道路減速帶的研究與優(yōu)化

1、道路減速帶的研究與優(yōu)化目 錄1 引言22 基礎(chǔ)篇32.1 減速帶的減速原理32.2 減速帶的種類、材料及優(yōu)缺點32.3 減速帶的設(shè)計與設(shè)置流程52.4 減速帶的設(shè)置原則63 實踐篇73.1 減速帶設(shè)置中存在的問題73.2 減速帶的在使用過程中存在的破壞形式84 優(yōu)化篇84.1 減速帶的破壞分析及防治優(yōu)化措施84.2 橡膠減速帶幾何設(shè)計的優(yōu)化124.3 減速帶的人性化設(shè)置155 創(chuàng)新篇165.1 利用電磁原理通過減速帶發(fā)電165.2 一種具有智能懲罰功能的減速帶186 總結(jié)197 參考文獻(xiàn)20摘 要：本文以減速的廣泛使用為背景，從減速帶的設(shè)置，使用及維護(hù)角度，通過實地考察研究，發(fā)現(xiàn)減速帶在使用過

2、程中存在的問題，加以分析研究，提出對減速帶的優(yōu)化方案。關(guān)鍵字：減速帶、人性化、智能1 引言近年來隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，公路等級不斷提升，城市私家車數(shù)量猛增并且在我國城市道路上，機動車、非機動車、行人混行嚴(yán)重。加之行人和駕駛員的安全意識較差，導(dǎo)致城市道路上的交通事故數(shù)量日益增多。據(jù)資料統(tǒng)計，2005年城市道路上發(fā)生交通事故177414起，造成22049人死亡，分別占總數(shù)的39.4% 和22.3%。從相關(guān)資料中可以看出我國的交通事故高發(fā)，而其中車輛超速行駛、違章超車是我國城市道路事故高發(fā)的重要原因。減速帶作為一種強制型的道路安全交通設(shè)施，對遏制交通事故的發(fā)生發(fā)揮了重要作用。而我國并不是最早和

3、大量使用減速帶的國家。減速帶在美國、日本及歐洲等一些經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家使用非常廣泛。如英國從20世紀(jì)80年代就開始把駝峰式減速帶用于公路事故多發(fā)路段，以減少交通事故。近年來又發(fā)明了更具人性化的減速丘、瓦楞形減速帶等。日本根據(jù)本國地域的實際情況，廣泛采用熱塑振動減速帶來保證行車安全。國外相關(guān)資料表明:英國在公路上設(shè)置減速帶后，85%車速降低了16 km/h，所設(shè)道路的事故數(shù)減少了71%，周圍道路事故數(shù)減少了8%。鑒于國外的經(jīng)驗，我國很多地區(qū)公路管理部門和維護(hù)單位也開始大量使用減速帶進(jìn)行通行車速的強制控制。目前，在高等級公路特殊路段、收費通道、城鎮(zhèn)路口、工礦企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、賓館、住宅小區(qū)出入口等都設(shè)置

4、減速帶，起到了預(yù)防交通事故的作用，并取得了良好的效果。統(tǒng)計資料表明,自2004年廣東省臺山市增設(shè)公路減速帶等減速設(shè)施后，該市交通事故死亡率連續(xù)2年下降，從2003年的130人降至2004年的103人，死亡率降低了20.8% ， 2005年更是降至97人，2006年第1季度，交通事故死亡率同比減少了24% ，2004年河南省鄭州市路口減速行動，通過安裝減速丘、黃閃燈、交通標(biāo)志標(biāo)線等措施，使市區(qū)道路交通事故數(shù)、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、經(jīng)濟損失4項指標(biāo)大幅下降。設(shè)置減速帶所取得良好效果得到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，并得到快速推廣。但是，在減速帶的廣泛使用過程中各種問題也逐漸凸顯出來，為此有必要對減速帶進(jìn)行深入的探

5、討和研究，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，從而進(jìn)一步提高車輛行駛的安全性與舒適性。2 基礎(chǔ)篇2.1 減速帶的減速原理 減速帶是通過影響駕駛?cè)说鸟{駛心理實現(xiàn)減速的。當(dāng)車輛以較高車速通過減速帶時，劇烈的振動會從輪胎經(jīng)由車身及座椅傳遞給駕駛?cè)?，垂直曲線可以產(chǎn)生一個垂直方向的加速度，產(chǎn)生強烈的生理刺激(包括振動刺激和視覺刺激)以及心理刺激。生理刺激促使駕駛?cè)水a(chǎn)生強烈的不舒服感，而心理刺激則加深了駕駛?cè)说牟话踩蓱]，進(jìn)一步降低了駕駛?cè)藢Φ缆翻h(huán)境的安全感。通常情況下，駕駛?cè)苏J(rèn)為不舒適度越大，車輛行駛安全性越小，即安全感越小。因此，減速帶的設(shè)置會降低駕駛?cè)诵熊嚢踩泻统俗孢m性的期望值，促使駕駛?cè)诉x擇較低的期望車速。在

