2020年, 第33卷, 第8期　刊出日期：2020-08-20

  

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  中国公路学报. 2020, 33(8): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2020, 33(8): 0-0.

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车辆混合动力技术及综合控制专栏
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  基于深度学习的混合动力汽车预测能量管理

  韩少剑, 张风奇, 任延飞, 席军强

  中国公路学报. 2020, 33(8): 1-9. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.001

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  为了优化混合动力汽车的能量动态分配过程，提升混合动力汽车的燃油经济性和动力电池荷电状态（SOC）平衡性，提高混合动力汽车能量管理策略的鲁棒性，以等效燃油消耗最小化策略为基础，结合对车辆未来行驶工况的预测研究，分析车辆未来行驶需求能量的变化，制定相应的动态调整策略。基于车联网通信技术，实时采集车辆的运行状态信息和交通信息，作为车辆未来工况预测模型的输入变量。以数据驱动为特征，基于混合深度学习建立工况预测模型。利用STL分解算法对各输入变量进行周期性、趋势性等特征分解，并对各输入变量的特征分量，使用混合深度学习网络从数据局部特征及时间维度依赖特征来深度挖掘目标车辆车速与外部信息及历史数据的关系，进而对车辆未来的行驶工况进行预测。利用预测的工况信息，分析车辆未来行驶需求能量的变化，应用于自适应等效消耗最小化策略等效因子的实时动态调整，从而实现对车辆的优化控制，并通过与传统自适应等效消耗最小化策略进行对比，验证该方法的有效性。研究结果表明：基于混合深度学习的工况预测模型预测精度比BP网络预测模型高44.72%；利用精确的预测工况信息预测能量管理，可以实时动态调整发动机和电机的功率输出，降低油耗并维持电池SOC平衡。
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  功率分流混合动力全速域工作模式切换规则优化

  赵治国, 陈溢, 王茂垚

  中国公路学报. 2020, 33(8): 10-22. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.002

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  针对某功率分流混合动力汽车，探讨了既定模式转矩分配策略未知情况下全速域工作模式切换规则的优化问题。先在既定模式转矩分配策略未知的前提下，将等效燃油消耗与样本数字特征相结合，计算了不同荷电状态（SOC）值下各工作模式在所有可行工作点的基准综合燃油消耗率。以整车燃油经济性为优化目标，确定不同SOC值下所有可行工作点的最佳工作模式，进而得出基于车速、车轮端需求转矩、SOC值的优化后全速域工作模式切换规则，以满足不同工况下的工作模式选择需求。之后，不考虑模式切换过程对整车驾驶平顺性的影响，搭建了模式切换实施模型。再以4个新欧洲驾驶循环（NEDC）工况所构成的组合工况为目标行驶工况，将优化后全速域工作模式切换规则和传统基于逻辑门限的全速域工作模式切换规则分别应用于基于规则的能量管理策略，进行了整车燃油经济性仿真与台架试验验证。仿真结果表明：在不改变既定模式转矩分配策略的条件下，与基于逻辑门限的全速域工作模式切换规则情况相比，所提出的既定模式转矩分配策略未知情况下全速域工作模式切换规则优化方法至少可使整车燃油经济性提高7.33%。台架试验结果进一步表明，该优化方法至少可使整车燃油经济性提高6.17%。由此可见，所提出的既定模式转矩分配策略未知情况下全速域工作模式切换规则优化方法对整车燃油经济性具有较好的改善效果。
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  基于改进全局优化算法的轮毂液压动力系统能量管理策略

  郭斌, 李金成, 陈虹, 王越, 吴梓乔, 曾小华

  中国公路学报. 2020, 33(8): 23-30. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.003

