2020年, 第33卷, 第4期　刊出日期：2020-04-20

  

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  中国公路学报. 2020, 33(4): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2020, 33(4): 0-0.

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综述
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  钢-混凝土组合梁桥温度场与温度效应研究综述

  樊健生, 刘诚, 刘宇飞

  中国公路学报. 2020, 33(4): 1-13. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.001

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  组合结构桥梁由热工性能差异显著的钢材和混凝土构成，温度效应往往成为控制其设计和应用的关键因素，因此，对其温度场和温度效应进行准确地计算与评估具有重要的科研价值与工程意义。对组合结构桥梁温度场与温度效应开展了综述研究。首先，对各国桥梁规范温度荷载的规定进行归纳对比，讨论不同规范中温度荷载计算方法的特点，总结中国现有规范对全国气候划分的分辨率不足、对日照辐射的考虑不够完善等有待提升之处；其次，对国内外桥梁温度场与温度效应研究的发展与现状进行调研，重点分析中国钢-混凝土组合结构桥梁温度场与温度效应的研究进展，对现有研究的不足进行讨论；再次，提出基于可靠度理论的组合结构桥梁设计温度荷载模型，可使用气象部门统计的温度统计资料，通过MATLAB高效数值模型计算形成组合结构桥梁温度场时程数据，进一步利用极值模型获得桥梁设计的温度荷载代表值，快速、高效地实现对桥梁地理信息、结构参数等因素的考虑；最后，以北京地区典型3跨连续直线组合梁桥为算例，对连续钢-混凝土组合桥梁的温度效应展开研究。提出的基于可靠度理论与MATLAB的钢-混凝土组合结构桥梁设计温度荷载模型，可实现任意地区组合结构桥梁温度场的精确计算并显著提升计算效率。
道路工程
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  黄土边坡悬臂式与全埋式单排两桩抗滑桩原位模型试验

  李哲, 朱振国, 张娟, 曹升亮, 李又云

  中国公路学报. 2020, 33(4): 14-23. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.002

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  以单排两桩抗滑桩为研究对象，将室内抗滑桩缩尺模型试验方法中的重塑土条件改进为原状土条件，参照岩土体现场直剪试验方法设计了抗滑桩现场模型试验，在高速公路高陡黄土边坡上进行悬臂式、全埋式抗滑桩原位缩尺模型试验，确定2种埋设方式的模型桩与原状黄土体相互作用至极限状态过程中的受力变形规律，探究2种埋设形式的抗滑桩在原状黄土中的受力分配过程，获得2种埋设形式的模型桩各自的破坏模式。试验结果表明：各模型桩在受力过程中均经历了零位移阶段、有效变形阶段和失效阶段，并将3个阶段的分界点分别定义为临界启动荷载和临界阻滑荷载。2种埋置形式的模型桩均属于多点依次断裂破坏，两悬臂式模型桩首次破坏点位于模型桩入土深度约68 cm处，A桩为两桩中的首先破坏桩，两桩的临界启动荷载为32.5 kN，临界阻滑荷载为75.5 kN；两全埋式模型桩首次破坏点位于模型桩入土深度约51 cm处，A桩为两桩中的首先破坏桩，A桩的临界启动荷载为32.5 kN，B桩为22 kN，两桩的临界阻滑荷载为93 kN。在全埋式条件下，两桩在受力过程中均存在明显的相互协调过程，而这一过程在悬臂式条件下并未出现。试验结果为抗滑桩破坏预警及设计计算提供了数据支持。
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  不同扶壁间距的仓扶式支挡结构土压力分布

  梁波, 陈弘杨, 聂影, 赵宁雨, 厉彦君, 凌学鹏

  中国公路学报. 2020, 33(4): 24-31. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.003