6、期望車速指導(dǎo)下，駕駛?cè)藢⒅鲃玉{駛車輛以較低的行車速度接近并通過減速帶。2.2 減速帶的種類、材料及優(yōu)缺點目前，國內(nèi)有三種應(yīng)有比較廣泛的減速帶，包括駝峰式橡膠減速帶、熱塑振動標(biāo)線減速帶以及道釘減速帶。1、駝峰式橡膠減速帶 駝峰式橡膠減速帶（如圖1所示）是一種應(yīng)用非常廣泛的道路減速帶。它是用橡膠與添加劑在專用模具里成形而得縱斷面為圓弧狀表面有花紋。目前在收費站、居民區(qū)等地使用的駝峰式減速帶，由于高度、具體形狀和安裝形式的原因不能直接用于公路干線車道上，必須降低垂直高度合理設(shè)計斷面形狀和安裝形式后，才能用作為公路干線強制控速設(shè)施使用。圖2：熱塑振動標(biāo)線減速帶圖1：駝峰式橡膠減速帶 常規(guī)的駝峰式橡膠減

7、速帶設(shè)計為黑黃相間，這種顏色設(shè)計在白天和晚上都能有較好的視覺效果，車輛在較遠(yuǎn)的距離就能看見減速帶的存在.這是由于黃色的明度大且對比度比較強，將黃和黑兩者放在一起形成鮮明的對比，使得黃色更加亮，發(fā)生色膨脹。運用黃色，可以產(chǎn)生2方面的效果:（1）“縮短”減速帶和駕駛員的距離.從心理學(xué)角度來講，黃色是前進(jìn)色。兩個同樣距離的黃色和黑色物體，其中黃色的能使人覺得它距離人更近一些；（2）“增大”減速帶三維尺寸。黃色屬于暖色，看上去生動突出。因此，減速帶表面涂成黃色可以增加它的空間立體感，從視覺角度感覺比實際要大。藍(lán)色在減速帶上的應(yīng)用，是考慮到系統(tǒng)決定物體相對高度時，陰影能夠起到重要作用，同時藍(lán)色作為冷色系

8、，為后退色，與黃色對比可以產(chǎn)生一種立體效果，使曲線形的減速帶產(chǎn)生一種立方體的感覺。 2、熱塑振動標(biāo)線減速帶熱塑振動減速標(biāo)線(如圖2所示)也是一種國內(nèi)外有所應(yīng)用的道路減速帶形式。它是通過專用噴涂設(shè)備將涂料噴涂在路面上，經(jīng)過快速固化形成雜紋或圓點狀的突起，減速帶突起高度一般為5-6mm且有反光功能。使用熱塑振動減速標(biāo)線作為道路強制控速設(shè)施時存在的問題是:易于剝落、易被磨平、強制減速的力度不夠。3、道釘減速帶道釘是固定于路面上起標(biāo)線作用的突起標(biāo)記塊，在高等級公路上用作中心標(biāo)記線、車輛分道線、邊緣線;也可用來標(biāo)記彎道、進(jìn)出口匝道、導(dǎo)流標(biāo)線、車道變窄、路面障礙物等危險路段。道釘一般由殼體和反射體兩部分組

9、成;殼體多為瓷片、塑鋼等多種材料制作通過一些特殊工藝處理能夠承受較大的碾壓和沖擊并具有良好的耐腐蝕性耐磨損性。（如圖3所示）圖3：道釘減速帶2.3 減速帶的設(shè)計與設(shè)置流程 目前交通設(shè)施、交通標(biāo)志設(shè)置的國家標(biāo)準(zhǔn)還沒有對減速帶設(shè)置作規(guī)范化的規(guī)定。一般來說，減速帶的設(shè)計與設(shè)置流程如下。1、確定道路的限速 減速帶的幾何設(shè)計主要取決于設(shè)置減速帶道路路段的限速要求，首先應(yīng)從交通管理需求的角度確定該路段的限速。根據(jù)中華人民共和國道路交通安全法實施條例第45條規(guī)定:機動車在道路上行駛不得超過限速標(biāo)志、標(biāo)線標(biāo)明的速度。在沒有限速標(biāo)志、標(biāo)線的道路上，機動車不得超過下列最高行駛速度:（1）沒有道路中心線的道路，城市

