非牛顿流体减速带对多限速道路的适应性研究

江许情 梅桑

【摘要】现存的多数减速带在保障基础安全性能的前提下，无法更好地实现道路行驶中的舒适性和在不同限速道路的适用性。利用非牛顿流体“遇强则强，遇弱则弱”的特性，将其运用于减速带，既能保障安全性，也能给驾驶者带来更好的体验感。经研究，非牛顿流体粘度的相关性质可以有效实现不同限速道路对于减速带临界剪切应力的要求。

【关键词】非牛顿流体减速带；粘度；舒适性

减速带是目前现存的一种性价比较高的有效限速设施，一定程度上大量减少了交通事故。据资料显示，英国、日本等国家在道路设置减速带以后，道路车速下降15km/h以上。我国设有多种形式的减速带，目前多用于高等级公路特殊路段、特殊建筑周围等，但是发展至今，减速带所附带的一系列负面问题也越发凸显，它使行车舒适性下降，车辆通过时，颠簸感严重，对于车身有较大的伤害，并有较严重的噪音污染现象，由此对于减速带的改进与优化是发展可持续交通的重要组成部分。本文提出的非牛顿流体减速带，作为一种新型减速装置，在保证安全性的前提下，达到道路行驶更加舒适与环境友好的目的。

一、减速带在国内外的现状分析

我国目前比较常见的减速带有道钉减速带、热塑震动减速标线、水泥台减速带、路面凹形槽减速带和驼峰式减速带等，其中驼峰减速带最为常见。还有几种比较少见的减速装置，例如车辆道路阻尼限速装置、可变锯齿形道路交通减速带、反光减速拱等。现有的普通减速带可大致分为橡胶制和铸钢制两种。其中橡胶减速带减震性能强、抗压性极好、寿命长，对车磨损少且噪音相对较小。车辆通过时驾驶人体验感良好，颠簸小。橡胶减速垫破损后，基本上不能在原位置重新修复或者安装新的减速带，而且旧安装位置留下的螺钉对车辆轮胎磨损大，影响行人步行经过的体验感，甚至存在安全隐患。

减速带在欧洲、美国等一些经济发达国家使用亦非常广泛。英国自20世纪80年代开始便把驼峰减速路障陆续应用于英国的部分公路事故多发路段，并取得了较好的效果，有效减少了交通事故的发生，是较早采用道路强制减速带的国家之一。近年来，减速丘、新型瓦楞形减速带等新形式的减速带也相继问世。

随着对减速带重要作用的逐渐认识，我国很多地区公路管理部门和维护单位也开始大量使用减速带对车速进行强制控制，起到了预防交通事故的作用。就目前我国减速带使用情况来看，减速带对车辆损害较大，且具有较强的颠簸感，行人的出行舒适度下降，且减速带寿命较短。近年来，一些国家也一直在探索新型减速装置，而非牛顿流体减速装置也是其研究重点对象之一。比如西班牙Badennove公司近期新推出的非牛顿流体减速带，在普通减速带有效控制车速的基础上，有效地解决了减速带造成的车身颠簸对于车身的损伤，并达到最终降低交通事故，逼迫机动车减速的效果。而国内目前对于非牛顿流体应用于减速带的实例还未出现过，因此，对于非牛顿流体减速带的研究至关重要。

二、非牛顿流体减速带原理

非牛顿流体减速带的特性体现于非牛顿流体本身“遇强则强，遇弱则弱”的特性，其粘度不同于牛顿流体，会随着剪切应力的改变而改变。在达到临界剪切速率下，该混合液瞬间凝固，堪比正常的混凝土减速带，这恰好可以实现道路需求的强制性减速效果，然而，当车辆以低速驶过时，其粘度则变化不大，不会产生突变，车辆行驶就像驶过液体一样，不会产生颠簸感，行车舒适性提高，且避免了车辆颠簸对周围产生的噪音污染。本文重点研究的问题则是关于该减速带的自适应性问题，研究表明，非牛顿流体制作材料，根据比例不同，可以达到不同的剪切速率下有不同的极限反应粘度，而剪切速率由机动车行驶经过速度决定，因此通过不同比例浓度的材料混合，充分利用材料的性质，可以实现不同路段对于最高限速的要求，实现可持续发展。

三、非牛顿流体减速带现状

据资料显示，近年来在非牛顿流体减速带领域的创新研究层出不穷，大部分的研究思路是对现存减速带不够人性化的优化。现存的非牛顿流体减速带由于经济或技术问题，多数都没有投入大量生产与运用，但其形式多样，有基于非牛顿流体的可沉降减速带，非牛顿流体可调式减速带等，其核心都是将现有减速带中的混凝土部分改成液态的非牛顿流体，以此降低车辆驶过减速带时车轮抬起的高度，使行驶过程更加平顺，增强驾驶员与乘坐者的舒适度，有效地减少噪音。但是在非牛顿流体材料的比例研究领域还有很大的发展空间，在具有不同限速的路段，通过具体探究非牛顿流体材料的成分配比与相应临界剪切应力的关系，从而更进一步地实现减速带的对口化、专一化，是我们问题研究的关键。不同路段采用不同比例材料混合制成非牛顿流体，使其极限剪切应力与该路段的限速相对应，以更好地实现减速带的人性化和能动性。

四、结语

关于非牛顿流体材料的混合比例与临界剪切应力值的具体关系还有待深究，本文旨在通过材料浓度的不同配比，在原普通减速带作用的基础上提高驾车的舒适性，降低噪声，进而实现发展可持续交通。

参考文献

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