2021年, 第34卷, 第1期　刊出日期：2021-01-20

  

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  中国公路学报. 2021, 34(1): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2021, 34(1): 1-0.

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综述
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  钢结构桥梁抗火研究综述

  张岗, 贺拴海, 宋超杰, 黄侨, KODUR V K, 张永飞

  中国公路学报. 2021, 34(1): 1-11. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.001

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  钢结构桥梁形式多样，优点突出，在世界各地应用广泛，为了推进中国钢结构桥梁的建设，促进中国钢结构桥梁抗火防灾研究领域的全面发展，加快钢结构桥梁抗火防灾技术的研究，加强钢结构桥梁抵抗火灾的能力，提升管理部门应对钢结构桥梁遭遇火灾时的应急水平，对钢结构桥梁抗火防灾的研究现状与亟待解决的问题进行了总结。研究了国内外钢结构桥梁火灾发生时的场景以及钢结构桥梁遭遇火灾时的破坏形态，分析了钢结构桥梁火灾发生时的特点，强调了油罐车火灾对钢结构桥梁安全性能的严重威胁，给出了钢结构桥梁抗火防灾的关键技术。继而，对其抗火研究存在的问题进行了梳理，包括钢结构桥梁所用材料的高温特性，复杂环境下钢结构桥梁截面的传热机制、钢-混凝土组合梁界面间的高温作用机理、钢结构桥梁火灾行为的数值模拟与智能预测技术、火灾全过程中钢结构桥梁的试验与测试方法、火灾高温下钢结构桥梁的力学行为以及钢结构桥梁抗火研究的工程应用等七大方面给出了钢结构桥梁抗火研究亟待解决的问题和更高的目标。以期对钢结构桥梁抗火防灾方向的技术研究提供全新的视角和基础资料。
道路工程
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  基于现场测试的道路压电俘能系统电学性能

  王朝辉, 王帅, 宋志, 余功新

  中国公路学报. 2021, 34(1): 12-23. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.002

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  为全面测评道路压电俘能系统在开放交通条件下的电学性能，采用16个自主研制的15 cm×15 cm×3 cm压电俘能装置并联，设计俘能模块布设点位，铺筑道路压电俘能系统现场测试段，基于随机开放交通条件下道路压电俘能系统开路电压波形信号响应特征，系统研究了现场不同荷载、不同车速工况下道路压电俘能系统电学输出规律，并基于不同负载与电学性能关系，确定了道路压电俘能系统能量采集最佳匹配阻值，最后基于随机、开放的交通条件明确了道路压电俘能系统能量采集存储性能。结果表明：开放交通条件下，小汽车和中型车辆荷载完全碾压道路压电俘能系统输出开路电压分别为15.0~29.6 V和50.0~79.2 V，车辆荷载对道路压电俘能系统电学性能影响显著，且车辆前后轴同时碾压、扩大轮迹横向分布的布设方式利于其电学输出；单车次碾压速率对电学输出性能影响甚微，30~40 km·h^-1至50~60 km·h^-1速率区间平均输出开路电压仅提升了1.47%；匹配负载阻值后，其输出功率和输出电流总体随负载阻值增大先明显增大后逐渐减少，基于此确定道路压电俘能系统能量采集时的最佳匹配阻值为2 kΩ，对应输出功率达23.12 mW，输出电流达3.3 mA；晚高峰时段开放交通条件有效存储能量达76.97 mJ，验证了道路压电俘能系统能量采集存储的有效性，从而为道路压电发电技术的规模化铺设应用奠定基础。
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  单轴压缩下不同长度单裂隙岩体能量损伤演化机制

  张亮, 王桂林, 雷瑞德, 文兴祥, 刘勃龙, 孙帆

  中国公路学报. 2021, 34(1): 24-34. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.003