10、道路為30 km/h，公路為40 km/h；（2）同方向只有1條機動車道的道路，城市道路為50 km/h，公路為70 km/h。減速帶的設(shè)置地點主要為城市支路、居住區(qū)道路，其間機動車、非機動車、行人混行嚴(yán)重，除考慮上述因素外，尚需綜合考慮實地情況來確定道路限定車速。2、減速帶的類型確定通常根據(jù)道路的日平均交通量、道路限速以及坡度確定合適的減速帶類型。3、減速帶幾何參數(shù)的確定 理想的減速帶必須保證車輛通過時不會發(fā)生車輛失控，重要安全部件不會產(chǎn)生斷裂等危險狀況，應(yīng)擁有較高的行駛和結(jié)構(gòu)安全性。因此，理想減速帶應(yīng)具有以下特性。隨著車速的增加，行駛安全性降低到一定程度后能維持在一個穩(wěn)定水平，甚至有所提高

11、。駕駛?cè)说某俗孢m性在車速低于道路限速（V1）時處于較高水平，在高于道路限速而低于所有超速車輛的85%車速（V2）時乘坐舒適性隨車速的增加而迅速惡化，高于所有超速車輛的85%車速時能夠維持在一個穩(wěn)定的低水平狀態(tài)。通過分析可知：減速帶的使用效果在很大程度上取決于車輛的運行速度。因此，為確保駕駛?cè)说陌踩褪孢m性，必須合理設(shè)定道路的限速，科學(xué)設(shè)計減速帶幾何尺寸。 當(dāng)機動車駕駛員超速時，減速帶的垂直曲線可產(chǎn)生1個垂直方向的加速度，使駕駛員感到不舒服。對于減速丘、減速臺、凸起人行橫道這些交通靜化措施，垂直曲率越大，要求駕駛員通過其速度就越小。一旦道路限速確定后，該措施的設(shè)計曲率半徑就應(yīng)該讓車輛保持這個速

12、度，在2個設(shè)置交通靜化措施之間路段上的加速度不至于讓區(qū)間平均速度大于道路限制車速。因此需要合理設(shè)置減速帶的設(shè)計尺寸參數(shù)，控制機動車車速，以滿足交通安全需求。減速帶的設(shè)計尺寸參數(shù)一般包括寬度L和高度H。減速丘等垂直速度控制措施的斷面均可近似看成一個圓弧，運用美國交通穩(wěn)靜化研究委員會給出的經(jīng)驗公式計算車輛通過的速度，式一：V=7.03(R)1/2，式二：R=(4H2+L2)/8H，其中，R為垂直曲線半徑(m)，V為通過該段曲線的速度（km/h）。一般情況下的減速帶的高度為510cm，低于5cm達(dá)不到減速作用，高于10 cm則會增加車輛通過的危險性。國外的研究經(jīng)驗和實際應(yīng)用確定減速帶的高度為8或10

13、 cm。因此，確定道路通過減速帶的預(yù)期速度和高度H后，利用式1和式2可確定減速帶寬度L。對于橡膠減速帶的尺寸，我國JT/T713-2008橡膠減速帶標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定尺寸為:橡膠減速帶截面形狀應(yīng)近似梯形，表面應(yīng)帶有增大抗滑力的凹凸結(jié)構(gòu)。橡膠速帶地面寬度為300400mm，高度為3060 mm。4、確定合理間隔距離 為確保駕駛員在道路區(qū)域內(nèi)均保持低速行駛，需在路段上重復(fù)設(shè)置減速帶。減速帶的設(shè)置間隔距離的大小與車速具備一定關(guān)系，距離過大則駕駛員容易在2個減速帶之間的路段上加速，達(dá)不到限速要求，存在一定的安全隱患。因此，通常情況下其合適的間隔距離為100150m。2.4 減速帶的設(shè)置原則通過近年減速帶的使用