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  针对扶壁式挡土墙在高填方工程中支挡高度的限制，提出仓格与扶壁相结合的仓扶式新型支挡结构，考虑支挡高度、扶壁间距等因素对立板侧向土压力计算和分布的影响，进行了数值分析和离心模型试验。采用ABAQUS建立10组工况的数值模型，支挡高度分别为10，20 m，扶壁间距分别为21/100H，6/25H，27/100H，9/25H，12/25H（H为支挡结构高度），提取作用在立板上的接触应力；基于数值分析结果，制作了可调扶壁间距的支挡结构模型，分别在30g，60g离心加速度下模拟了部分工况的实际受力状况，由标定后的微型土压力盒采集数据；最后比较了实测值与理论值的差异，通过回归分析提出库仑主动土压力修正系数。研究结果表明：仓扶式支挡结构立板侧向土压力近似呈三角形分布，由于变形约束效应，在支挡结构中下部实测土压力较理论值偏大；立板侧向土压力在参照库仑理论计算时，需要考虑增大系数进行修正，10，20 m支挡高度修正系数分别为1.13~1.31和1.07~1.12；仓扶式支挡结构中的扶壁具有摩擦减压作用，通过改变扶壁间距可以有效减小立板侧向土压力。
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  开口和闭口对静压PHC管桩贯入特性影响试验研究

  张明义, 管金萍, 王永洪, 白晓宇, 桑松魁, 杨苏春

  中国公路学报. 2020, 33(4): 32-40. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.004

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  为了更加精确监测开口与闭口高强预应力混凝土（PHC）管桩的沉桩过程，研究压桩力、桩身轴力、桩端阻力以及桩侧摩阻力随贯入深度的变化规律。在桩身布置低温敏光纤光栅（FBG）传感器，并在桩端安装土压力传感器，对2根闭口（P1桩，P2桩）和1根开口（P3桩）足尺PHC管桩进行现场贯入试验。试验结果表明：随着桩身贯入深度的增大，压桩力基本呈增大趋势，且P3的压桩力小于P1，P2，约为P1，P2的33.9%~79.7%；桩身轴力随贯入深度增大而逐渐减小，P3的桩身轴力小于P1，P2，压桩结束后约为P1，P2的59.16%~67.75%；桩端阻力与土层分布及土层的特性密切相关，土层越硬桩端阻力越大，且土层的变化对P1，P2的影响较大；随着贯入深度的增大，桩侧摩阻力的退化现象较明显。试验结果对道路工程中PHC管桩的应用具有重要意义。
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  反复冲击压缩高岭土动力特性SHPB试验

  秦伟, 戴国亮, 龚维明, 张程锋

  中国公路学报. 2020, 33(4): 41-50. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.005

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  为了探明软黏土在反复冲击压缩荷载作用下的动力响应，利用SHPB（Split Hopkinson Pressure Bars）试验技术，建立高岭土SHPB试验系统，进行反复冲击压缩试验。通过比选确定合理的试样厚度、整形器和冲击速度用以提高试验结果的精度；开展了7组不同厚度、含水率和冲击速度的高岭土试样测试，试样厚度分别为10，15 mm，含水率分别为24%、29%和36%，冲击速度分别为3，5 m·s^-1。试验结果表明：含水率29%的试样，冲击速度为5 m·s^-1更有利于试样应力均匀性的实现，反复冲击次数的增加亦提高了试样的均匀性，在反复冲击后，试样应变量下降约16%，而应力峰值提高了约30%；反复冲击过程中，高岭土试样的应变出现软化现象，随着冲击次数增加，试样的应变峰值经历“降低-上升-降低”的过程；平均应变率与含水率反相关，相同试样厚度下，冲击速度为5 m·s^-1，含水率为24%的试样反复冲击下的平均应变率最大为210 s^-1，冲击速度为3 m·s^-1，含水率为24%的试样的平均应变率依然最大为177 s^-1；高岭土试样的压缩波速主要受含水率的影响，含水率越高，波速越大，含水率为36%的试样波速最大值为313 m·s^-1，厚度为10 mm的试样能更有效获取冲击压缩波速。
桥梁工程
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  钢纤维特性对UHPC轴拉性能与弯拉性能的影响及对比研究

  邵旭东, 李芳园, 邱明红, 刘琼伟

  中国公路学报. 2020, 33(4): 51-64. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.006