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  现有针对轮毂液压混合动力系统的能量管理策略均为结合研究人员经验与发动机最优工作区域的简单控制，暂未见优化控制策略的应用，导致实际控制值与最优控制值的偏差较大，无法充分发挥该系统的节油能力。基于此，针对该系统提出了一种基于改进全局优化算法的能量管理策略，探寻该系统的理论最大节油量，进一步挖掘该系统的节能潜力。首先，该策略建立了基于车速-蓄能器荷电状态（SOC）自适应调节等效油耗因子的方法计算目标函数中的罚函数，从而提高系统的制动回收能力，避免计算结果陷入局部最优；随后，根据轮毂液压混合动力系统各模式工作点相对固定的特性，实现了控制变量降维；最后以实测数据进行了仿真测验。结果显示：比起传统的全局最优策略，该方法可以进一步实现3.36%的节油效果；同时，在实现节油的基础上，经过控制变量降维后计算时间减少了35%，而计算精度基本不受影响。
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  分布式驱动电动汽车回馈制动失效的液压补偿控制

  张利鹏, 袁心茂, 彭畇傲, 李韶华

  中国公路学报. 2020, 33(8): 31-41. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.004

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  分布式驱动电动汽车各驱动轮转速和转矩可以单独精确控制，便于实现整车动力学控制和制动能量回馈，从而提升车辆的主动安全性和行驶经济性。但车辆在回馈制动过程中，一旦1台电机突发故障，其他电机产生的制动力矩将对整车形成附加横摆力矩，从而造成车辆失稳，此时虽可通过截断异侧对应电机制动力矩输出来保证行驶方向，但会使车辆制动力大幅衰减或丧失，同样不利于行车安全。为了解决此问题，提出并验证一种基于电动助力液压制动系统的制动压力补偿控制方法，力图有效保证整车制动安全性。以轮毂电机驱动汽车为例，首先建立了整车动力学模型以及轮毂电机模型，通过仿真验证了回馈制动失效的整车失稳特性以及电机转矩截断控制的不足；然后，建立了电动助力液压制动系统模型，并通过原理样机的台架试验验证了模型的准确性；接着，基于滑模控制算法设计了制动压力补偿控制器，并在单侧电机再生制动失效后的转矩截断控制基础上完成了液压制动补偿控制效果仿真验证；最后，通过实车试验证明了所提控制方法的有效性和实用性。研究结果表明：在分布式驱动电动汽车单侧电机再生制动失效工况下，通过异侧电机转矩截断控制和制动系统的液压主动补偿，能够使车辆快速恢复稳定行驶并满足制动强度需求。
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  并联式混合动力汽车模式切换控制策略研究

  刘金刚, 肖培杰, 傅兵, 王建德, 赵又红, 何丽红, 陈建文

  中国公路学报. 2020, 33(8): 42-50. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.005

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  并联式混合动力汽车模式切换时离合器会介入传动系统，容易引起较明显的冲击感，是影响整车驾驶舒适性的主要因素。为此，提出了基于离合器双模糊和电机转矩协调的模式切换控制策略。首先建立混合动力汽车模式切换过程的动力学模型，以减小离合器滑磨功为目标，对模式切换时的离合器接合过程进行划分；其次，结合混合动力汽车模式切换的基本要求和驾驶意图，制定离合器双模糊控制策略，分别对滑摩阶段的接合时长和转矩同步阶段的压力变化率进行控制；然后以离合器滑磨功和整车冲击度为优化目标，采用二次型最优控制算法对滑摩阶段的接合压力进行优化，从而获取模式切换过程中离合器的最优接合压力轨迹；在此基础上，通过实时计算离合器传递转矩，根据电机转矩响应快的特点，制定电机转矩协调控制策略；最后，基于某混合动力试验样车，在底盘测功机上分别进行缓加速、中等加速和急加速下的模式切换试验，对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明：该策略能较好地反映驾驶人驾驶意图，保证离合器的使用寿命，所产生的整车冲击度均处于合理范围之内，改善了整车模式切换过程中的驾驶舒适性。
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  多模式机液复合传动装置设计方案分析

  朱镇, 蔡英凤, 陈龙, 夏长高, 赖龙辉

  中国公路学报. 2020, 33(8): 51-62. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.006

