚度k，即有

F_y=kα （3-5）

侧偏刚度是决定汽车操纵稳定性的重要参数，侧偏刚度大的轮胎侧偏性能好，即转弯能力、抗侧滑能力强。因此，轮胎应有高的侧偏刚度，以保证汽车具有良好的操纵稳定性。

轮胎的侧偏刚度与轮胎的尺寸、形式和结构参数有关。尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度；子午线轮胎接地面宽，一般侧偏刚度较大，钢丝子午线轮胎比尼龙子午线轮胎的侧偏刚度还要高些。

4）轮胎的水滑效应。当汽车在具有一定厚度水膜的路面上以较高的速度行驶时，轮胎会浮在水面上打滑，丧失汽车的操纵性、制动性和驱动性，这种现象叫做轮胎的水滑效应。水滑效应的实质是轮胎与路面已无直接接触，其中间隔着一层水膜，从而大大降低了路面对轮胎的附着作用，使汽车的操纵性、制动性及驱动性降低。

为了避免水滑效应的发生，可以从轮胎和路面两个方面采取措施：提高轮胎充气压力，降低轮胎运动速度，选用排水性能好的轮胎花纹；采用透水路面，做好中央分隔带的排水，适当提高路面横坡，及时排除路面上的积水。

5）轮胎的耐磨耐穿孔性。轮胎的耐磨耐穿孔性与行车安全也有密切关系。轮胎磨损不仅使附着力下降，尤其在湿滑路面上，还会使制动、转向能力下降，这些都会影响到行车安全。如果轮胎磨损过度会导致帘线外露、胎面开裂等，无法保证轮胎的强度。而轮胎的强度却是耐穿孔性及耐爆破性能所要求的。在轮胎胎肩沿圆周若干等分处模印有“Δ”标志。当胎面花纹磨损到沟槽底部约1.6mm时（大部分轿车轮胎如此规定），在“Δ”处花纹便已磨掉，在胎面圆周上呈现出若干等分的横条状光胎面，以此警示该轮胎已不能再继续使用，必须及时更换。

汽车轮胎可以说是汽车上最重要而又最容易被忽视的部件。凡是与驾驶（起步、运行、制动、停车等）有关的问题都和轮胎有关，它对行车安全和驾驶的操控性能有着重要的作用。近年来，随着道路条件的改善和汽车技术的进步，汽车行驶呈现高速化，轮胎的不合理使用将直接威胁行车安全。据统计，在高速公路上发生的交通事故中，因轮胎故障和使用不当造成的交通事故占事故总数的20%。可见，轮胎与行车安全关系紧密。

4.汽车的相关结构及装置对交通安全的影响

汽车的结构对车辆的安全性有较大影响。汽车结构在设计时既要满足驾驶人的生理特点，同时又要满足驾驶人的心理特点，使驾驶人感觉安全。提高感觉安全的技术措施有：尽可能大的驾驶视野；仪表和警告灯信息的视认性良好；优良的配光特性、照度和照明设备，等等。

（二）车辆的被动安全性

随着科学技术的发展，汽车主动安全技术将在交通安全中发挥越来越大的作用。尽管如此，仍然不可避免地会发生意外事故，此时，汽车被动安全技术将是减轻人员伤害和财产损失的唯一保障。

汽车被动安全是指发生事故后，汽车本身减轻人员受伤和货物受损的性能，即汽车发生碰撞事故时，如何对驾驶人、乘员及货物进行保护，尽量减少其所受的伤害和损坏。通常减轻车内乘员受伤和货物受损的性能称为内部被动安全性，又称自保护；减轻对事故所涉及的其他人员和车辆损伤的性能称为外部被动安全性，又称他保护。

提高汽车的被动安全性，可以从以下两个方面采取对策：首先，提高汽车结构的安全性，即使汽车碰撞部位的塑性变形尽量大，吸收较多的碰撞能量，降低汽车减速度的峰值，尽量减缓一次碰撞的强度；使汽车驾驶室及车厢有足够的强度和刚度，确保汽车乘员的生存空间，并保证发生事故后乘员能够顺利逃脱。其次，使用车内保护系统，即使用安全带、安全气囊等保护装置对驾驶人及乘员加以保护，通过安全带的拉伸变形和气囊的排气节流阻尼吸收乘员的动能，使猛烈的二次碰撞得以缓冲，以达到保护驾驶人和乘员的目的。