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  为定量地研究钢纤维特征参数对超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）受拉性能的影响规律，现对同一纤维体积掺量（2%）下不同纤维长径比（59~100）、不同纤维类型（端钩型与平直型）及无钢纤维的UHPC试件分别开展了轴拉试验与四点弯拉试验。通过选取拉伸全曲线上的初裂点、峰值点及其他几个特征点，定量地分析了UHPC拉伸过程中的轴拉性能与弯拉性能，并对2种拉伸试验下的初裂强度与峰值强度进行了对比与分析，最后利用ABAQUS软件对2种拉伸全曲线进行了有限元倒推分析。研究结果表明：①随着一定范围内的纤维长径比的增加，与轴拉试验相比，UHPC试件的拉伸强度和拉伸韧性在弯拉试验中提升得更明显；②无论是端钩型还是平直型纤维试件，轴拉应变达到3 000×10^-6时的应力均高于7 MPa，且大弯拉变形状态下的强度均仍为弯拉初裂强度的1.17~2.43倍；③有无钢纤维对UHPC轴拉性能与弯拉性能均具有不同程度的裂后增强效果，其中后者优于前者；④在UHPC结构设计中可用考虑尺寸效应修正后的弯拉初裂强度来估算轴拉初裂强度，且扣除纤维取向的影响后，基于ABAQUS有限元软件倒推输入的三折线轴拉本构与实测的轴拉本构基本相符。
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  GFRP筋纤维增韧高强轻骨料混凝土受弯构件挠度分析

  孙艺嘉, 吴涛, 刘喜, 魏慧

  中国公路学报. 2020, 33(4): 65-75. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.007

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  为研究GFRP筋纤维增韧高强轻骨料混凝土梁变形规律，完成10根高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验，重点分析了纤维掺量、纵筋种类、GFRP筋配筋率和GFRP筋直径对试件不同受力阶段变形的影响；明确了GFRP筋混凝土受弯构件正常使用阶段应变及应力分布；基于刚度解析法，结合文献中GFRP筋普通混凝土受弯构件挠度实测数据，给出GFRP筋应变不均匀系数计算公式，综合考虑轻骨料、钢纤维及GFRP筋配筋率的影响对其进行修正；基于该公式对各试件使用荷载下的挠度进行计算，并与美国规范（ACI 440.1R-15）、中国规范（GB 50608-2010）和加拿大规范（CSA S806-12，ISIS-M03-07）的计算结果进行对比分析。结果表明：随配筋率的增大，试件破坏模式依次表现为GFRP筋拉断破坏、平衡破坏和混凝土压碎破坏；混凝土压碎破坏试件弯矩-挠度曲线分为开裂前阶段、裂缝开展阶段和受压破坏阶段，而平衡破坏和GFRP筋拉断破坏试件仅具有前2个阶段。轻骨料混凝土掺入钢纤维能够抑制构件开裂后刚度退化，降低混凝土压碎破坏脆性；提高GFRP筋配筋率可减小试件变形，GFRP筋直径对其无显著影响。采用中国规范（GB 50608-2010）计算试件正常使用极限状态下的挠度，结果稍显不安全；美国规范（ACI 440.1R-15）计算结果略偏保守；加拿大规范（ISIS-M03-07）与（CSA S806-12）计算值均具有一定的安全储备；建议公式计算结果较为准确且离散性较低，能够用于该类构件挠度的计算。
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  刹车状况下桥上随机车流动态演化及车-桥耦合振动分析

  刘焕举, 韩万水, 刘宁, 高颖, 韩晓斌

  中国公路学报. 2020, 33(4): 76-88. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.008