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  液压传动柔性特征适用于起步工况，机液传动高效无级调速特征适用于作业工况，机械传动高效变速特征适用于转场工况。分析集液压传动、机液传动和机械传动为一体的多模式机液复合传动装置的设计思路在汽车工程上具有理论研究意义和实际应用价值。研究了机液复合传动的功率流传递机理，分析了换挡机构处于功率分流机构、复合传动机构、功率汇流机构和后置换挡机构一处或多处时，分段式机液传动装置各自的性能特征。研究结果表明：功率分流传动方式多适用于中小功率车辆，且马达转矩与传动装置输出转矩比值保持不变；功率汇流传动方式多适用于大功率车辆，使小功率液压件传递大功率成为可能，并能够在输出端起到减速增矩的效果；功率分流和功率汇流互换的传动方式可通过控制行星齿轮双接口及后置换挡机构，保证机液复合传动在不同速度分段中的高效运行；当换挡机构在行星齿轮之间时，可在2个不同区段改变行星齿轮机构的特性参数，使得在整个工作区范围内保持合理的功率配额；当采用多段式行星齿轮功率汇流传动方式时，后置换挡机构扩大了传动装置转速和转矩的覆盖范围。根据上述5类机液传动设计思路，提出对应的多模式机液复合传动装置设计方案。以一款用于扫地车的机液复合传动装置为研究对象，进行运动学和动力学分析，确定相关参数，绘制调速曲线和效率特性曲线，并对其挡位切换优化问题做了简要介绍。该方案充分利用液压传动的无级调速性能和机械传动的高效变速性能，较好地满足了车辆起步、作业和转场工况的要求。
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  轮毂液驱车辆助力模式温度补偿控制策略

  宋大凤, 梁伟智, 曾小华, 李立鑫, 杨丽丽

  中国公路学报. 2020, 33(8): 63-70. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.007

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  轮毂液驱车辆是在传统重型商用车基础上加装一套轮毂液压驱动系统，使其在低附着路面下具有较高的牵引性能。在轮毂液驱车辆助力模式下，针对液压系统油液温度升高引起的系统泄漏量增加、控制精度降低等问题，提出一种温度补偿控制策略。根据考虑系统损失的流量连续性原理和轮速跟随思想，提出了基于温度补偿的多因素泵排量控制策略，并通过MATLAB/Simulink和AMESim联合仿真平台对该控制策略进行了验证。仿真结果表明：温度补偿策略补偿了系统的流量损失，满足了实际轮速跟随需求，提高了总牵引力。同时，通过HIL试验证明了温度补偿策略在实车上依然能达到仿真时的控制效果，对轮毂液驱车辆的实际开发具有理论指导意义。
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  基于稳定性和宏观交通流模型的车辆路径规划

  李麟, 裴玉龙, 尹亮, 周亮

  中国公路学报. 2020, 33(8): 71-80. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.008

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  为了提升车辆的安全性和能量利用率，从路径规划的层面出发，针对避免车辆遇到极端工况及低效率工况的问题，提出将车辆稳定性判据模型和交通流模型相结合的方法来规划车辆路径，使得车辆在路面湿滑情况下实现快速、安全的行驶。使用交通流模型预测车辆未来将要面临的交通环境变化，再使用稳定性判据模型评估未来交通的安全性，以便为混合动力车辆规划出最快且最安全的路径。具体来讲，为了预测混合动力车辆未来将要面临的车速及车流密度的变化，使用通量矢量分裂格式求解广义Aw-Rascle-Zhang（GARZ）宏观交通流模型。此外，使用驾驶人在环仿真平台PreScan，收集了同一驾驶人在不同车速及不同相对前车距离时给出的前轮转向角响应。基于前轮驱动（FWD）前轮转向（FWS）车辆和全轮转向（AWS）分布式驱动车辆（DDV）的Simulink模型，给出了不同前轮转向角对应的轮胎力饱和因子（δ_TFSC）响应。使用人工神经网络训练不同车速和车流密度对应的δ_TFSC，建立了车辆的稳定性判据模型。使用新建立的稳定性判据模型对交通流模型预测的参数（车流速及车流密度）进行稳定性评估。然后，基于以上的方法优化了车辆行驶路径，以确保车辆在湿滑路面上的行驶安全。最后，使用US-101真实交通流数据来验证交通流模型的预测结果。经实例验证得出：交通流模型与车辆横向稳定性判据模型相结合可以从路径规划的层面保证车辆安全行驶并提升交通系统的通行效率。
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  考虑弹性支撑边界条件的电动汽车-路面系统机电耦合振动特性分析