1.减轻乘员伤害的结构措施

（1）安全车身 汽车碰撞时，车体结构的安全作用是在吸收汽车动能的同时减缓乘员移动的过程，并保证乘员有生存的空间。

1）汽车正面碰撞保护。据统计两车碰撞，60%为正面碰撞。汽车在设计时，一般考虑设计多级碰撞保护。如图3-12所示，当撞击力较小时，利用缓冲装置和缓冲材料设计制造吸能式保险杠来保护被撞击的行人安全。保险杠的高度应合理。从减轻事故中受伤程度看，行人与保险杠的碰撞部位在膝盖以下为好，因此，希望保险杠降低。但保险杠过低，会加大被撞人头部在发动机罩或风窗玻璃上的撞击速度。所以保险杠高度一般取330～350mm，可以保证大部分行人的碰撞部位发生在膝盖以下，且不产生过大的转矩。

当撞击力继续加大，可通过车身上或车架设计的褶叠吸能区按预先设计方式溃缩吸收能量，确保车内驾乘人员安全。当车速较高，撞击力更大时，变形波及刚性较强的发动机时，应采取发动机下沉式车身设计，确保撞击力过大时发动机下沉。此种设计，一是可避免发动机进入驾驶室，侵占驾乘人员生存空间；二是可保证发动机下沉后进入车底，顶起车辆，使整车重心上行消耗一部分能量，另外，发动机舱溃缩也可吸收能量。随着撞击力的继续加大，鸡蛋式应力车身设计会把撞击力均匀地分配给车身桁架的每一根梁柱。确保虽车身变形扭曲，但生存空间尤在，如图3-13所示（见彩图）。

图3-12 车辆正面碰撞能量吸收图

图3-13 鸡蛋式应力车身设计撞击力分布图

为保证驾驶室具有足够的生存空间和承载能力，在承载式车身的门、梁、框、地板、车顶、A柱、B柱、C柱的材质选取上，一般都选用超高强度钢或特高强度钢。

2）侧面碰撞保护。车辆受到侧面碰撞时，车身设计应将撞击力有效转移到车身具有保护作用的梁、柱、地板、车顶等部位，以此“分散吸收”撞击力。侧面碰撞的保护措施主要有：一是增加车门强度。如增加门板厚度，会增加车重，所以广泛采用在车门内增加防撞钢梁。二是增加侧面物件强度。如增加门、栏、梁强度、安装横梁系统、合理设计门销及门铰链等。三是采用先进的焊接工艺。如从A柱到C柱的车棚顶，较长距离采用激光焊接工艺，会使车身刚度大为增强。四是合理设置前置后驱车的传动轴通道。

3）尾部碰撞保护。车辆碰撞中，追尾碰撞比例占13%，高速公路比重更高。尾部碰撞保护，包括设计带有塑料缓冲层和高强度杠铁的吸能与强度兼顾的后保险杠、还可利用行李箱塑性变形吸收能量和备胎弹性变形吸收能量等。

4）翻车保护。在车身顶部使用超高强度钢，加强车顶纵梁及力柱强度；在大型车的顶部设置车顶翻车保护杠，特别是有天窗的车辆等。

5）火灾安全防护。合理布置油箱，“后桥上方，车轮内侧”，做好隔热、防撞设置；密闭汽车的加油口，按国家标准控制撞车时燃油的泄漏量；燃油管布置应具有多个变形自由度，采用阻燃材料，防止撞击产生火花。

（2）安全座椅 汽车座椅是汽车中将乘员与车身联系在一起的重要内饰部件。它直接影响到整车的舒适性和安全性。在汽车交通事故中，座椅在减少乘员损伤中起到重要的保护作用。首先，在事故中它要保证乘员处在自身的生存空间内，并防止其他车载体（如其他乘员、货物）进入这个空间。其次，要使乘员在事故发生过程中保持一定的姿态，使其他约束系统能充分发挥保护效能。因此，安全座椅应具有在事故发生时能最大限度地减轻对驾驶人及乘员造成伤害的能力。座椅主要由靠背、头枕、坐垫、与车身相连接的固定部件等组成，如图3-14所示。

座椅强度是其安全性的重要保障。汽车行驶中，座椅要承受复杂的载荷，汽车座椅必须有足够的强度，以确保座椅上的人所受的伤害最小；座椅的寿命应足够长，不致过早变形或损坏；受冲击载荷作用时，座椅不应发生断裂、严重变形等损坏现象。