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  为实现刹车时桥上多状态车流并行动态演化的高真实度模拟和时变汽车荷载与桥梁运动状态的时时耦合，首先从宏观和微观上丰富随机车流模拟方法，宏观上沿用交通荷载调查数据中的车辆顺序、车辆基本特性等不变量，以车辆间距为服从正态分布的限幅随机变量，形成深度融合交通荷载调查数据和交通流理论的随机车流高真实度仿真方法；微观上对车辆间距随机变量确定的关键状态-阻塞状态，引入加权速度，实现阻塞密度时车流的走走停停动态描述，采用考虑驾驶人状态的概率分布方法确定车辆时距；实现多密度随机车流的高真实度仿真。其次细化刹车过程模拟，建立车流差异化刹车模型：采用顺次对比方法，筛选桥长范围最不利刹车车流；引入停车视距，考虑驾驶人反应，区分头车和跟驰车辆，精细模拟车辆刹车动态过程和刹车车流演化过程，差异化确定各车辆刹车参数；实现桥上多状态车流并行动态演化模拟。第三建立刹车力学模型，并融入至已有正常车流的车-桥耦合系统，构建可考虑刹车状态的分析系统。最后确定桥梁典型响应和分析指标，以一座大跨斜拉桥为例，对多刹车工况下的桥梁响应进行分析。结果表明：桥上刹车状况一般会产生超过正常行驶状况下的桥梁响应，最不利单车道刹车状况下的塔根弯矩甚至达到跑车工况的2.7倍，简单采用规范冲击系数方法很难实现刹车响应的包络；刹车过程中的桥梁响应最值不仅与采取刹车的车辆数目和桥上车辆保有量有关，还受刹车作用与桥梁原响应趋势的顺逆程度控制；桥梁及桥上刹停车辆的总质量和桥上正常行驶的车辆决定桥梁响应时程曲线趋势振幅；典型桥梁响应的总体趋势，与车流密度和刹车车道数相关性较小，不同时段车流会对梁端顺桥向位移和塔根弯矩产生影响。
隧道工程
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  隧道洞内管棚超前预支护力学行为的理论分析

  宋战平, 田小旭, 周冠南, 李维维

  中国公路学报. 2020, 33(4): 89-98. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.009

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  为使管棚受力分析模型能更好地模拟管棚的实际受力状态，基于注浆加固区域的受力特性分析，提出了考虑注浆加固区整体性的管棚受力分析模型。考虑注浆加固区的整体性，对管棚超前支护体系进行受力特性分析，提出可表征注浆加固区整体性的特征参数。综合考虑管棚注浆加固区整体性的特征参数、开挖面前方松动岩土体的支撑作用以及初期支护变形滞后效应等因素的影响，将管棚划分为二次衬砌段、初期支护段、开挖无支护段、开挖面前方扰动段和未扰动段；基于Winkler弹性地基模型，建立可考虑管棚注浆加固区整体性影响的管棚受力分析模型，并推导了管棚挠度和内力的计算公式。通过工程实例的对比分析，考虑注浆加固区整体性的管棚受力分析模型的计算结果更接近实测数据，从而验证了构建管棚模型的合理性。基于建立的管棚受力分析模型，分析注浆加固区的整体性对管棚变形和内力的影响规律，结果表明加固区弹性模量可显著减小管棚的变形和内力。管棚的参数分析表明，在实际工程中，增加钢管直径不能有效降低管棚挠度和内力，减小管棚挠度和内力最有效的方法为合理布置管棚的安装间距和采取合理的注浆量。
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  沉管隧道管节接头剪切破坏试验

  程新俊, 景立平, 崔杰, 梁海安, 尹志勇, 汪刚

  中国公路学报. 2020, 33(4): 99-105. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.010

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  为了研究沉管隧道最薄弱的环节-接头的受力特点和破坏机制，根据实际沉管隧道接头形式开展了1：4大比例尺的沉管隧道接头低周往复加载拟静力试验。试验模型由2节钢筋混凝土管节组成，接头主要由钢筋混凝土剪力键和橡胶填塞垫构成，为贴近实际工程结构反应，试验模型采用与实际工程相同强度的钢筋和商品混凝土。利用顶杆位移计和拉线位移计等传感器得到了试验模型在循环剪切荷载作用下的接头破坏机理，并分别从沉管隧道试验模型的荷载-位移滞回曲线、接头抗剪承载力、接头与管段刚度比3个方面对试验结构进行了分析。试验结果表明：橡胶填充垫对沉管隧道接头具有缓冲保护作用；低周往复荷载下沉管隧道接头主要经历橡胶垫弹性变形、橡胶垫与剪力键协同作用及剪力键塑性变形3个阶段；接头总抗剪承载力为674 kN（3个单键的抗剪承载力分别为417，320，417 kN），接头抗剪能力并不是单个剪力键承载力的线性叠加，需考虑剪力键之间的协同作用；接头与管节的剪切刚度有效比为1/960~1/672，接头是抗震的薄弱环节，在受到地震荷载时，变形主要集中在接头部位，并主要由接头处剪力键承担；接头的破坏模式主要体现在剪力键凸榫的端部剪裂及其失效后接头的不可恢复性变形。
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  公路隧道互补结合竖井送排的改进型混合通风方式研究

