2021年, 第34卷, 第6期　刊出日期：2021-06-20

  

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  中国公路学报. 2021, 34(6): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2021, 34(6): 0-0.

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院士专栏
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  新时代背景下的交通运输高质量发展（双语出版）

  卢春房, 张航, 陈明玉

  中国公路学报. 2021, 34(6): 1-9. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.001

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  交通运输高质量发展是复杂的系统工程，立足于《交通强国建设纲要》，从交通运输基础设施规模、运输服务品质、适配经济发展、时间价值、方式费用、社会责任与经济效益等方面，凝练出基本条件、根本追求、重要表现、价值体现以及平衡点等5个维度，深入解析了交通高质量发展的内涵，结合经济发展情况与中国国情提出了交通高质量发展的时代要求。提高交通基础设施建设质量效益是高质量发展要求中的关键点，为此，对提高交通基础设施建设质量效益的意义进行了探讨，并提出提高交通基础设施建设质量效益的两大核心途径。基于以上分析，从5个方面提出了对交通高质量发展的政策与对策建议：①推进交通通道空间集约利用及高铁与主要机场零距离换乘；②多途径多措施综合提高绿色交通分担率；③降低交通成本，推动交通运输融合创新发展；④提供与需求匹配的多样化多层次交通服务体系，实现世界一流交通服务；⑤从城市群、都市圈、城市三大范围，区域、廊道、枢纽节点3个层面，全面实现交通与用地一体化，打造TOD中国示范。最后，对中国交通运输发展的深化研究进行了展望。
道路工程
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  钢桥面浇注式+SMA组合结构车辙变形深度预估

  王民, 肖丽, 胡德勇, 梁乃兴, 兰超

  中国公路学报. 2021, 34(6): 10-18. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.002

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  为了阐明浇注式沥青混合料室内60 ℃车辙试验结果与实体工程应用中表现出的高温稳定性不一致的原因，揭示钢桥面浇注式沥青混合料+改性沥青SMA组合结构车辙变形发展规律，采用理论研究与工程应用相结合的方法，以马鞍山长江公路大桥为依托，采用建设期现场铺装用沥青混合料成型试件，进行了40 ℃、60 ℃、70 ℃温度条件下、接地压强为0.5，0.7，1.0 MPa的组合结构车辙试验，建立了车辙深度与温度、接地压强、作用次数之间的函数关系。通过试件模型的有限元分析和混合料抗剪强度计算，提出了不同温度、接地压强条件下的抗剪性能参数，建立了与温度、荷载作用次数、抗剪性能参数相关的车辙深度预估模型。同时，根据实桥温度场、轴载谱，分温度、荷载区间进行了轴载作用次数统计和车辙深度计算，并用实桥车辙对预估模型进行验证。结果表明：车辙深度与荷载作用次数呈对数函数关系，与温度和抗剪性能参数呈幂函数关系，相关性显著；所提出的预估模型计算所得车辙累计深度与现场历年实测结果基本一致，该桥15年设计寿命期末的车辙深度预估值将达到2.354 mm；基于实桥结构、铺装材料、交通、气候条件所建立的预估模型，可实现车辙破坏深度的有效预估，对指导中国钢桥面浇注式沥青铺装设计具有重要作用。
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  基于Vesic圆孔扩张理论的桩周土抗力计算方法研究

  张小玲, 赵景玖, 杜修力

  中国公路学报. 2021, 34(6): 19-26. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.003

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  随着目前城市建筑物容量的增大，对作为其主要承载构件的桩基础的承载性能提出了更高的要求。桩-土相互作用问题是桩基水平承载性能研究中必须考虑的重要内容，该问题的研究对于完善桩基础设计理论和指导工程实践具有重要意义。基于Vesic圆孔扩张理论，分析水平荷载作用下桩侧土体的实际受力状态，根据桩身产生水平位移后桩周土应力为近似椭圆形非均匀分布的特点，综合考虑纵向应力变化、桩基整体转动和桩-土摩擦效应对桩侧土抗力的影响，建立二维平面状态下的桩-土相互作用的力学模型，以此推导水平荷载作用下的桩侧土抗力计算公式，得到基于应力增量的p-y曲线计算方法，并通过实例计算验证该方法的适用性，最后针对桩-土参数进行影响因素分析。对比所提方法的计算结果与模型试验的结果可知：将该理论方法应用于水平荷载作用下桩侧土体力学效应的计算时，计算结果和现场实测数据较吻合，尤其在桩基受荷产生较大水平位移时，两者表现出了较好的一致性。通过对桩-土参数等影响因素的计算分析，讨论了桩径、土体内摩擦角和土体变形模量等桩-土参数对桩周土体应力结果的影响，得到了桩周不同位置处土体径向应力和切向应力的变化规律。
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  冻融作用下水分迁移对压实黄土强度影响的宏微观试验研究