  冯桂珍, 李韶华, 路永婕

  中国公路学报. 2020, 33(8): 81-91. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.009

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  轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量大导致轮胎动载荷增加，并且电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励，进一步加剧车轮振动引起垂向振动负效应的问题。鉴于此，考虑电机的电磁激励，建立了电动汽车-路面系统的机电耦合动力学模型，推导了弹性支撑边界条件下路面结构的模态频率和振型表达式，以及路面振动引起的二次激励。计算了简支与弹性支撑边界条件下的路面模态频率，根据频率分布进行了截断阶数选取，并分析了边界条件、电机激励和车速对路面响应的影响。在此基础上，研究了不同行驶速度、路基反应模量及路面不平顺幅值下，激励形式对汽车车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的影响。结果表明：路面不平顺幅值越小，弹性支撑对路面响应的影响越大，弹性支撑边界条件下的路面响应较小，电机激励会引起路面响应的增加；弹性支撑边界条件下，路面不平顺幅值和路基反应模量越小，考虑路面不平顺、路面二次激励和电机激励的三重综合激励对电动汽车响应的影响越大，激励形式对轮胎动载荷的影响最大，对车身加速度的影响次之，对悬架动挠度的影响最小；电机激励导致轮胎动载荷增加，对路面破坏和寿命产生的负效应不容忽视。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车垂向动力学分析提供参考与理论支持。
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  分布式驱动电动汽车转向工况转矩分配控制研究

  胡金芳, 颜春辉, 赵林峰, 梁修天, 谢有浩

  中国公路学报. 2020, 33(8): 92-101. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.010

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  针对分布式驱动车辆转向工况在低速下期望提高转向机动性能，高速下期望保证行驶稳定性的需求，充分考虑转向行驶内外侧车轮的转向关系以及车辆动力学，制定了适应车速变化的四轮转矩分配策略，建立了四轮轮毂电机驱动模型以及二自由度参考模型。为了改善分布式驱动转向机动性能，建立自抗扰控制器调整内外侧车轮转矩，形成合理的转速差，减小转向半径，以提高转向机动性；对于高速转向行驶稳定性的需求，通过二次规划方法优化分配各车轮驱动力矩，分析轮胎纵横向附着裕度建立目标函数，并加入附加横摆力矩和路面附着力的限制，进行车轮驱动转矩的在线优化分配，提高车辆转向行驶的稳定性；另外为避免2种控制模式转换时驱动转矩突变，根据车速和稳定性参数制定模糊规则决策2种模式的协调系数，保证2种控制模式的平滑过渡。基于CarSim和MATLAB/Simulink进行联合仿真，并搭建硬件在环平台进行试验，对所提出的方法进行验证。结果表明：在低速转向工况下，提出的分配策略能够调节内外侧车轮产生差速效果，与转矩平均分配的策略相比，转向半径有所减小，提高车辆机动性；高速转向工况下，分配策略能够保证车辆稳定转向，与未考虑稳定性控制的分配策略相比，能更好地跟踪目标轨迹，且横摆角速度控制在参考横摆角速度附近，证明了所提控制策略的有效性。
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  基于分布式光纤测温的离合器摩擦表面温度场测量

  席军强, 陈宏宇

  中国公路学报. 2020, 33(8): 102-109. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.011