  王永东, 覃桢杰, 何志伟, 王伟, 刘东旭

  中国公路学报. 2020, 33(4): 106-114. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.011

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  针对特长公路隧道常规分段纵向式通风系统运营费用昂贵的问题，提出采用双洞互补与竖井送排相结合的改进型混合通风方式。在理论分析的前提下给出换气横通道与竖井的合理结合方案，详细推导适用于超出常规双洞互补通风方式限制长度的隧道的改进型混合通风方式计算方法；通过比较传统分段通风方式和改进型混合通风方式的交通风与隧道结构利用效率，对改进型混合通风方案的经济效益进行工程实例分析。结果表明：改进型混合通风方式与常规分段纵向式通风方式相比，前者有效地提高了交通风的利用率，降低了由于交通风太过富余而对隧道通风产生的不利影响，同时减少了资源的浪费；在最不利的行车阻滞工况下，改进型混合通风方式需要通过竖井进行送排的风量之和由1 723.06 m³·s^-1降至804.62 m³·s^-1，降幅达53.3％，有效地减少了轴流风机的功率，降低了对竖井的设计要求；在隧道通风最不利工况下，射流风机的配机功率提高了84%，轴流风机配机功率降低了52.4%，虽然射流风机购置费用增加，但总配机功率仍然减少13.1%，极大地节省了运营费用；在土建方面，改进型混合通风方式增加了2个横风道，取消了部分送排联络通道，相互抵消，但竖井的规模减小，土建费用有所下降；改进型混合通风方式增加了2条排烟通道，解决了双洞互补通风方式中火灾排烟困难的问题。
交通工程
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  借用公交专用道左转的主预信号控制方案优化

  安实, 宋浪, 王健, 王雅晴, 胡晓伟

  中国公路学报. 2020, 33(4): 115-125. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.012

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  设置有路中式公交专用道的交叉口进口道存在因公交与其他车辆两股平行车流在路口同时左转、直行和右转而形成的多路交织现象，传统信号控制方案已无法消除这类交叉口相位放行造成的交织冲突问题。为解决该问题，设计了一种借用公交专用道左转的新型交叉口，规定了各流向车辆的运行规则，同时设计了主信号与预信号相位方案及相互协调配时关系。具体来说，根据公交直行车辆和其他左转、直行车辆的到达-驶离图式，分别建立各流向不同情况下车辆的延误与停车次数计算方法，以交叉口车均延误与车均停车次数加权的当量费用最小为目标，建立交叉口信号配时优化模型。为验证该优化控制策略的有效性，结合算例对传统控制方案和优化控制方案进行比较，并分析等待区长度对车辆排队演化过程的影响，确定优化方案适用场景。结果表明：相对于传统方案，优化方案增加了交叉口的通行能力，使得车均当量费用下降比例达到了32.3%；参数灵敏度分析显示，主信号等待区长度宜设置为80 m。所提出的控制策略通过借用公交专用道左转，提高了交叉口的利用效率，最大限度地降低了对公交优先策略实施的影响，能够完全消除设置有路中式公交专用道交叉口相位放行中的交通交织冲突现象，以保证交叉口行车安全。
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  信号交叉口车路环境对电动自行车释放膨胀特性的影响分析

  曲昭伟, 高雨虹, 宋现敏

  中国公路学报. 2020, 33(4): 126-136. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.013