  叶万军, 陈义乾, 张登峰, 白杨

  中国公路学报. 2021, 34(6): 27-37. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.004

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  在季节性冻土区，冻融作用下土体的水分迁移及其伴生现象会诱发黄土路基发生病害，探明冻融作用下水分迁移对压实黄土强度的影响及其机制，对于黄土地区路基工程冻融病害防治非常必要。采用大尺寸设备对洛川黄土开展单向冻结-双向融化作用下的冻融循环试验，对土体温度场、水分场均加以监测，并在此基础上进行直剪试验和电镜扫描试验。结果表明：土体温度场在每级负温作用下50 h达到稳定，单向冻结完成后冻结深度为46 cm；含水量在冻结区增加，在未冻结区减小，土体融化后水分回迁但回迁量小于冻结时的迁移量；土体剪切强度与含水量分布沿土体轴向呈现出较强的一致性，冻融后土体强度随含水量增加而降低，临界冻结锋面处强度劣化效应最明显；随着冻融循环次数的增大，土体孔隙面积和分形维数均表现为增加，其中微、小孔隙减少，中、大孔隙增加，冻融循环7次后土体微结构基本趋于稳定，土体强度与孔隙面积成反比例关系；土体在冻-融过程中，冻结区水分的显著增加是造成土体强度衰减、孔隙增多的重要原因。
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  考虑节理粗糙度的锚固节理岩体剪切试验

  王亮清, 朱林锋, 郑罗斌, 范斌强, 孙自豪, 陈鸿杰

  中国公路学报. 2021, 34(6): 38-47. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.005

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  为研究粗糙度对锚固节理岩体剪切特性及锚杆抗剪作用的影响，提出了基于Synfrac软件与3D雕刻技术的岩石节理面三维重构方法，开展了不同节理粗糙度系数（JRC值）和不同法向应力下的锚固节理岩体剪切试验，研究了节理面剪胀效应对锚杆轴力、变形与破坏模式的影响，并在静力分析的基础上提出了考虑节理剪胀的锚杆抗力公式。试验结果表明：随着JRC值的增加，节理的剪胀效应使锚杆的轴向变形增大，从而使锚杆发挥出更大的轴力，提高了锚杆对节理面的剪切强度贡献（锚杆抗力）；锚杆轴力增大的同时使锚杆从拉剪破坏模式转变为拉弯破坏模式。根据试验结果，在静力分析的基础上，引入了巴顿公式中的剪胀角，提出了考虑JRC值和法向应力的锚杆抗力公式，公式预测结果与试验结果吻合良好，平均相对误差为7.6%。
桥梁工程
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  基于风洞试验的变截面圆灯柱涡激振动与影响因素研究

  周旭辉, 韩艳, 颜虎斌, 丁少凌, 王磊

  中国公路学报. 2021, 34(6): 48-56. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.006

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  为了研究某实桥变截面圆灯柱发生的风致二阶振动现象，采用多段薄壁空心铝管焊接并覆盖泡沫管和柔性PVC薄膜的方法，设计制作了满足相似比要求的变截面灯柱气弹模型，解决了低质量比、低阻尼比变截面细长结构风洞试验不便模拟的问题。通过风洞试验，采用非接触式视频测量位移系统和眼镜蛇探针测试了不同风速下灯柱位移响应和尾流风速，重现了灯柱的二阶振动现象，通过分析确定其为涡激振动；采用傅里叶变换和小波分析研究了变截面灯柱的涡脱频率和涡激振动时频特性；开展了不同焊缝位置对灯柱涡激振动影响研究，分析了3种不同螺旋线布置方式对灯柱涡激振动的抑制效果。研究结果表明：灯柱在涡激振动锁定区内发生单一模态的涡激振动，运动轨迹为清晰的椭圆形，而在锁定区外发生多模态振动；变截面灯柱中部存在一定长度的控制区域，当中部控制区域涡脱频率接近结构固有频率时即发生涡激振动锁定现象，当中部控制区域脱离锁定频率，此时圆柱的涡激振动响应迅速降低；灯柱涡激振动响应受焊缝的位置影响显著，不同的焊缝位置可能抑制或者增强涡激振动；8 cm螺距双螺旋线能够有效控制灯柱模型涡激振动响应。
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  考虑防火涂料的PC箱梁时空温度场及刚度退化试验研究

  侯炜, 张岗, 李源, 胡文亮

  中国公路学报. 2021, 34(6): 57-68. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.007