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  为探寻裂隙岩体变形破坏过程中内在的能量演化机制，基于岩石能量耗散理论和室内试验数据，研究了单轴压缩条件下单裂隙岩体变形破坏过程中各能量指标（总能量、弹性应变能及耗散能）演化规律，分析了裂隙长度变化对岩样力学特性、破坏模式、各能量指标及峰前能量突变幅度的影响规律。研究结果表明：裂隙岩体的峰值强度、峰值应变及弹性模量均随裂隙长度增大呈逐渐减小趋势，岩样最终的破坏模式主要为拉剪复合破坏；依据岩样变形破坏过程中耗散能演化规律可将裂隙岩体受荷能量损伤划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、突变损伤阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段6个阶段；峰值点岩样的总能量、弹性应变能及耗散能均随裂隙长度的增大而逐渐减小，但耗散能减小幅度最小；储能极限随裂隙长度变化拟合公式符合指数递减规律；岩样峰前能量突变幅度随着裂隙长度的增加而逐渐减小，且能量突变幅度越大，引起裂纹损伤扩展程度越严重。研究成果对于深化认识裂隙岩体的能量演化机制具有重要的理论价值和实际意义。
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  废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙的抗震性能振动台试验

  王丽艳, 李劲松, 陶云翔, 王炳辉, 闫家涛

  中国公路学报. 2021, 34(1): 35-46. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.004

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  为了研究废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙在地震作用下的抗震性能，根据量纲分析理论中的Froude常数与相似比原理设计了土工格栅加筋挡土墙振动台试验模型，利用汶川地震近场什邡波（SF）和远场松潘波（SP）作为主要加载波形，以废弃钢渣为回填料，开展了土工格栅加筋钢渣挡墙的振动台模型试验。考虑地震强度的影响研究加筋挡土墙在不同地震波、不同地震强度下的墙体位移、水平加速度、回填料加速度、回填料表面竖向沉降以及土工格栅动应变等反应规律。为了将钢渣回填土工格栅加筋挡土墙的反应特性与传统砂土回填加筋挡土墙的反应特性作比较，开展了传统砂土回填土工格栅层的挡土墙抗震性能研究。试验结果表明：在不同加载强度下，远场SP波加载时的墙体加速度放大系数均大于近场SF波加载时墙体的加速度放大系数，挡土墙在加载远场SP波时比加载近场SF波时的反应更为激烈；在相同的地震波、地震强度下，通过对比钢渣和砂作为填料时的墙体和回填料的加速度、墙体变形和回填料沉降反应特征，得出质重且级配良好的钢渣作为加筋挡土墙回填料时，加筋墙体具有良好的抗震作用。在地震作用下，土工格栅应变峰值随墙高的分布情况为"上下小，中间大"，与静态下格栅应变规律一致。研究结果表明废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙可以应用到工程实践中。
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  酸雨湿干循环作用下百色膨胀土裂隙发育规律及其微观机制

  常锦, 杨和平, 肖杰, 陈冠一, 马海峰, 陈强

  中国公路学报. 2021, 34(1): 47-56. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.005

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  为弄清酸雨与湿干循环共同作用对膨胀土裂隙发育的影响，以广西酸雨重灾区的百色原状膨胀土为对象，室内设置高清照相机观测记录经不同酸雨与湿干循环作用后试验土样的裂隙发展，用Image-Pro Plus （IPP）图像处理软件获取土体裂隙特征参数，并采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射法研究试验过程中土样的微结构及化学成分演变。据此，从分析膨胀土叠聚体间微结构受力及裂隙发育演化2个方面，探究酸雨与湿干循环作用下土样的裂隙发育规律及其微观机制。结果表明：酸雨将促进试样裂隙发育，酸雨pH值越小，裂隙发展愈明显；相比中性水的湿干循环环境，湿干次数n=1、湿度为17%~18%的试样，在pH值为5和3酸液作用下，实测的裂隙面积率分别增大11.0%和69.1%；当n增至4、湿度为7%~8%时，试样裂隙面积率的增幅分别达17.3%和31.8%，可见酸雨与湿干循环的共同作用对试样裂隙发育的促进作用更加显著。微观对比分析得出，酸雨与湿干循环共同作用使土中胶结物质迅速流失，土粒间化学胶结力P_f、静电引力P_j和土粒自重P_z均减小，土样横截面的平均强度下降，导致叠聚体微结构由于相互引力的减小而逐渐分离，形成新的孔隙，且新孔隙将由表及里不断拓展，进一步引起土样结构中的含水率不均匀分布，并加快其脱湿速率，最终造成土中裂隙发育加剧。
桥梁工程
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  大跨径悬带桥颤振特性研究