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  电动自行车数量的急剧增长导致其在绿灯释放阶段膨胀特性明显，进而加重了交叉口的机非冲突、降低了车流的通行效率。利用视频轨迹提取技术，通过光流法的表现形式描述直行电动自行车在绿灯期间的膨胀特征，并根据其密度变化、膨胀差异和电动自行车对机动车的影响程度，确定出释放初期为主要研究时段；同时，提出了一种反映电动自行车膨胀变化的新型指标膨胀度，分别通过线性相关分析、秩相关性分析和偏相关分析，确定了车路环境中影响膨胀度的动态因素和静态因素；最后基于6个信号交叉口的实测数据，建立各因素与膨胀度的数学关系模型，并结合实际交通条件，给出不同车路环境下电动自行车的管控措施与渠化方法。研究结果表明：车路环境中的电动自行车流量、机动车流量、电动自行车过街距离、非机动车进/出口道宽度、机非分隔带设置情况这5种因素对膨胀度的影响能力各异，右转机动车流量与膨胀度相关性最高。此外，动态因素与膨胀度之间具有确定的函数关系，存在电动自行车与机动车流量均衡效益最大的优势区域；静态因素的差异会导致电动自行车膨胀形式的变化；膨胀度可与动态、静态因素构建复合函数模型。研究成果可为混合交通流的渠化设计和信号配时提供理论依据和技术支持。
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  基于驾驶行为的高速公路出口标志形式研究

  赵妮娜, 赵晓华, 林展州, 朱小锋

  中国公路学报. 2020, 33(4): 137-145. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.014

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  为了给中国指路标志标准规范修订完善提供参考，针对中国当前标准规范中高速公路互通出口标志形式与以美国为代表的发达国家之间的差异，设计了2种出口标志形式，分别设置在r形和Y形出口，共形成4组设置方案组。通过驾驶模拟实施寻路试验，获取微观驾驶行为数据，以此为基础研究不同形式出口标志的效用。利用因子分析法得到综合因子得分，定义为“出口行动作用参数”，基于行动作用参数选择了强度值、变化率和行动作用位置3个评价指标，比较了不同出口形式下不同形式出口标志的效用。研究结果表明：对于r形和Y形出口，简化型的强度值和行动作用位置均优于国标型，r形出口简化型的变化率劣于国标型，Y形出口简化型的变化率与国标型没有差别。不同出口形式的评价指标效果是不同的，简化型的出口标志有助于增强出口行动作用参数强度值和提前行动作用位置，用于Y形出口综合效果较优，建议简化型作为Y形出口标志的推荐形式。
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  零截尾负二项模型在交叉口事故预测中的应用

  陈英, 袁华智, 黄中祥, 王磊

  中国公路学报. 2020, 33(4): 146-154. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.015

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  事故预测模型是广泛采用的交通安全定量分析方法，但往往要求具有完备的道路、交通和事故数据。然而，基础数据相对不健全是包括中国在内的发展中国家交通安全管理面临的主要问题之一，例如仅有发生事故路段或者交叉口的相关属性特征（即零截尾数据）。为此，为确保基础数据不全的情况下交叉口事故预测的准确性，提出了基于零截尾的广义负二项回归模型；采集了246个非信号控制交叉口的交通与事故数据，采用传统负二项模型和新提出的零截尾负二项模型对全数据和零截尾数据分别进行对比分析。结果表明：在针对截尾数据的分析中，零截尾负二项模型明显优于传统负二项模型，并且零截尾负二项模型的参数估计值与基于全数据的负二项基准模型的估计值非常接近；在所有模型中，交叉口的主路交通量和支路交通量与交叉口的安全性之间存在较大的正关联。此外，同等条件下，十字形交叉口的事故数量高于T形交叉口的事故数量；利用传统负二项分布模型分析截尾数据得到的事故预测模型与使用全数据的基准模型有显著差异，其结果不可靠；采用零截尾负二项分布模型的参数结果与基准模型基本一致，截尾模型的置信区间包含基准模型相应的参数估计值。当受条件所限无法获取全部数据时，可以考虑使用零截尾负二项模型进行安全分析。
汽车工程
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  驾驶人驾驶决策机制遵循最小作用量原理

  王建强, 郑讯佳, 黄荷叶

  中国公路学报. 2020, 33(4): 155-168. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.016