14、效果來看，減速帶是一把雙刃劍?？茖W(xué)地設(shè)置減速帶，可以有效地改善道路交通安全狀況，反之，可能效果不大甚至成為公路上的人為路障。要想使其發(fā)揮有效的作用，必須注意在制定具體實施方案時遵從針對性、系統(tǒng)性、配套性原則。1、針對性原則 必須根據(jù)路段的道路等級、車流結(jié)構(gòu)、實際平均車速、道路線形、路面材料等具體條件加以分析確定減速帶的類型、形狀、尺寸。2、系統(tǒng)性原則 減速帶的設(shè)置的位置和數(shù)量，必須要有調(diào)研依據(jù)或?qū)嵻嚨缆吩囼灐?、配套性原則 強制力較大的減速帶必須與其他交通安全設(shè)施(提示標(biāo)志、標(biāo)線等)配套使用以確保使用的安全性和高效性。3 實踐篇3.1 減速帶設(shè)置中存在的問題1、缺乏“人性化”設(shè)置?，F(xiàn)在路面上能

15、看到的減速帶有很多種，最常見的是條狀的橡膠減速帶，在住宅小區(qū)內(nèi)混凝土減速帶也有不少。這些減速帶寬度為35cm左右，高度在30100 mm之間，長度以路寬為準(zhǔn)。這樣設(shè)計的減速帶往往存在過長、過寬、過高等問題，導(dǎo)致車輛頻頻受傷，輕者傷害車輛避震系統(tǒng)，嚴(yán)重時會刮壞發(fā)動機的機油底殼。與此同時，每當(dāng)人們駕車經(jīng)過時，都要被重重地顛簸一下，嚴(yán)重影響了舒適性，同時，為了避開減速帶的顛簸，騎車者往往會選擇減速帶與路肩之間的空隙駛過，往往在上下班等高峰期會發(fā)生擁擠，導(dǎo)致自行車相撞的現(xiàn)象，給人們生活造成不便。 2、設(shè)置不科學(xué)。交通設(shè)施、交通標(biāo)志設(shè)置的國家標(biāo)準(zhǔn)還沒有對減速帶設(shè)置作規(guī)范化的規(guī)定，致使一些路段的減速帶沒有

16、設(shè)置方案，而是隨意擇地安裝。尤其在城市道路上，減速帶太濫、太隨意設(shè)置給城市交通的安全、舒適、快捷等方面帶來了不良影響。減速帶設(shè)置缺乏針對性、系統(tǒng)性、配套性原則，擾亂了行車車流秩序，進(jìn)一步降低了路段的交通安全。 3、噪聲污染嚴(yán)重。車輛通過減速丘、減速帶時若來不及減速，輪胎通過減速丘、減速帶會發(fā)出“咚咚”的聲音，并且隨著車速的增加而增大。尤其是大貨車通過時，發(fā)出的聲響更加明顯，形成了噪聲污染。減速丘、減速帶成了城市道路上的“擾民丘”、“擾民帶”。3.2 減速帶的在使用過程中存在的破壞形式1、脫落破壞 減速帶在使用一段時間后，會發(fā)生固定模塊的釘子松動突起，然后整條減速帶其中12余下的單元會逐步脫落并

17、最終導(dǎo)致整條減速帶完全解體。（如圖4所示）圖4：脫落破壞 圖5：碎裂破壞2、碎裂破壞在重載交通長期作用下，橡膠單元體疲勞開裂直至逐漸粉碎分離，最后在原位置僅留下一顆顆裸露的鋼釘頭。（如圖5所示）4 優(yōu)化篇本篇主要針對實踐篇中發(fā)現(xiàn)的問題，對減速帶的設(shè)計與設(shè)置提出可行的優(yōu)化方案，其中包括減速帶的破壞分析及防治優(yōu)化措施、減速帶的幾何優(yōu)化、減速帶的設(shè)置優(yōu)化。4.1 減速帶的破壞分析及防治優(yōu)化措施減速帶設(shè)施在使用的過程中，由于荷載、風(fēng)吹日曬、季節(jié)溫差等不可抗拒因素的作用，逐漸褪色、老化；路面積塵、油污等必然因素會惡化其可視性;受到超載、事故等偶然因素影響，減速帶容易出現(xiàn)突發(fā)性損壞?，F(xiàn)在就目前使用最為廣泛