  华旭刚, 王圣淇, 唐煜, 陈政清

  中国公路学报. 2021, 34(1): 57-65. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.006

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  借助一种三维颤振分析方法，分析一座主跨618 m悬带桥的三维颤振性能，并与相同跨径的悬索桥进行对比，进一步探讨悬带桥的多模态参与效应、侧向自激力效应及节段模型试验的模态选取等问题；同时还对悬带桥进行多种组合下的两模态二维颤振分析及节段模型风洞试验。研究结果表明：与悬索桥的扭转模态颤振驱动机制不同，悬带桥的颤振由侧向-扭转耦合模态分支驱动，具有更低的颤振临界风速；悬带桥的颤振形态表现为侧向、竖向和扭转方向耦合振动，侧向自激力对颤振临界风速的影响较小；侧弯-扭转耦合模态及竖弯模态的模态组合具有最低的颤振临界风速，二维颤振分析结果与三维颤振分析结果基本一致，说明其多模态参与效应不明显，由此可见三维颤振分析及节段模型中模态合理选取的重要性。研究结果可为其他新颖体系大跨径桥梁的颤振研究提供参考。
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  CFRP筋新型机械夹持-黏结型复合式锚具短期静力性能试验

  梅葵花, 孙亚民, 孙晨然, 孙胜江, 任翔

  中国公路学报. 2021, 34(1): 66-78. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.007

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  为充分发挥CFRP筋高强轻质的特性，设计了一种新型机械夹持-黏结型复合式锚具，通过改变锚具的黏结长度、黏结介质倾角和黏结介质掺合料，以及是否设置夹片等参数，对6组锚具进行试验研究，测试CFRP筋新型锚具的极限荷载、荷载-滑移曲线、筋材应力和锚具钢套筒应力分布，分析不同参数对新型锚具锚固性能的影响规律，并与未设置夹片的对照组锚具进行比较，最后对3根CFRP筋材的复合式锚具锚固效果进行了试验验证。试验结果表明：新型锚具最终失效形式均表现为筋材破断破坏，且锚具锚固效率系数均满足规范规定的大于0.9的要求；筋材滑移量随着锚具黏结部分长度的增大而减小，合适的锚固长度宜为30~40倍筋材直径；锚具黏结部分倾角的减小会造成顶推力的减小，并造成锚具加载端与自由端滑移量差值增大；黏结介质中适度的掺砂量能够提升锚具的锚固性能，但当掺砂量超过一定程度时，将影响黏结介质本身的胶结性能，建议掺砂量不超过10%；无夹片组失效模式为筋材与胶体黏结滑移失效，锚固效率低，而新型复合式锚具由于顶推力的存在不仅能够减小锚具的整体滑移量，而且能够有效避免锚具在加载端的应力集中现象，极大改善锚具受力性能，提高锚具的锚固效率；该新型复合式锚具对多根CFRP筋材同样具有良好的锚固效果。
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  太阳辐射作用下钢管混凝土拱不均匀温度场及其引起的脱空分析与试验研究

  严仁章, 刘佳奇, 刘时龙, 谭书林, 周建庭

  中国公路学报. 2021, 34(1): 79-92. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.008

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  为厘清太阳辐射作用下钢管混凝土拱肋内部的不均匀时变温度场，剖析其对钢管混凝土脱空效应的影响机制，并为钢管混凝土拱桥的脱空病害防治奠定理论基础，依托受日照辐射较强的贵州香火岩特大跨钢管混凝土拱桥实际工程，建立考虑钢管与混凝土界面接触关系的精细化温度-应力耦合数值模型；基于ASHRAE晴空模型及温度场计算理论，开展了钢管混凝土拱肋日照辐射不均匀时变温度场分析，揭示了钢管混凝土拱肋横截面的温度分布规律及其随时间的变化规律，并给出了计算钢管混凝土横截面温度梯度的近似公式；结合脱空的应力判别标准，计算出了拱肋横截面沿环向不同位置处的脱空高度，进而明确了钢管混凝土拱肋的横截面脱空分布模式；基于诱导振动理论，选取主要受温度影响而产生脱空的拱段，开展了钢管混凝土拱桥脱空检测试验研究，并与理论分析进行对比，验证了理论分析的可靠性。研究结果表明：日照辐射作用下，钢管混凝土截面温度场在时间、空间分布上均呈高度非线性，核心混凝土温度变化滞后于外包钢管，钢管与核心混凝土的最大温差超过25℃；日照不均匀温差引起的界面拉应力达到1.4~1.5 MPa，导致钢管混凝土环向脱空高度达到0.11~0.13 mm；基于诱导振动法的钢管混凝土拱肋脱空检测方法可识别出脱空的可能性，并发现太阳辐射作用使钢管混凝土的脱空程度略有增强。
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  灌浆波纹管装配式PC双柱墩双向拟静力试验

