动力学原理在交通风险分析中的应用

吕贤 王斌虎

摘要：文章从动力学原理方面对常见的交通风险进行力学分析，目的是使驾乘人员更加深入地了解常见交通风险及安全注意事项，以进一步提高安全意识，同时对其他风险分析方法提供借鉴。

关键词：动力学；交通风险；危险源；静摩擦力；质心运动

中图分类号：U452文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）19-0021-02

人类发展的历史，实质上是人类征服自然、改造自然，不断积累、不断进步的过程，在这个漫长的过程中，人类一直在与危险进行抗争，从最初的生存竞争，到后来规避各种各样的伤害，可以说，风险无处不在。那么，如何提高生存能力、防范风险自然就成为一个永恒的话题。

不断地积累、总结形成的各种安全理论，是防范系统性风险的有效手段，但是由于受个体差异、环境多样化等因素的影响，业已形成的安全理论有时会让人觉得很遥远，因此，加强个体风险意识，提高风险识别、防范能力对于降低伤害同样重要，毕竟几乎每起伤害都与“人”这一特殊个体

有关。

运动是绝对的，相对运动也是最普遍的，而由于相对运动造成的伤害也是最多的，因此，文章重点从动力学角度来分析交通风险危害的原因，以期对人们识别及防范风险有所借鉴。

1危险源分类

危险源是指可能造成人员伤害、职业病、财产损失、作业环境破坏的根源或状态。危险因素是指能造成人的伤亡和物的突发性损坏或影响人的身体健康，导致疾病，对身体造成慢性损坏的因素。

安全科学理论根据危险源在事故发生发展过程中的作用，把危险源划分为两大类。

根据能量意外释放理论，能量或危险物质的意外释放是伤亡事故发生的物理本质。于是把生产过程中存在的，可能发生意外释放的能量或危险物质称作第一类危险源。为了防止第一类危险源导致事故，必须采取措施约束、限制能量或危险物质，控制危险源。

正常情况下，生产过程中的能量或危险物质受到约束或限制，不会发生意外释放，即不会发生事故。但是，一旦这些约束或限制措施受到破坏或失效（故障），则将发生事故。导致能量或危险物质约束或限制措施破坏或失效的各种因素称作第二类危险源。第二类危险源主要包括物的故障、人的失误和环境因素。

危险源是一种客观存在，之所以确定为危险源，是因为它可能对其影响范围内的人造成伤害，那么，识别出危险源，了解其造成危害的原因和规律，对于防范风险、降低伤害至关重要。

在交通风险中，车辆是最大的危险源，它可能对驾乘人员本身、行人及其他车辆造成重大伤害。

2常见交通风险的动力学原理

任何交通风险都有其力学本质，下面利用动力学原理对几种常见交通风险进行分析。

对于一辆行驶的汽车本身，可以将其作为一个质点系，由质心运动定理可知，其内力不影响质心的运动。汽车发动机中气体的压力是内力，虽然这个力是汽车行驶的原动力，但是它不能使汽车的质心运动，汽车质心的运动还需要依靠一个外力的作用。事实上，汽车发动机中的气体压力推动汽缸内的活塞，经过传动机构，将力矩传给主动轮。如果车轮与地面的接触面摩擦系数足够大，那么地面对车轮作用的静摩擦力就是使汽车的质心改变运动状态的外力（FA）；如果地面光滑，静摩擦力克服不了汽车前进的阻力（FB），那么车轮将原处不动，汽车不能前进。当然，静摩擦力（FA）的大小与汽车发动机自身的输出力矩有关。当静摩擦力（FA）的方向发生变化时，汽车质心的运动方向也会随之变化，这也是汽车转向的力学原理。

了解了汽车运动的原理，那么就可以通过分析静摩擦力这一外力来控制交通安全风险。汽车行进路线上的一切可能影响静摩擦力变化的因素，都可能成为影响汽车安全行驶的外因：（1）雨天行驶，湿滑的路面会降低车轮与地面的静摩擦力（FA），同时也会降低紧急制动时的静摩擦阻力（FB），延长制动时间；（2）当汽车因正常行进路线上的异常或因急打方向造成爆胎，该轮胎与地面接触面的静摩擦力因正压力和摩擦系数均瞬间降低，致使各驱动轮因静摩擦力（FA）不平衡而产生平面转动力矩，当这个力矩足够大时，会导致汽车在路面上水平转动，横向移动时，车轮与地面静摩擦力（FA）瞬间快速增大，由于静摩擦力（FA）作用点不在汽车质心上，因而形成转动力矩，当这个力矩足够大时，汽车就容易发生侧翻，造成重大事故；（3）汽车高速行驶时，遇前方有紧急情况，驾驶人员一般都会采取紧急制动，此时车轮与地面的静摩擦合力（FA－FB）方向与汽车运动方面相反，使汽车惯性前进状态发生改变，在汽车自重不变，摩擦系数基本不变的情况下，如果车速过快，制动时间就会延长，很容易直接造成碰撞事故；（4）当车辆转弯时，会产生离心作用，离心力的大小与车辆行驶速度、总质量和转弯半径有关，车辆总质量越大、行驶速度越快、转弯半径越小，离心力越大。车辆转弯的同时，地面对车辆产生一个向心摩擦力。当向心力小于离心力时，车辆将产生侧滑，严重时会侧翻。

通过上述动力学分析，可以解释交通安全管理的几点经验：（1）雨雪天要降低车速；（2）注意观察行进路线的路况及行人，遇异常提前采取措施，避免猛打方向；（3）爆胎时，尽量保持方向平稳；（4）降低车速，保持车距（制动距离）；（5）转弯时尽量降低减速，尽量加大转弯半径。

以上是用动力学原理对交通风险进行的分析，由于交通事故原因多种多样，因此，文章只是将汽车作为一个没有缺陷的质点系进行理想化分析，即排除其他一切异常因素，单从理论力学角度对主要交通风险成因进行动力学分析，以便使驾乘、行人和安全管理人员对交通风险有一个更深入的了解，做到“知其然，知其所以然”，提高风险意识，并正确驾驶，有效防范交通风险。当然，其他风险也同样可以采取类似方法进行原理性分析研究，篇幅有限，不再一一赘述。

参考文献

[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室．理论力学（第4版）

[M]．北京：高等教育出版社，1982．

[2]中国石油天然气HSE指导委员会．HSE健康、安全与环境管理体系风险评价[M]．北京：石油工业出版社，2001．

作者简介：吕贤（1970-），女，新科澳石油天然气技术股份有限公司工程师；王斌虎（1979-），男，新疆油田公司设备管理处工程师。

（责任编辑：王书柏）