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  离合器在工作过程中的摩擦表面温升是离合器传递扭矩的直接影响因素，研究离合器温升情况对于改善离合器控制和优化离合器设计都有着重要意义。但摩擦片工作表面封闭，表面温度往往难以准确测量，为解决离合器温度高精度测量的问题，使用国际上发展迅速的最新型分布式光纤传感技术，在设计的干式离合器摩擦特性测试台架上进行了测量试验。试验结果表明：与传统的热电偶插入式测量相比，分布式光纤测温能够得到离合器摩擦接触面的温度沿半径方向上的温度分布，为离合器表面温度场分析提供数据支持；同时，光纤测温能够实现在离合器系统内的各个部件的温度测温。通过对不同半径、不同工况、不同部件的温度变化情况的测量结果分析，离合器摩擦接触面的温度分布与半径有关，通常呈现半径越大温升越显著的特点；在单次接合分离的过程中，离合器摩擦片的2个摩擦接触表面的温升情况并不相同，靠近飞轮盘一侧的温度变化速率比靠近压盘一侧的要快。
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  高能摩擦副齿部啮合非线性冲击损伤新算法及疲劳寿命预测

  李杰, 张燕雄, 王晓燕, 陶龙, 顾佳玲, 陈诚

  中国公路学报. 2020, 33(8): 110-118. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.012

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  重载车辆传动系统摩擦副在接合/分离过程中，摩擦片内齿与内毂外齿为啮合状态，由于动力输出的非平稳性，使得啮合齿部处于非线性高频冲击振动，其振动及冲击损伤特性将影响着传动系统的性能和使用寿命。为能正确预估高频冲击损伤对传动系统使用寿命的影响，对摩擦片齿部冲击碰撞应力变化规律和疲劳损伤理论的应用研究，提出了一种非线性冲击损伤计算的新算法。采用疲劳累积损伤原理和门槛值计算方法，分析了非线性冲击应力特性，引入了喷丸强化因子，并将代表当前损伤状态和应力状态对疲劳损伤发展影响的无量纲因子引进模型，得到了非线性冲击总损伤的数学模型。对摩擦副齿部进行了瞬态和稳态的应力试验测试，获得了1.5 mm齿侧间隙下10 s时间段的累积损伤值，利用新算法理论计算方法，推导了摩擦片全寿命周期总损伤值，获得了疲劳寿命预估值。经计算，其有效使用寿命周期为25.56 min。为对比不同边界条件下的损伤影响状态，对常用的不同齿侧间隙（0.75，1.25 mm）摩擦片齿部疲劳寿命进行了试验测试和总损伤值计算，分别获得了不同间隙条件下的使用寿命预估，其有效使用寿命分别为100.78，25.96 min。该方法能够通过实测应力状态，获得有效时间段累积损伤值，并通过计算，获得总损伤值及全寿命疲劳失效损伤的定量预估。该算法对摩擦片齿部高频冲击疲劳失效损伤的定量评价研究具有可操作的现实指导意义，也为进一步深入研究冲击碰撞损伤并准确量化研究奠定了理论基础。
道路工程
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  整车多轮动载作用下沥青路面动力响应

  严战友, 赵晓林, 赵国芳, 赵勇, 赵国叶

  中国公路学报. 2020, 33(8): 119-132. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.013

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  车辆荷载作用下沥青路面各结构层受力复杂，现行公路沥青路面设计规范未能考虑车辆振动特性和橡胶轮胎非线性。为研究整车多轮动载作用下沥青路面动力响应，基于车辆动力学、橡胶材料超弹性及沥青路面黏弹性理论，构建整车-橡胶轮胎-沥青路面三维有限元模型，与实际车-路现场测量比较验证本模型的可靠性，对比分析无路面不平度与B级路面不平度激励下，路面各结构层动力响应。结果表明：通过与实际车-路测量结果比较，沥青层底部纵向最大剪应变与实测值误差为5.889%，表明该车-路动力学模型可靠、合理；B级路面不平度激励下，后轴左单轮接地法向力为0~86.526 kN，车体法向振动加速度为-0.451~0.372 m·s^-2，后轴左悬架弹力为60.376~68.42 kN；与无路面不平度相比，后轴左单轮最大接地法向力、车体最大法向加速度、后轴左悬架最大弹力分别增加113%、402.7%、7.4%；与无路面不平度相比，沥青路面上、中、下面层纵向最大压应力分别增加18.91%、12.4%、21.1%，纵向最大拉应力分别增加3.94%、6.25%、33.3%；横向最大压应力分别增加10.43%、8.47%、9.19%，横向最大拉应力分别增加12.19%、13.08%、33.33%，且压应力数值远大于拉应力；竖向最大压应力分别增加19.1%、19.35%、20.07%，竖向最大拉应力分别增加26.93%、7.38%、6.2%，且前轮压应力大于中、后轮压应力。以上数据说明路面不平度对结构层响应影响较大，车辆振动特性及橡胶轮胎与路面非线性接触不容忽略。
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  基于MMLS3设备的OLSM抗反射裂缝性能研究