  夏樟华, 余舟扬, 葛继平, 何永波, 林上顺

  中国公路学报. 2021, 34(1): 93-103. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.009

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  为了解双向荷载作用下灌浆波纹管装配式双柱墩的抗震性能，设计和制作了现浇混凝土墩、灌浆波纹管连接和预应力灌浆波纹管混合连接装配式双柱墩构件。开展了装配式双柱墩的双向拟静力试验，研究了破坏模式、滞回特性、骨架曲线、刚度退化、残余位移和接缝张开规律等，并与现浇混凝土双柱墩墩进行比较，重点分析了灌浆波纹管连接装配式预应力混凝土（PC）双柱墩的位移延性和变形性能。结果表明，整体现浇墩和波纹管连接装配式双柱墩的破坏形态均是以弯曲破坏为主的延性破坏，预应力增大了轴压，使得双柱墩的柱脚混凝土压碎高度增大到15 cm，而灌浆波纹管连接装配式混凝土墩的柱脚破坏高度为10 cm。双向荷载作用下，现浇墩的耗能能力、极限承载力、刚度等均大于灌浆波纹管装配式墩。增加预应力筋后，装配式双柱墩强轴方向的滞回耗能、承载力、刚度和变形能力等可以接近现浇墩，其中承载力达到现浇墩的97.9%。位移延性系数为4.79，大于现浇墩的位移延性系数3.23，残余变形则降低到现浇墩的70%。同时，预应力灌浆波纹管装配式墩2个方向的位移延性和变形能力更为接近，均可以形成完全塑性铰机制，从而避免了一个方向的过早破坏，整体抗震性能明显提升。研究结果可以为灌浆波纹管装配式PC双柱墩的设计和应用提供试验基础。
隧道工程
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  劣化可靠度下的隧道衬砌结构预防性养护决策

  韩兴博, 叶飞, 王永东, 夏永旭

  中国公路学报. 2021, 34(1): 104-115. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.010

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  现阶段中国隧道工程已经由建设阶段转向了建养并重阶段，科学养护已成为一个重要课题。为了提出科学合理的隧道衬砌结构养护策略，首先通过病害统计，考虑隧道特点与功能要求构建三层次的隧道系统失效模式；针对底层的4种失效模式（隧道极限承载、收敛变形、开裂、渗水），建立判断其失效与否的极限状态方程；采用理论近似方法，实现劣化可靠度的计算；考虑相关性给出隧道系统可靠度计算的实用方法；随后，基于风险最优给出详细的隧道预防性养护决策过程，构建隧道预防性养护的决策框架；最后，通过算例，依照所提出的框架对隧道养护决策中"何时维护、何处维护、何项目维护"的问题给出了解答。研究结果发现：结合隧道病害统计以及隧道结构的安全性、稳定性、耐久性功能需求可以选用隧道极限承载、收敛变形、开裂以及渗水4种模式代表隧道结构最底层的失效模式；"隧道系统-隧道区段-具体功能"三层次的失效表达能合理定义隧道系统的可靠状态；通过劣化可靠度可以考虑参数的不确定性，并为预防性养护决策提供具体指标；随着服役时长的增加，4种底层模式的可靠性均发生劣化，并且抗弯承载能力的均值和方差均随时间减少，在运营中开裂渗水为最易发生的病害。研究方法以及研究成果可为隧道衬砌结构预防性养护决策提供支持。
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  一种改进的位移释放率计算方法及其在Ⅴ级围岩中的应用

  方智淳, 朱正国, 徐世祥, 王仁远, 刘柳

  中国公路学报. 2021, 34(1): 116-126. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.011