汽车发生侧面碰撞和后面碰撞时，靠背对座椅安全性有很大影响。靠背的安全性设计应考虑靠背的强度、倾角、基本尺寸及形状。靠背的强度设计要求在汽车侧面碰撞和后面碰撞时均能给乘员提供良好的保护。而靠背倾角、基本尺寸及形状对后面碰撞的严重程度有很大的影响。

坐垫一般不会对乘员造成直接的冲击伤害，但其结构可以影响到乘员的运动过程，以及约束力施加到乘员身体上的方式和外部载荷（加速度、力等）的绝对值大小。坐垫的有效深度、坐垫的倾角也会对座椅安全性产生一定的影响。一般在满足乘坐舒适性的前提下，车速越高其驾驶人座椅的坐垫倾角就越大。

头枕是一种用以限制乘员头部相对于躯干向后移位的弹性装置。其作用是在发生碰撞时，减轻乘员颈椎可能受到的损伤，尤其是在汽车追尾碰撞时，可抑制乘员头部后倾，防止或减轻颈部损伤。在国际标准中，有关座椅头枕的法规规定是独立于整个座椅系统的，在我国国家标准中，对座椅头枕也单独作了规定。这充分体现了在被动安全性研究中，头枕是一个相当重要的安全部件。

汽车座椅连接部件的强度设计在很大程度上影响座椅本身的安全性，在发生碰撞时，如果连接部件先于座椅失效，很可能会造成座椅骨架的断裂、严重变形和调节机构失灵等，此时乘员的生命安全将受到极大的威胁。

由此可见，汽车座椅的首要任务是满足安全性的要求，其次是满足舒适性、低成本、质量轻及美观耐用的要求。

图3-14 安全座椅

1—头枕 2—靠背 3—调节装置 4—坐垫

图3-15 汽车正撞时转向柱与驾驶人之间的碰撞关系

（3）吸能转向柱 汽车发生正碰时，碰撞能量使汽车的前部发生塑性变形。布置在汽车前部的转向柱在碰撞力的作用下要向后（即驾驶人胸部方向）运动，同时，驾驶人受惯性的影响有冲向转向盘的运动。如图3-15所示，为汽车发生正面碰撞时转向柱与驾驶人之间的碰撞关系。这些运动的能量应通过转向柱以机械的方式予以吸收，防止或减少其直接作用于驾驶人身上，造成人身伤害。因此，要求转向柱除了能满足转向功能外，在汽车发生正面碰撞时，还要能有效地吸收碰撞能量，防止或减少碰撞能量伤害驾驶人。因此，转向柱又称为能量吸收式转向柱。

首次碰撞：碰撞能量使汽车前部发生塑性变形，转向轴在碰撞力的作用下向后运动。

二次碰撞：碰撞继续发展，碰撞力作用在转向柱的下端，使转向柱向后移动；同时驾驶人在本身的惯性作用下冲向转向盘。尽管驾驶人本身有约束装置（如安全带、安全气囊）的约束，但仍有一部分能量要传递给转向柱系统。吸收二次碰撞能量和驾驶人的部分惯性能量是能量吸收式转向柱设计要解决的额外问题。

能量吸收式转向柱有网状管柱式、波纹管式、弯曲托架式等多种形式，如图3-16所示。各种形式的能量吸收转向柱要实现的目的是相同的，即有效地吸收汽车发生正面碰撞时转向柱与驾驶人之间的两次碰撞能量。其基本原理是当转向轴受到巨大冲击时，转向轴产生轴向位移，使支架或某些支承件产生塑性变形，从而吸收冲击能量。

图3-16 波纹管式缓冲转向操纵机构

1—下转向轴 2—转向管柱压圈 3—限位块 4—转向管柱护盖 5—上转向轴 6—上转向管柱 7—细齿花键 8—波纹管 9—下转向管柱

2.减轻乘员伤害的安全装置

当汽车发生事故时，对乘员的伤害是瞬间发生的。为了防止在极短的时间内对乘员造成伤害，汽车必须安装安全设备。汽车被动安全设备主要包括座椅安全带和安全气囊系统。座椅安全带用于减轻二次碰撞的危险性，安全气囊系统则作为座椅安全带辅助用具，为乘员提供更好的安全保障。