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  为了明确涂有防火涂料的预应力混凝土（PC）箱梁火灾温度场及火灾后的刚度退化性能，针对3片有、无膨胀型防火涂料的PC简支箱梁开展了火灾模型试验研究。基于预应力混凝土梁受火性状推导了刚度衰变率与挠度衰变率关系方程，通过分析混凝土箱梁截面时空温度场分布状态，基于分区域理论提出了一种PC箱梁受火损伤后初始截面等效刚度简化计算方法，并基于自振频率推导了受火梁动刚度计算公式；对模型梁进行了火灾后的静力逐级加载和动力性能试验，分析了受火梁挠度、频率等静、动力参数的变化规律，研究了受火损伤状态对箱梁静、动力特征参数的影响；基于理论计算和试验数据对比分析了受火梁静、动力刚度在不同损伤状态下的退化规律。研究结果表明：膨胀型防火涂料的使用显著降低了预应力混凝土箱梁的高温敏感性，混凝土温升速率明显下降，大幅降低了混凝土结构温度，有效减少了混凝土结构开裂和爆裂现象；受火试验梁的截面静刚度随荷载增加而逐渐减小，且初始损伤越大，进入弹塑性阶段发展越快，越早达到结构极限承载力；初始损伤状态对结构截面静刚度的影响大于对结构动刚度的影响，且截面静刚度衰减速率比动刚度衰减速率更快。提出的受火梁静、动刚度及固有频率的简化计算方法可为火损箱梁的结构静、动力性能初评估提供理论依据。
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  整体式桥台-桩基-土相互作用内力计算方法研究

  黄福云, 张峰, 单玉麟, 林友炜, 周志明

  中国公路学报. 2021, 34(6): 69-79. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.008

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  整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点，目前在国内外得到了广泛的应用与推广。以某整体桥为工程背景，设计制作了桥台-桩基结构试验模型，开展了整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复荷载拟静力试验，主要研究了桥台和桩基的应变、弯矩与剪力等。试验结果表明：桥台正向移动时桩身应变呈现“酒杯”形分布，负向移动时呈现“橄榄”形分布；同时，无论是最大压应力还最大拉应力，均是正向位移荷载作用下的要明显大于负向作用下的。因此，升温时桩基的内力要大于降温时的，也即夏季高温时的H形钢桩基受力最为不利。为减小升温对桩基的不利影响，建议整体桥合龙温度取略高于年平均温度。同时，在试验研究的基础上，进行了整体式桥台和桩基的内力计算。计算结果表明：采用现有的经典台后土压力理论或桥梁规范计算得到的台底弯矩和剪力与试验结果均存在较大偏差，而采用黄-林法可较准确地得到台底弯矩和剪力。另外，计算结果还表明：负向加载时，采用现有计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果偏差不大，分布规律也与传统桩基的相似；但是，正向加载时，采用现有的计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果存在较大偏差，分布规律也明显不同。所提出的多项式拟合法和黄-林法能够较为准确地计算得到整体式桥台-桩基-土相互作用时的弯矩和剪力，实际工程中可采用该方法来计算整体桥的桥台和桩基内力，该方法可为中国整体桥的设计与应用提供参考和借鉴。
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  正交异性钢-混凝土组合桥面板纵桥向的压弯性能

  史占崇, 曾明辉, 邱文东, 苏庆田

  中国公路学报. 2021, 34(6): 80-89. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.009

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  针对传统正交异性钢桥面板疲劳开裂及沥青铺装破损桥梁工程两大难题，对有望应用于大跨度桥梁中的正交异性钢-混凝土组合桥面板的力学性能进行了试验及理论研究。为探究适用于组合梁斜拉桥的正交异性钢-混凝土组合桥面板纵桥向的受力性能，设计并制作了6个带U肋的正交异性钢-混凝土组合桥面板足尺试件，进行了轴向压力和弯矩加载试验，研究了不同轴向压力、不同混凝土等级对该组合桥面板受弯承载力、延性及塑性发展的影响，并提出了考虑轴压力影响的塑性抗弯承载力计算公式。研究结果表明：当轴向压力恒定时，组合桥面板在压弯荷载作用下的最终破坏形态均为跨中区域下部混凝土板的横向开裂及上部混凝土的压溃；轴压力对正交异性钢-混凝土组合桥面板的初始弹性抗弯刚度影响较小；不同轴压力下抗弯承载力降低值随着轴力的增大并未呈现显著递减趋势，这与轴向压力加载出现偏心距有关；轴压力会显著降低正交异性钢-混凝土组合桥面板的延性及塑性发展过程；将混凝土强度等级从C60提高到C80，并没有显著提高组合桥面板的初始弹性刚度、抗弯承载力、延性及延长其塑性发展过程；此外，提出的考虑轴压力影响的塑性抗弯承载力计算公式精度较高，可有效预测正交异性钢-混凝土组合桥面板的压弯承载力，为实际工程应用提供理论参考。
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  混杂纤维混凝土螺栓剪力键试验