18、的橡膠減速帶，熱塑振動標(biāo)線減速帶以及道釘減速帶進(jìn)行其損壞的成因分析并提出優(yōu)化方案。4.1.1 橡膠減速帶常見病害及防治1、脫落破壞（1）表現(xiàn)形式減速帶在使用一段時間后，會發(fā)生固定模塊的釘子松動突起，然后整條減速帶其中12余下的單元會逐步脫落并最終導(dǎo)致整條減速帶完全解體。（如圖6所示）圖6：脫落破壞（2）成因分析調(diào)查發(fā)現(xiàn)減速帶最先脫落的兩個單元其間距與該路段上主要通行的車輛類型的輪距相當(dāng)。即路段上通行車輛的行駛輪跡最集中的位置對應(yīng)著的兩個單元，受到車輛沖擊作用的頻率遠(yuǎn)高于其他單元，那么在同樣強度下，這兩塊單元總是先于其他單元松動脫落。（3）防治措施 在混合交通的路段上設(shè)置橡膠減速帶，可適當(dāng)考慮放

19、寬其兩端空余長度，使摩托車、自行車可以方便地從邊緣位置通過。安裝橡膠減速帶時在路面與減速帶單元體下表面之間加鋪一層橡膠墊，或采取用膨脹螺栓代替普通鋼釘固定單元體的方式，可以有效增加橡膠減速帶的抗沖擊壽命。 定期排查。松動的單元體應(yīng)該及時補牢，缺失部分單元體的減速帶則應(yīng)當(dāng)安裝補齊。2、碎裂破壞（1）表現(xiàn)形式。 在重載交通長期作用下，橡膠單元體疲勞開裂直至逐漸粉碎分離，最后在原位置僅留下一顆顆裸露的鋼釘頭。（如圖7所示）圖7：碎裂破壞（2）成因分析 橡膠制品本身存在不可逆的老化過程。在路面這種水浸日曬反復(fù)受壓的惡劣環(huán)境下，橡膠的老化過程大大加快，逐漸會喪失彈性變脆。其次，由于生產(chǎn)廠商采用的橡膠原料

20、質(zhì)量不過關(guān)，甚至采用再生橡膠以次充好替代天然橡膠所致。盡管在發(fā)達(dá)國家，出于對環(huán)保的考慮，推薦使用再生橡膠生產(chǎn)減速帶，但通常僅在只有小車出入的停車場或居民小區(qū)、校園口設(shè)置橡膠減速帶。在我國，由于交通條件不同于發(fā)達(dá)國家，且生產(chǎn)工藝和水平尚有差距，這就決定了以再生橡膠制成的減速帶在出廠時便達(dá)不到規(guī)范要求的性能指標(biāo)。 （3）防治措施。 嚴(yán)格控制橡膠減速帶的生產(chǎn)原料，確保出廠質(zhì)量。 對于重載交通量特別大的路段，則應(yīng)考慮以其他強度更高的減速帶類型代替橡膠減速帶，如鑄鋼減速帶等。4.1.2 熱塑振動標(biāo)線常見病害及防治1、表面污染（1）表現(xiàn)形式 標(biāo)線表面而逐漸被塵土、輪胎痕印等其他污染物所覆蓋，識認(rèn)性大大降低

21、。 （2）成因分析 主要是由于道路管養(yǎng)部門缺乏對振動標(biāo)線的清理，導(dǎo)致污漬不斷累積所致。 （3）防治措施。 定期對標(biāo)線表面而進(jìn)行清潔養(yǎng)護(hù)。2、磨耗破壞 （1）表現(xiàn)形式 在通行車輛車輪的磨耗作用下，熱塑振動標(biāo)線逐漸變薄，表面凸起小方塊逐漸被磨平，直至完全喪失振動警示功能。在進(jìn)一步的磨耗作用下，標(biāo)線材料完全被磨光。（如圖8所示）圖9：變形破壞圖8：磨耗破壞 （2）成因分析 類似橡膠減速帶的老化過程，熱塑振動標(biāo)線的磨耗也是不可避免的。若磨耗過快，則應(yīng)考慮標(biāo)線材料的品質(zhì)是否合格;同時，若標(biāo)線材料被交通流沖擊成碎片散落四周時，還應(yīng)當(dāng)考察涂劑的黏結(jié)性能。 （3）防治措施。 選用優(yōu)質(zhì)涂劑和標(biāo)線材料，提高耐磨性