  付其林, 魏建国, 王力扬

  中国公路学报. 2020, 33(8): 133-143. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.014

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  为评价开级配大粒径沥青碎石（OLSM）抗反射裂缝性能及其影响因素，采用MMLS3设备对1/2路面结构进行弯拉-剪切作用下反射裂缝模拟试验，测定不同集料粒径、分形维数、胶浆膜厚度和粉胶比等影响因素下OLSM面层的瞬时应变幅值，分析不同影响因素下OLSM面层裂缝扩展规律。结果表明：OLSM面层随加载的累积应变、瞬时应变幅值和裂缝扩展速率均显著低于AC面层，终裂时其加载次数比AC面层提高了64.9%；随着公称最大集料粒径的增大，OLSM面层随加载的瞬时应变幅值和裂缝扩展速率显著降低，终裂时OLSM-30和OLSM-40面层加载次数比OLSM-25面层分别提高了20.2%和41.5%；随着分形维数的减小，OLSM面层随加载的瞬时应变幅值和裂缝扩展速率先提高后降低，终裂时加载次数先提高后降低；随着胶浆膜厚度和粉胶比的增大，OLSM面层随加载的瞬时应变幅值、裂缝扩展速率先提高后降低，终裂时加载次数先提高后降低。OLSM对裂缝扩展起到较好的抑制作用，具有良好的抗反射裂缝性能；大粒径集料对裂缝扩展起到较好的抑制作用，选用较大集料粒径的OLSM可有效提高其抗反射裂缝性能；随着分形维数、胶浆膜厚度和粉胶比的增大，OLSM抗反射裂缝性能先提高后降低；采用分形维数2.39~2.43、胶浆膜厚度50~56 μm和粉胶比1.2~1.4设计OLSM，可有效提高其抗反射裂缝性能。
桥梁与隧道工程
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  全预制轻型预应力UHPC薄壁盖梁抗剪性能试验

  李立峰, 唐金良, 胡方健, 廖瑞, 叶萌, 邵旭东

  中国公路学报. 2020, 33(8): 144-158. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.015

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  为解决桥梁装配式施工中传统混凝土盖梁自重过大、整体吊装困难的难题，提出全预制轻型部分预应力超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete，UHPC）薄壁盖梁的设计方案。为研究UHPC薄壁盖梁的斜截面抗裂性能及抗剪承载力，完成1根相似比1：2的大比例UHPC薄壁盖梁共2次模型试验，获得模型从加载到破坏全过程的开裂和破坏荷载、裂缝和变形分布规律等关键试验结果；分析梁体应变、预应力、裂缝的分布规律，考虑UHPC的应变硬化特征，基于材料力学公式提出斜截面开裂剪力的理论计算方法，考虑UHPC结构裂缝分布和结构形状系数等，提出斜裂缝宽度的计算公式。按照不同规范对UHPC盖梁抗剪承载力进行计算对比，以法国UHPC规范为基础，对比分析UHPC基体、箍筋、钢纤维及纵筋销栓作用对结构抗剪承载能力的影响程度。研究结果表明：计算结果与模型的开裂剪力以及裂缝宽度吻合良好；各国规范均低估了UHPC结构的抗剪承载能力；提出的UHPC盖梁具有自重轻、施工快捷等特点，充分利用了UHPC的超高抗拉性能和应变硬化特征，具有优异的斜截面抗裂性能以及抗剪性能；建议取消弯起钢筋、适当增加预应力筋，浇筑UHPC时应增设抗浮措施等。研究成果可为UHPC盖梁的应用提供参考。
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  纤维高强混凝土干接缝剪切性能试验研究