（1）安全带 座椅安全带是重要的乘员保护约束设施，在减轻碰撞事故中乘员伤害程度方面起着重要作用，是行车最有效的防护装置之一。座椅安全带于1950年在福特轿车上作为选装件问世，现在则作为汽车的标准装备。

安全带是将乘员身体约束在座椅上的安全装置，用以避免车辆发生碰撞事故时，乘员身体冲出座椅发生二次碰撞，以降低发生碰撞事故的受伤率和死亡率。安全带的作用是约束正面碰撞、追尾碰撞及翻车事故中人体相对于车体的运动，尤其可以减少乘员头部和胸部的伤害。

汽车座椅安全带按固定点数分类，主要有两点式、三点式和四点式，如图3-17所示。

1）两点式安全带。包括腰带（见图3-17a）和肩带（见图3-17b）。腰带仅限制乘员的腰部；肩带仅限制乘员上躯体。一般后排座椅中间装用两点式安全带。

图3-17 安全带形式

图3-18 安全气囊系统的组成

2）三点式安全带。是将腰带和肩带连接在一起，也称为腰肩连续带（见图3-17c）。三点式安全带可同时限制乘员的腰部和上躯体，安全性高。一般前排座椅和后排座椅两侧装用三点式安全带。

3）四点式安全带。是在两点式安全带上再装两根肩带而成（见图3-17d）。四点式安全带对乘员保护性能最好，但实用方便性还存在一定问题，目前多用于赛车上。

汽车座椅安全带按卷收器的类型分类，主要有无锁式（NLR）、手调式、自锁式（ALR）、紧急锁止式（ELR）、预紧式和限力式。紧急锁止式安全带是目前我国使用最广泛的一种安全带，它要求安全带对织带的拉出加速度、汽车减速度及汽车的倾斜角度敏感；预紧式安全带是近年来发展起来的一种安全带。这种安全带是在普通安全带的基础上增加预紧器构成的，当碰撞达到一定强度时，预紧器启动，带动锁扣回缩，使安全带缩短；限力式安全带也是近年来发展起来的一种安全带。当发生碰撞时，安全带会发出很大的拉力限制乘员的运动，有时可能达到伤害人体的程度。限力式安全带增加了限力机构，防止拉力过大对人体造成伤害。

安全带对于减轻乘员在事故中的伤害效果显著。国外的一项研究表明，使用安全带后，驾驶人负伤率可降低43%～52%，副驾驶人负伤率可降低37%～45%，使用三点式安全带，在车速低于95km/h的情况下，可避免死亡事故，然而，在未使用安全带的情况下，即使是20km/h车速下发生的正面碰撞事故，也能引起驾驶人死亡。

（2）安全气囊 尽管汽车座椅安全带已经广泛地用于汽车乘员的安全保护，但许多轿车已装备安全气囊系统（Supplemental Restraint System，SRS）作为乘员的安全保护装置。SRS的原意是辅助约束系统，就是辅助保护乘员，它的基本前提是系安全带。据统计，单独使用安全气囊可减少18%的死亡事故，与安全带配合使用可减少47%的死亡事故。

因为汽车前部因发生碰撞会产生很大的冲击力，即使系了安全带，驾驶人的脸部也会撞击在转向盘上，乘员的头部则会撞到风窗玻璃上，安全气囊系统可弥补系安全带后仍不能固定身体、保护不足的缺陷。

安全气囊主要由控制装置、气体发生器和气囊组成，如图3-18所示。其中控制装置又包括传感器、电子控制系统及触发装置。其工作原理为：安全气囊平时折叠收容于转向盘中央及仪表板下部。在汽车发生碰撞事故时，传感器感受汽车碰撞强度，电子系统接收并处理传感器的信号。当判断有必要打开气囊时，立即由触发装置发生点火信号触发气体发生器，气体发生器收到信号后迅速产生大量气体，并充满气囊，使得乘员能够与一较柔软的吸能缓冲物件相接触，而不是与汽车的内饰件猛烈碰撞。依靠气囊的排气孔节流阻尼来吸收碰撞能量，从而达到减少伤害保护乘员的目的。

根据保护的乘员位置不同可把气囊分为驾驶人气囊、副驾驶人气囊和其他乘员气囊等几种。根据保护碰撞的方式不同又可将其分为正碰撞气囊、侧碰撞气囊及其他气囊等。目前驾驶人及副驾驶人的正碰撞气囊已经得到广泛应用，侧面碰撞气囊的应用也越来越广泛，装备对全车乘员进行各种碰撞保护的气囊系统将是乘员保护系统的发展趋势。