22、能。 對于部分被磨耗的熱塑振動標(biāo)線，若需要在原地面修復(fù)時，應(yīng)當(dāng)將舊標(biāo)線徹底清除后重新滿幅鋪設(shè)，或者錯開原位置，在上游和下游的合適位置重新鋪設(shè)。3、變形破壞（1）表現(xiàn)形式 在瀝青混凝土路面，原本應(yīng)呈平直的若干條振動標(biāo)線，在水平而上或鉛垂而上均呈現(xiàn)不規(guī)則波浪形，不僅識認(rèn)性降低，而且影響道路環(huán)境美觀。（如圖9所示）（2）成因分析 熱塑振動標(biāo)線通常緊密覆蓋在路表，因此，振動標(biāo)線的扭曲變形的本質(zhì)是瀝青混凝土路面變形。如車轍引起振動標(biāo)線在垂直而上的變形，面層縱向推移則造成振動標(biāo)線在水平而上的變形。 （3）防治措施 所有改善瀝青混凝土路面高溫穩(wěn)定性的技術(shù)手段。4.1.3 道釘減速帶常見病害及防治1、表面污染

23、 （1）表現(xiàn)形式 影響路面而美觀，并導(dǎo)致防滑減速帶表面的構(gòu)造深度、抗滑性能降低。 （2）成因分析 主要是缺少清潔管養(yǎng)，附著沙石泥土、過往車輛遺撒的其他污染物而造成。 （3）防治措施 定期清潔防滑減速帶的表面。2、磨耗損失 主要表現(xiàn)為防滑減速帶原本粗糙的表面被磨光滑，結(jié)構(gòu)厚度逐漸下降。其成因和防治措施，同熱塑振動標(biāo)線減速帶。4.2 橡膠減速帶幾何設(shè)計的優(yōu)化橡膠減速帶具有設(shè)置簡單、效果明顯的特點而得到廣泛應(yīng)用，然而不同幾何設(shè)計的減速帶會帶來不同的減速效果，在實際應(yīng)用中由于缺少具體的設(shè)計規(guī)范，導(dǎo)致在使用時帶來一些安全隱患和噪聲污染。根據(jù)減速帶減速機理，使用仿真軟件對車輛通過不同高度和寬度的橡膠減速帶

24、進(jìn)行模擬，得出在A,B,C,D,E,F六種不同高度和寬度的橡膠減速帶下車輛的減速效果和震動情況。通過對比分析提出減速效果最好，同時噪聲最小的橡膠減速帶最優(yōu)高度和長度的組合，為減速帶的設(shè)計提供科學(xué)的參考依據(jù)。1、減速帶設(shè)計的重要參數(shù)美國交通穩(wěn)靜化研究委員會給出的計算車輛通過速度的經(jīng)驗公式如下:V=7.03R12R=4H2+L28H式中:R為減速帶垂直曲線半徑，m；V為通過該段曲線的速度，km/h；H為減速帶高度，mm；L為減速帶寬度，mm 。橡膠減速帶的高度和寬度是決定減速帶減速效果的關(guān)鍵因素，但在考慮減速效果時，往往會忽視由于減速帶引起的噪音，特別是在居民區(qū)和學(xué)校區(qū)域。 對上述公式討論其單調(diào)性

25、： RH=48-L28H當(dāng)H>L2時，單調(diào)遞增，但該條件不滿足實際情況。RL=L4H當(dāng)H>4H 時，單調(diào)遞增，但該條件滿足實際情況?？梢缘贸觯核俣萔是H的減函數(shù)及L的增函數(shù)。速度會隨著這2個因素的變化而變化，且減速效果對減速帶高度變化更敏感，為進(jìn)一步說明車輛輪胎的震動情況，采用小客車進(jìn)行仿真分析。2、減速帶效果比較表1：不同尺寸減速帶減速效果以及綜合加速度值 圖10：輪胎與減速帶接觸點平均綜合加速度由上圖可以看出:A型尺寸的減速帶造成的震動幅度較大，即產(chǎn)生的噪音也比較大，A型減速帶和B型減速帶的減速效果相同，但是減速帶造成的震動卻減小了30%左右。表1中幾種型號的減速帶減速效果相當(dāng)

26、，但是產(chǎn)生的噪音相差較大，減速帶的高度變化對減速帶造成的震動的影響最明顯。由仿真分析可知，在保證減速效果的同時，小幅度減小減速帶的高度，并相應(yīng)減小減速帶的寬度是減小減速帶引起震動和噪聲的有效途徑。3、減速帶幾何優(yōu)化設(shè)計由調(diào)查統(tǒng)計可知，國內(nèi)道路常用型號減速帶尺寸表2所示。在常用型號減速帶尺寸的基礎(chǔ)上，對減速帶的設(shè)計尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，并對優(yōu)化尺寸后的減速帶進(jìn)行了仿真分析，最終得到了減速帶的優(yōu)化尺寸，如下表所示。表2 上表中優(yōu)化尺寸的減速帶經(jīng)過軟件計算分析，與未經(jīng)過優(yōu)化的減速帶相比較，其輪胎與減速帶接觸面點平均綜合加速度明顯減小;在保持車輛同樣的減速效果的同時，車輛的震動減少了20 %30%。小車以1