  袁爱民, 赵雪茹, 陆荣伟

  中国公路学报. 2020, 33(8): 159-168. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.016

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  节段预制匹配梁混凝土干接缝键齿受力后易沿键齿根部产生斜裂缝，并发生沿键齿根部脱落的脆性破坏，在混凝土中掺加纤维可改善干接缝剪力键受力性能。考虑纤维长度、纤维形状、纤维种类及纤维体积率4种影响因素，制作了4组9对干接缝剪力键试件进行直剪试验，得到了以上4个因素对纤维高强混凝土干接缝剪切行为和抗剪强度的影响规律。结果表明：与未掺加纤维的高强混凝土相比，纤维高强混凝土干接缝的开裂剪应力、极限剪应力和延性均有所提高，开裂剪应力平均提高了48.1%，极限剪应力提高了26.0%，延性指标提高了24.4%；在一定范围内，纤维高强混凝土干接缝的极限剪应力随着纤维长度的增长和纤维体积率的增大而增大；纤维混凝土可以增强干接缝的极限剪应力，端钩型纤维对干接缝极限剪应力提升的效果明显大于波浪型和平直型；同时，归纳了既有干接缝承载力计算公式，利用既有试验数据对不同公式的承载力计算值进行了对比分析，发现各公式对试件承载力的预测值与侧向预压应力有关，其中Rombach公式计算值与试验值吻合最好，但离散度较大。试验结果可为今后纤维高强混凝土干接缝剪切行为和抗剪强度的研究提供数据支持。
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  大件运输车载下考虑强度退化过程的钢绞线斜拉索安全评估

  高文博, 袁阳光, 黄平明, 许昕, 王俊峰, 韩万水

  中国公路学报. 2020, 33(8): 169-181. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.017

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  为实现大件运输车载下退化钢绞线斜拉索安全评估，首先，在总结已有研究成果的基础上建立了"微动-腐蚀-疲劳"损伤历程下的钢绞线斜拉索强度退化模拟方法；其次，根据斜拉索运营阶段安全性的内涵，依据可靠度理论建立了大件运输车载下的两层次安全评估方法，两层次安全评估极限状态分别对应于不满足规范要求安全储备的状态及拉索断裂破坏，明确了两层次安全评估目标可靠指标的确定方法；最后，以一个实例分析对所构建的钢绞线斜拉索强度退化模拟方法及两层次安全评估方法的应用进行说明。结果发现：采用所构建的模拟方法可顺利实现对钢绞线斜拉索强度退化过程的模拟，钢绞线斜拉索在腐蚀过程开始之前，其抗拉强度会在微动磨损进程下损失约5%，一般大气环境下，服役30年时抗拉强度退化至初始水平的约72.6%；第1层次安全评估目标可靠指标可选择为3.09，第2层次安全评估目标可靠指标的确定应同时考虑正常运营荷载及年均大件运输车辆授权通行次数的影响；考虑到大件运输车辆通过大跨桥梁时严格交通管制的艰难程度，安全评估过程应考虑正常交通荷载的影响，考虑一般运行状态或密集运行状态活载模型对安全评估结果的影响较小。所建立的两层次安全评估方法可为大件运输车载下大跨桥梁关键构件安全评估提供参考。
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  高寒高海拔隧道保温层敷设方式及设计参数优化

  王志杰, 周飞聪, 周平, 姜逸帆, 李金宜, 杜彦良, 杜逸文, 邓宇航

  中国公路学报. 2020, 33(8): 182-194. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.018