3.减轻行人伤害的被动安全技术

汽车在行驶过程中，不仅要对车内的乘员进行保护，还必须保证车外的行人具有一定的安全性。

（1）减轻行人伤害的结构措施 具体内容如下所示。

1）保险杠及其改进措施。设计合理的保险杠不仅要考虑到内部被动安全性，而且也应顾及外部被动安全性。为此，要求一切在公路上行驶的车辆前后均应装有保险杠。保险杠高度取为330～350mm是合适的，可以保证大部分行人的碰撞部位发生在膝盖以下。

为了降低保险杠对行人腿部造成的伤害，可以采取的措施是降低保险杠的刚性、改进保险杠的吸能性能、优化保险杠与汽车主梁的连接。例如本田Jazz轿车在保险杠和保险杠梁之间安装了吸能结构。另外，研究表明，加宽保险杠的界面高度、适当增加保险杠与发动机罩前端的距离、采用刚度在高度方向上变化的保险杠、保险杠下边缘比上边缘适当前移都将对行人腿部有较好的保护效果。

2）发动机罩的结构及其改进措施。从安全角度出发，发动机罩前端圆角半径应大一些，机罩高度低一些。降低发动机罩的刚性可以降低行人头部与发动机罩的撞击力。例如，减小发动机罩外板的厚度，改变发动机罩内、外板截面形式等。但是发动机罩的整体刚性不能太低，否则发动机罩在汽车行驶过程中会产生振动。另外，仅仅降低发动机罩的刚性，会进一步增加头部撞击发动机罩下面的硬物的可能性。为解决上述问题，一种较好的解决方案是采用可变形的发动机罩支撑结构如图3-19所示（见彩图）。该结构可以在行人与发动机罩发生碰撞时产生一定的压溃变形，从而在不过分降低发动机罩整体刚性的情况下，降低机罩对行人产生的伤害。

图3-19 发动机罩支撑结构

3）改善汽车前端造型。研究表明，以前的老车型发动机罩前端高度较高，边缘轮廓较硬，对行人的保护效果较差。近年来推出的新车型多采用流线形造型，从而可以对行人的大腿、骨盆及腹部产生较好的保护效果。由德国DRESDEN技术大学完成的一份统计报告表明，在汽车与行人发生的交通事故中，1990年以前的车型导致重伤的比例是8%，而1990年以后的车型是2%。由此可见，合理的汽车前端造型对提高汽车与行人碰撞安全性具有重要意义。

（2）行人安全防护的新技术 具体内容如下所示。

1）采用汽车前保险杠安全气囊和前风窗安全气囊。据统计，在50%以上的汽车碰撞事故中，驾驶人在碰撞发生前均采取了紧急制动措施，但由于制动距离不够，导致事故发生。因此，如果利用传感器技术在汽车碰撞前检测到碰撞即将发生而将前保险杠安全气囊释放出来，则行人将不会直接与刚度很大的汽车前部结构发生碰撞，而是首先与气囊接触，从而有效地保护行人。汽车与行人发生碰撞时，行人头部极易撞击到前风窗玻璃上，很可能造成致命伤害。因此，也可以采用前风窗安全气囊。该装置需要控制系统及时正确地判断汽车与行人碰撞的发生，及时打开安全气囊来保护行人。

2）采用自动弹出式发动机罩。自动弹出式发动机罩是在汽车保险杠与行人碰撞的瞬间，有传感器检测到碰撞信号，迅速控制发动机罩后端向上开启一定距离（或前后同时弹出一定距离），从而有效增加发动机罩与发动机舱中零部件之间的间隙，避免行人头部与硬物接触。该方法已在一些运动型轿车上得到应用。

3）采用电子行人发射器和接收器。为了使驾驶人能够尽早发现行人并采取相应的措施，研究人员研制了一套电子行人发射器和接收器，行人随身携带一个小型的发射器，在可能与汽车发生碰撞的情况下开启发射器，通过安装在汽车上的接收器提醒汽车驾驶人注意行人，尽量避免事故的发生。该方法的效果取决于行人和汽车是否能正确携带、安装和使用发射器和接收器，推广应用有一定困难。