27、5 km/h的速度通過常用型號的減速帶時，發(fā)出聲音一般在70分貝左右(屬于噪聲)。若使用推薦尺寸的減速帶經(jīng)過優(yōu)化，則聲音可以降低到60分貝以下，而60分貝以下則為正常交談聲音。因此，上表中推薦優(yōu)化尺寸后的減速帶更加適用于需要安靜環(huán)境的區(qū)域，不僅能達(dá)到相應(yīng)的減速目的，而且可以在一定程度上減少交通噪音。4.3 減速帶的人性化設(shè)置 由于在減速帶在使用過程中，存在各種問題（在實踐篇中已經(jīng)詳細(xì)介紹），所以需要對原有的減速帶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。1、人性化減速帶的設(shè)置 基于常用減速帶的缺陷，城市道路上特殊的車流結(jié)構(gòu)(以小汽車為主)，主要采出各種形狀的減速塊相結(jié)合組成的減速帶，并在每小段減速塊中間留處足夠的空隙，為

28、速度容易控制的小汽車、摩托車、自行車等方便舒適通行。改進(jìn)后減速帶設(shè)置的俯視圖如圖11所示。圖11：改進(jìn)后減速帶俯視圖其減速塊臨邊之間的距離主要根據(jù)小汽車輪胎斷面寬度值而定。根據(jù)各系列小汽車子午線輪胎最大使用斷面寬度(GB/T29781997)輪胎的斷面寬度范圍為131mm296mm，故減速塊臨邊之間的距離宜在此范圍內(nèi)。2、優(yōu)化后減速帶的優(yōu)點 （1）對車輛起到強制減速作用，預(yù)防交通事故的發(fā)生;對小汽車而言，只要減速慢行就能順利舒適通行;給摩托車、自行車帶來了方便，無需繞道從減速帶和路肩之問的空隙穿行。 （2）由于小汽車慢行通過時不會和減速帶產(chǎn)生機械振動，降低了城市區(qū)域內(nèi)的噪聲污染。 （3）減速帶

29、在原來基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，沒有給相關(guān)單位帶來額外的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，具體實施方案可行。5 創(chuàng)新篇5.1 利用電磁原理通過減速帶發(fā)電 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，預(yù)計到2015年底全國高速公路通車總里程將到達(dá)12萬公里在機動車數(shù)量方面，我國車輛擁有率越來越高。為確保安全行車，高速公路、城市道路、公路隧道等地方均有大量公路減速帶及路燈照明設(shè)施，高耗電量的同時車輛加減速也消耗了汽油能源。從上述2個問題出發(fā)，將傳統(tǒng)的減速帶進(jìn)行改進(jìn)，連接發(fā)電裝置，通過汽車的壓迫減速帶的重力勢能轉(zhuǎn)換為電能，為用電器供電或并入電網(wǎng)。2013年3月1日實施的分布式能源發(fā)電可以賣給電網(wǎng)，這樣在建造方面可以大大減少成本。 道路減速帶發(fā)電系統(tǒng)利用汽車重力

30、做功發(fā)電，充分利用了閑置能源，并且發(fā)電設(shè)備是安裝于汽車需要減速停車的地段，在沒有增加汽車能耗的同時產(chǎn)生電能，通過蓄電裝置，收集能量，向周圍的用電設(shè)施供電。系統(tǒng)將實現(xiàn)減少供電系統(tǒng)對路燈、信號燈、指示牌的供電，進(jìn)而減少了發(fā)電對資源的消耗，在一定程度上實現(xiàn)了道路的自給自足，基本上實現(xiàn)了零污染發(fā)電，符合當(dāng)今社會節(jié)約資源，低碳環(huán)保的新理念。2、發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新型減速帶發(fā)電系統(tǒng)由橡膠減速帶、彈簧、磁棒(輸入部分)、控制器、整流器、蓄電池、逆變器(輸出部分)等裝置組成?？紤]到電能的引出與存儲，這里磁棒作為運動件，而線圈組作為“定子”，進(jìn)而將電量儲存在蓄電池中，再經(jīng)逆變器的轉(zhuǎn)換變?yōu)?20V市電或并入電網(wǎng)。減速發(fā)