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  为提升智能汽车的自主决策能力，使其能够学习人的决策智慧以适应复杂多变的道路交通环境，需要揭示驾驶人决策机制。首先通过对自然驾驶数据的分析，发现在车辆行驶过程中能够反映驾驶人决策行为的主要运动特征参数存在极值现象，而产生极值现象的内在动因是驾驶人遵循“趋利避害”的基本决策机制，即驾驶过程中驾驶人力图实现机动性和安全性综合性能最优。受自然界包括物理和生物行为上的众多极值现象遵循最小作用量原理的启发，提出驾驶人决策机制遵循最小作用量原理的假设。随后建立抽象描述驾驶过程的物理模型，并提出最小作用量决策模型（Least Action Decision-making Model，LADM），通过与传统驾驶决策模型（经典跟车模型和换道模型）对比，分析结果显示LADM模型更具通用性。最后开展了实车试验，采集20名驾驶人在自由行驶、跟车行驶和邻车切入3种工况下的试验数据，分析计算并检验了不同驾驶人行车过程的理论最小作用量和实际作用量。试验结果表明：驾驶人在驾驶过程中的实际作用量与最小作用量之间无显著性差异，体现出驾驶人在行车过程中对安全和高效具有共性追求，验证了驾驶人决策机制遵循最小作用量原理。
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  基于自然驾驶数据的跟车场景潜在风险评估

  朱西产, 魏昊舟, 马志雄

  中国公路学报. 2020, 33(4): 169-181. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.017

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  为弥补传统风险评价指标对相对速度较小的跟车场景危险水平评价能力的不足，减少跟车场景中追尾事故的发生，提出了跟车场景潜在风险的概念。将假定前车以较大制动减速度减速条件下的风险称为潜在风险，并构建了代表驾驶人在潜在危险跟车场景下进行避撞操作需满足的最大反应时间的参数时间裕度（TM）。由于追尾危险工况中常见采取的避撞操作可分为制动和制动转向两大类，分别对典型制动避撞过程和制动转向避撞过程进行了分析，从而推导出分别针对2种跟车潜在危险场景的TM计算方式。通过自动筛选与人工筛选结合，获得了中国自然驾驶数据库（China-FOT）中具有中国驾驶人特点的制动避撞危险工况87个和转向制动避撞危险工况40个进行分级，并基于图像处理方法提取了前车制动开始时刻的TM值，从而得到跟车场景潜在风险两级危险域的划分。结果表明：制动避撞场景下，本车车速过低和过高时，TM值的变化均不明显；而在制动转向避撞场景中，只有速度较高时阈值才保持不变。通过对正常驾驶视频的分析，引入对比组共计正常跟车制动工况163例和正常跟车转向变道工况151例的车头时距（THW）值，其统计分析结果与支持向量机分类结果均难以清晰描述跟车场景危险水平与本车速度之间的关系。为研究跟车场景潜在风险评价在自动驾驶中的应用，对于制动避撞场景，在设定TM值不变和相对速度不变的条件下，分别对基于TM的最小相对距离和距离碰撞时间（TTC）值进行了仿真，仿真结果显示，相比于TTC而言，TM的评价稳定性受相对速度影响小，在自动驾驶跟车策略开发和避免其发生责任追尾事故中有重要应用价值。
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  利用激光点云的城市无人驾驶路径规划算法

  郭晓旻, 李必军, 龙江云, 徐豪达, 卢智

  中国公路学报. 2020, 33(4): 182-190. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.04.018

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  为了解决随机采样算法受感知环境不确定性影响下的弱鲁棒性以及弱可靠性问题，采用一种基于激光空间势场的渐优随机采样算法框架来设计符合无人驾驶需要的规划算法。针对感知环境的不确定性，首先基于势场原理与激光障碍物点云构建一个融入了斥力场的规划空间，解决激光障碍物提取中的过分割等问题。其次，利用规划空间来处理随机采样算法中的采样策略、最优母节点选取策略、修剪策略以及最终路径选择策略。再次，在算法中加入了Anytime策略来提高优化解的利用率，使得算法的计算效率满足无人驾驶实时性的要求。同时，为了保证无人驾驶中规划路径的鲁棒性与可靠性，创建了一个综合5重因素的代价函数来选择最优路径，并根据不同的无人驾驶场景来调整相对应的参数；最后在城市测试道路上进行了实地测试。结果表明：设计的算法框架能够适应最高时速40 km·h^-1的城区驾驶环境，并能完成跟驰、换道、融入以及静动态障碍物的避障决策。在与SST算法的对比试验中，所提出的算法在各个试验中的轨迹、方向盘转角以及速度的平滑性都优于SST算法，其轨迹与障碍物的距离也优于SST算法。