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  为了探究高地应力作用下Ⅴ级围岩的开挖卸载效应，针对隧道开挖过程中实时位移释放率难以计算这一问题，提出一种改进的位移释放率计算方法，对不同工法作用下Ⅴ级围岩的变形规律进行数值分析和模型试验研究。首先基于正交试验原理，以黄土、砂、石膏、水泥、水为原材料配置得到Ⅴ级围岩相似材料；然后以自行设计的模型试验箱为载体，对配制出的相似材料进行平行试验，以保证每组材料在改变一种原材料基础上其余材料均不变，从而得到各组材料的应变-时间变化曲线；最后利用改进的位移释放率计算方法，结合模型试验过程实时监测数据，得到Ⅴ级围岩不同开挖工法下的位移释放率变化曲线，并与数值分析结果进行对比验证。研究结果表明：配制出的围岩相似材料在物理力学性能上均能很好地满足试验需要且具有经济环保等优点；平行试验下，各组材料均对开挖卸载产生影响且石膏产生的影响最大；模型试验结果表明，开挖前期台阶法位移释放率最大，随着开挖的进行双侧壁导坑法位移释放率逐渐增大直至最大，模型试验所得位移释放率在数值上虽与数值模拟结果略有区别但整体趋势保持一致，两者均显示隧道开挖过程中CRD法的位移释放率最小且开挖后期位移释放率逐渐趋于平稳，故建议在该高地应力Ⅴ级围岩段隧道施工时全程采用CRD法。
交通工程
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  城市多模式公交网络拓扑结构与布局均衡性研究

  裴玉龙, 金英群, 常铮

  中国公路学报. 2021, 34(1): 127-138. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.012

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  为探究城市多模式公交网络的均衡性，实现其量化测度，界定了公交网络均衡性内涵，从网络拓扑结构及其道路布局两方面入手开展研究。分析并总结了传统网络拓扑建模方法存在的不足，考虑公交线路双向路径与运能差异，提出增广Space L网络模型，建立了其矩阵表示与拓扑结构表征指标；着眼于公交网络与城市道路的依赖与伴生关系，建立了P-R二分网络模型，从线路和运能两方面构造了其矩阵表示及表征指标，并阐释了各指标的现实意义。为避免单一指标评价产生片面性结果的风险，提出了Gini系数与Atkinson指数相结合的均衡性测度思路，考虑指数分布的普遍性，构造了面向公交网络均衡性分析的Lorenz曲线拟合通式，优化了Gini系数求解方法；引入Atkinson指数，以适中的敏感性与区分度为期望，给出平等偏好参数建议值ε=1.5，结合表征指标的离散性，建立了Atkinson指数优化计算方法。以南京市主城区多模式公交网络为案例，建立了空间地理信息数据库并开展建模分析，基于表征指标分布，证实了公交网络有向处理的必要性，指出南京公交网络发展存在典型的"马太效应"；构造了各表征指标的Lorenz曲线，验证了拟合通式的合理性与有效性；求得各表征指标Gini系数与Atkinson指数值。测度结果表明：南京公交网络布局及其对道路空间的利用相对均衡且合理，但运能分布略欠均衡，公交网络效率与可达性的实现对极少数路段的依赖性较高，集中于区域间联络性道路；ε=1.5时，Atkinson指数与Gini系数的评级结果无明显分歧，但具体测度值显示出一定区分度，前者具有更高的敏感度，证实了二者在公交网络均衡性测度中的有效性与互补性。
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  考虑异质性出行需求的主支线公交树网络优化设计

  俞礼军, 朱一洲, 余志强, 李雪, 刘为

  中国公路学报. 2021, 34(1): 139-156. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.013