31、電輸入部分模型組裝圖，如圖12所示。多個發(fā)電模塊經(jīng)適當(dāng)?shù)倪B接，可以并聯(lián)形成發(fā)電模組。其路面部分與普通減速帶相同，地下部分則通過振動產(chǎn)生感應(yīng)電流發(fā)電。該發(fā)電模塊化的好處是，模組長度可調(diào)，適用于不同場合不同路面，靈活多變。3、發(fā)電原理道路減速帶發(fā)電系統(tǒng)的能量來源是汽車的動能與重力勢能，包括能量的產(chǎn)生過程與存儲過程。汽車行駛時車輪將減速帶1壓下地面，同時強磁體棒8伴隨導(dǎo)向柱向下運動，導(dǎo)向柱與外殼配合實現(xiàn)強磁體在外殼內(nèi)的上下運動。線圈內(nèi)磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生電能，同時復(fù)位彈簧5儲存部分能量;當(dāng)車輪離開時，彈簧將減速帶彈起，線圈向上運動，彈性勢能釋放，線圈內(nèi)磁通量將發(fā)生變化，產(chǎn)生電能，一個發(fā)電脈沖結(jié)束。電

32、能經(jīng)控制器、整流器儲存在外接蓄電池中，再通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電并入電網(wǎng)或直接供用電器使用。以上是一個發(fā)電模塊產(chǎn)生電能的過程，整個新型路面減速發(fā)電裝置由多個發(fā)電模塊組成為一個發(fā)電模組，從而保證產(chǎn)生更多的電能。復(fù)位彈簧迫使減速帶做往復(fù)切割磁感線運動，線圈組對強磁體產(chǎn)生的電磁阻尼迫使減速帶復(fù)位，其能量轉(zhuǎn)化過程，如圖13所示。電能輸出執(zhí)行過程，如圖14所示。雖然系統(tǒng)中會產(chǎn)生部分熱能，但相較電能其損失較小。（圖12） 1.減速帶 2.路面擋塊 3.路基 4.導(dǎo)向柱 5.復(fù)位彈簧6.感應(yīng)線圈組 7.電能引出接口 8.永磁體棒圖13：能量轉(zhuǎn)化圖 圖14：電能執(zhí)行輸出過程5.2 一種具有智能懲罰功能的減速帶

33、現(xiàn)有的道路減速帶，無論車速快慢，汽車都要經(jīng)過凸起部分，造成車輛顛簸，對車輛有損害，噪音較大，乘坐不舒適，人性化較差。設(shè)計一種具有智能懲罰功能的道路減速帶，車輛通過時，只要速度低于某一臨界值，減速帶就會下降到與地面一樣的高度，車輛通過時就不會有顛簸，如果速度高于臨界值，減速帶就無法降到與地面一樣的高度，這時減速帶就發(fā)揮作用，車輛通過時就會發(fā)生顛簸。因為這種減速帶只對速度超過臨界值的車輛起到懲罰作用，故稱為智能懲罰式道路減速帶。1、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮的主要問題是安裝的方便性，長度方向的尺寸與現(xiàn)有的減速帶相適應(yīng)。車輛荷載通過減速帶以及減速帶安裝座傳遞到空氣彈簧?？諝鈴椈傻膭偠韧ㄟ^充氣壓力設(shè)

34、定;空氣彈簧的壓縮變形時間(導(dǎo)致減速帶向下移動)通過調(diào)節(jié)阻尼口的直徑設(shè)定。為了應(yīng)對空氣彈簧失效時的意外情況，每一段智能減速帶設(shè)置了兩個限位樁，可保證即使出現(xiàn)空氣彈簧組件失效的情況，減速帶也不會影響車輛的通過，只是智能懲罰的功能不會發(fā)揮作用，限位樁也可保證超過設(shè)計載荷的重載車輛順利通過減速帶。智能減速帶總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖15所示，主要由外殼體、減速帶、減速帶安裝座、3個空氣彈簧組件、限位樁以及一些節(jié)流閥、管線等附件組成。圖15：智能減速帶總體結(jié)構(gòu) 2、工作原理正常狀態(tài)時，空氣彈簧組件的充氣壓力使得減速帶處于上位。當(dāng)車輛通過時，重力施加到減速帶上，通過減速帶安裝座將力施加到空氣彈簧組件上，彈簧被壓縮，需要排除上腔