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  为了深入探究高寒隧道保温层敷设方式及其设计参数优化的问题，以高寒高海拔特长珠角拉山隧道工程为背景，通过数值模拟重点研究了保温层敷设方式、设计厚度及导热系数参数的选择，并讨论了当地气温变化与保温层设计参数的关系。研究结果表明：在寒区隧道保温层设防区段，贴壁式敷设方式最佳；随着保温层厚度的增加，洞内冷空气影响范围逐渐减小，调热圈径深随保温层厚度变化的趋势用公式表达为f（x_h）=3.039e^{-0.280 9x_h}+13.8e^{-0.009 322x_h}；基于调热圈径深随保温层厚度增加的变化速率曲线及隧道结构安全，建议保温层厚度设计为5~10 cm；随着保温材料导热系数的增大，洞内冷空气影响范围逐渐增大，调热圈径深与导热系数关系趋势用公式表达为f（x_λ）=15.47e^{0.287 4x_λ}-3.829e^-39.05x_λ；基于调热圈径深随导热系数变化速率曲线及隧道结构安全，建议保温材料导热系数取0.020~0.035 W·（m·K）^-1；在假定保温层厚度为5 cm，导热系数为0.022 2 W·（m·K）^-1，通风时间4个月的情况下，只有当洞内气温大于-15℃时才能保证支护结构和围岩不受冻害影响。研究成果可为川藏铁路建设提供指导作用。
汽车工程
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  基于一维卷积神经网络的驾驶人身份识别方法

  胡宏宇, 刘家瑞, 高菲, 高振海, 梅兴泰, 杨光

  中国公路学报. 2020, 33(8): 195-203. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.019

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  近年来，智能网联汽车（ICV）已成为智能工业时代最有前景的发展方向。作为现代移动的重要模式，ICV的设计和开发越来越强调个性化需求。提出一种仅使用车载CAN总线行车状态数据，基于深度学习的驾驶人身份识别通用框架。首先采集20名驾驶人在固定试验路线下，包括不同道路类型、不同交通条件下的自然驾驶行车状态数据集；其次对9种类型的CAN信号行车数据进行数据清洗与重采样，构建数据样本集。搭建了由卷积层、池化层、全连接层、SoftMax层构成的一维卷积神经网络（1-D CNN）驾驶人身份识别模型，并且使用Adam算法、L2正则化、Dropout、小批量梯度下降等方法对模型性能进行优化。算法验证过程中，探讨了模型卷积核占比、卷积核数量、卷积层层数、全连接层节点规模对模型识别准确率的影响，进而对模型结构参数进行优选。进一步地，将该算法与K近邻（KNN）、支持向量机（SVM）、多层感知器（MLP）等传统机器学习方法及深度学习算法长短时记忆网络（LSTM）进行对比分析，同时探究样本时间窗口大小、样本数据重叠度、驾驶人数量对模型识别结果的影响。在数据时间窗口为1 s、数据重合度80%的条件下，对20名驾驶人进行识别，评价指标宏观F₁分数可达99.1%，表明该模型表现明显优于其他对比模型算法，其对驾驶人身份识别表现稳定，鲁棒性强。
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  基于多通道态势图的自动驾驶场景表征方法

  朱波, 胡旭东, 谈东奎, 顾家鑫, 黄茂飞

  中国公路学报. 2020, 33(8): 204-214. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.08.020

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  开展自动驾驶测试场景研究能够大幅减少自动驾驶汽车的测试周期与开发成本，是未来评价和提升自动驾驶技术的重要基础。为此，联合基于本体论的场景解构方法，提出了一种基于多通道态势图的自动驾驶场景表征方法，并对多通道态势图的场景聚类与场景复杂度进行研究。首先，对目前的自动驾驶测试方法进行分析，论述道路测试的不足之处以及基于场景的自动驾驶虚拟测试的优点，并对当前的场景解构与表征方法进行了总结；然后，运用本体论解构场景中的信息，并建立场景的本体模型，对模型中的数据属性进行参数化；接着，对真实场景、场景中的语义信息和多通道态势图场景进行对比分析，定义表征场景的多通道态势图的数据格式，将解构出的场景信息重组到多通道态势图的不同层中；之后，以汉明距离为基础设计了多通道态势图的对象层相似度计算方法，采用K均值聚类算法对驾驶场景对象层进行聚类分析，并借助层次分析法对基于多通道态势图的驾驶场景复杂度计算进行研究；最后，以KITTI数据集的一些真实场景为例，绘制场景开始时刻的多通道态势图，分析聚类出的9种对象分布类型。研究结果验证了多通道态势图场景复杂度计算方法的有效性。