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  公交线网优化设计是指在一定的运行约束条件下，选择1组公交线路和相关频率以达到优化目标的设计过程，可以表示为一个优化问题。针对具有高异质性出行需求的主支线公交树网络，在考虑客流需求和运营约束的前提下，以用户和运营者的成本最小为目标，提出了1种多目标非线性混合整数优化模型。优化变量为候选线路服务频率。为求解这一模型，设计了1种基于改进的布谷鸟算法的高效元启发式方法。该方法包括初始候选路线集生成过程；基于MNL模型的公交分配过程；确定路线服务频率的改进布谷鸟算法过程。通过算例验证了该方法的有效性和适用性。数值分析结果表明，该算法通过对所有可能的候选路径的服务频率选择得到接近最优的公交线路网络。另一方面，通过保持高峰时的公交线路为有效备择线路，为具有异质性出行需求的网络的重新设计提供了更好的解决方案。此外，该系统在1次运行中产生了1组帕累托解，其允许公交线网设计师评估运营商成本和乘客成本并做出折中方案。通过比较3种算法的计算结果和CPU时间，证明了改进的布谷鸟算法的可靠性和有效性。另外还研究了最优公交网络设计与公交运行速度、总需求规模等关键设计输入参数之间的关系，分析结果表明，关键设计输入参数与最优公交网络具有一定的协同效应。模型与算法为实际的大规模主支线公交树网络的优化设计提供了1种有效的工具。
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  三维空间路线连续性衰退对公路安全性影响分析

  王晓飞, 姚江贝, 丁振中

  中国公路学报. 2021, 34(1): 157-166. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.014

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  为深入分析公路三维空间线形连续性衰退对事故频数的影响，采集广东省内3条高等级公路243 km道路设计资料，共1 768条有效事故数据，利用Tobit回归模型分析三维空间路线连续性衰退对公路安全性的影响。应用微分几何空间的基本理论，提出公路线形连续性衰退表征参数，利用Tobit回归模型对数据样本中单元内总曲率差（TCD）、总挠率差（TTD）、平均曲率（AC）、平均挠率（AT），相邻单元间平均曲率差（ACD）、平均挠率差（ATD）共6个连续性衰退变量与单元路段年均事故频数进行分析，该模型能有效分析正值上大致连续分布但包含一部分以正概率取值为0的结果变量。研究分析结果表明：单元内总曲率差、相邻单元间平均曲率差对公路安全性存在显著影响，从根本上反映了公路线形连续性衰退与行车安全的密切相关性，可作为三维空间路线连续性衰退有效的表征参数；通过ANOVA分析得出单元内平均曲率在单元内总曲率差、相邻单元间平均曲率差对公路安全性无影响的路段与安全性存在显著的相关性，其主要原因为平纵曲线半径影响公路行车安全。在此基础上，有针对性地提出线形连续性衰退表征参数评价标准作为参考。研究结论可为后续三维空间条件下公路线形安全性评价、线形设计优化与改善提供参考。
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  考虑初始情绪的个性化驾驶负荷状态评价

  黄晶, 杨梦婷

  中国公路学报. 2021, 34(1): 167-176. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.015

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  利用驾驶人生理数据对驾驶人的负荷状态进行评价已成为交通心理学的研究热点，该方法通常需要采集驾驶人在静息状态的生理信号特征作为其负荷基准，因此负荷基准的提取将影响驾驶人状态评价结果的准确性。基于此，研究搭建驾驶模拟试验平台，招募15名志愿者开展驾驶模拟试验，设计不同任务诱导其产生3种程度的精神负荷，采集志愿者在不同负荷状态下的生理信号。基于试验数据研究驾驶人初始情绪对心电信号负荷基准值的影响，设计初始情绪提取处理方案，并提出基于个性化敏感生理特征的驾驶负荷评价方法。首先对原始心电信号进行滤波，修订心跳间隔异常值；其次计算心率变异性序列（HRV）时频域特征，利用线性回归对静息状态驾驶人情绪特征进行提取，并利用归一化处理消除初始情绪对驾驶人静息状态负荷的影响，完成驾驶人心电信号时域和频域特征的计算提取；最后采用Fisher-score特征选择算法完成不同驾驶人个体敏感特征的选取，并对个性化特征提取前后的驾驶人负荷评价结果进行对比分析。研究结果表明：研究设计的考虑初始情绪的个性化特征分类器可有效消除初始情绪对驾驶人静息状态负荷的影响，且提高了驾驶人负荷状态识别的准确率，可为进一步研究驾驶任务对驾驶人负荷状态的影响并改进车内外分心源的设计提供依据。
汽车工程
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  基于拓扑地图的自主泊车路径协调与优化策略

  王永胜, 罗禹贡, 黄晨, 陈锐, 江发潮

  中国公路学报. 2021, 34(1): 177-187. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.016

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  为了使全局路径与泊车路径无偏差对接，得到曲率连续的可行驶路径，为泊车模式切换提供精准位姿，提出基于拓扑地图的自主泊车路径协调与优化策略。首先，定义一种精简的停车场拓扑地图描述形式与道路拓扑设计原则，通过采集停车场内关键特征的定位数据建立停车场拓扑地图。其次，基于道路拓扑设计原则与泊车规划原则，设计“第1次平滑处理-路径协调-第2次平滑处理”的流程，对规划出的全局路径与泊车路径进行协调与优化。其中，“第1次平滑处理”利用对称极多项式，以车辆最小转向半径为约束，对全局路径的转折处平滑处理；“路径协调”通过节点替换的方式实现全局路径与泊车路径的无偏差对接；“第2次平滑处理”利用梯度下降的方法，分别优化前进段与倒车段的路径曲率，消除路径对接与均匀插值之后引起的曲率抖动。最后，在PreScan/Simulink联合仿真平台和实车试验平台上，验证路径协调与优化策略的有效性。研究结果表明：所提策略能够无偏差对接全局路径与泊车路径，并生成曲率平滑的可行驶路径，为横向控制提供了平滑变化的曲率值，有助于提高路径跟踪时转向的平稳性；在路径跟踪前为自主泊车控制系统提供了精准的泊车切换位姿，保证了低速自动驾驶与自动泊车之间的准确切换。
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  自动紧急转向导致斜角碰撞的一体化仿真分析

  胡远志, 张国庆, 刘西, 谯艳娟, 胥林立, 耿庄程

  中国公路学报. 2021, 34(1): 188-198. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.017

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  在前方道路突然出现障碍物的危急情况中，车辆采用自动紧急转向来避障，由于情况紧急，车辆在转向过程中仍可能与其他道路参与者发生碰撞事故。当车辆采用自动紧急转向避让道路前方路口突然闯入的车辆时，与对向来车发生斜角碰撞，由此，对该特定场景的转向-碰撞全过程进行一体化仿真，分析乘员在转向阶段因车辆横摆和侧倾运动引起的离位现象以及离位在碰撞过程中对乘员的动态响应和损伤造成的影响。首先，建立由自动紧急转向导致的斜角碰撞场景；其次，在该场景中，确定车辆在最小避障距离内的紧急变道路径，并计算车辆和乘员在变道过程中的动态响应；碰撞事故发生时刻选取为本车在紧急转向过程中易与对向来车发生碰撞的时刻，且在该时刻乘员具有较大潜在损伤风险；然后，在时域上结合车辆转向阶段和碰撞阶段的运动响应，将其作为整体输入，对乘员在全过程的动态响应进行一体化仿真；最后，分析离位对乘员损伤的影响规律以及影响因素。研究结果表明：紧急转向会导致乘员产生明显的横向离位，降低了约束系统对乘员的保护效果，致使乘员头部和颈部在碰撞中的人车相对运动速度和相对位移明显增大；横向离位使得乘员头部偏离安全气囊中央区域，降低了安全气囊的保护作用；这2个因素导致了乘员头部损伤评价指标H_HIC36增加7.20倍，颈部损伤评价指标N_ij增加2.32倍；乘员头、颈部损伤具有随横向离位程度减小而减小的趋势。
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  考虑人体热调节的乘员表面温度分布及车内热环境的数值仿真和试验

  贺岩松, 凌婧, 杨洁, 杜亚非, 张志飞

  中国公路学报. 2021, 34(1): 199-208. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.01.018

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  为研究在瞬态变化的车内热环境下的人体表面温度分布情况及舱内热环境对乘员热舒适性评价的影响，以冬季某轿车乘员舱内热环境为研究对象，实车测试暖风系统开启后车内热流场的动态变化，建立乘员舱流场和温度场的瞬态仿真模型，综合考虑环境参数和人体新陈代谢等因素以及车内热环境与人体热调节模型间的耦合关系。研究结果表明：仿真计算与试验测试结果吻合良好；基于人体热调节模型的仿真计算可得到车内热环境变化下的乘员皮肤温度变化结果；开启暖风后，车内温度在高度方向和前后排乘坐空间均存在显著的不均匀性，后排的热环境均匀性更好；人体散热对乘员舱温度场分布的影响可以忽略，而暖风使不同位置处乘员的皮肤温度上升程度存在明显差异。