  何余良, 胡立普, 曹鑫雨, 杨赢, 项贻强

  中国公路学报. 2021, 34(6): 90-98. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.010

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  为研究混杂纤维混凝土螺栓剪力键的极限承载力、滑移特性及破坏模式，设计3组10个推出试件进行试验研究，分析纤维、螺栓直径、螺栓孔径比等对混杂纤维混凝土螺栓剪力键的承载力、螺栓拉力、破坏模式及荷载-滑移特性的影响。试验结果表明：增大螺栓直径，可以明显提高螺栓剪力键的承载力，其中Φ22直径螺栓较Φ16，Φ19的螺栓的承载力分别提高了1.83倍、1.39倍；孔径比越小，螺栓剪力键的承载力和初始刚度越大，极限滑移量明显增加；随着混凝土强度降低，螺栓剪力键极限承载力和初始刚度明显降低，滑移量则有所增加；掺入纤维后可以提高螺栓剪力键的承载力和初始刚度，对极限滑移量改善不明显；钢混界面黏结力提高后，剪力键的初始刚度有所增加，承载力和滑移量则明显减少。最后，在试验结果的基础上，通过拟合方法提出了钢-混杂纤维混凝土螺栓剪力键承载力计算公式和荷载-滑移曲线公式，为其设计提供参考。
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  公路桥梁钢结构工厂化制造多属性决策评价方法

  惠记庄, 雷景媛, 王亚飞, 张富强, 丁凯, 张金龙

  中国公路学报. 2021, 34(6): 99-108. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.011

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  为了量化评估公路钢桥预制构件工厂化制造中的多属性信息以制定符合实际建设需求的最优制造企业方案，提出基于三角模糊数-TOPSIS法的公路钢桥制造多属性决策评价方法。首先，通过分析与表征公路钢桥预制构件的工厂化制造特点，提出预制生产模式下公路钢桥的层次划分方法，依托钢桥制造方案的属性建立备选制造企业的多属性评价体系；其次，基于制造任务信息模型和制造企业信息模型构建钢桥制造匹配模型，通过本体推理得出备选制造企业；然后，采用三角模糊数和0.1~0.9标度设定法计算备选制造企业方案的属性权重并构建初始多属性决策矩阵，提出改进的三角模糊数-TOPSIS法对备选制造企业方案的规范化多属性决策矩阵进行数学描述并求解得到综合接近度指数，从而实现备选制造企业的优劣排序；最后，将该决策评价方法应用于具体实施案例中，对4种备选制造企业方案进行对比分析。结果表明：4种备选制造企业方案的综合接近度指数依次为0.918，0.745，0.797，0.203，其中，方案1为最佳制造企业策略，方案3可作为次优策略备选。所提出的公路钢桥制造多属性决策评价方法能够科学合理地对公路钢桥预制构件的工厂化制造企业方案进行综合评价并实现自动化决策，为钢结构桥梁的自适应、自治生产奠定基础，提高公路钢桥制造过程的智能化、自治化程度。
隧道工程
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  塌方段原位扩建四车道公路隧道“回填-台阶法”施工力学及安全分析

  张俊儒, 史博然, 汪家雷, 陈政律, 甘歆杰, 冯冀蒙

  中国公路学报. 2021, 34(6): 109-124. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.012

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  为了深入探究塌方段原位扩建四车道公路隧道施工力学及安全性的问题，以福州市马尾隧道原位扩建工程为背景，在准确确定塌方体空间范围及工程特性的基础上，针对性提出“回填-台阶法”施工技术，并对塌方段原位扩建四车道公路隧道“回填-台阶法”动态施工力学及安全性进行分析。研究结果表明：①运用理论分析、数值计算、多道瞬态瑞雷面波探测技术相结合的方法可准确地获得既有隧道塌方体的空间范围和尺度；②兼顾施工技术与工期双重目标，提出了塌方段原位扩建四车道公路隧道施工方案，即塌方冒顶区通过地表注浆与洞内中空玻璃纤维锚杆进行加固，扩建开挖采用“回填-台阶法”，实现快速施工；③“回填-台阶法”施工时，隧道上半断面（1^#部）的开挖是整个施工过程的关键，结构内力增长迅速；受隧道上方塌方体和既有隧道影响，最大正弯矩出现在左拱肩处；地表最大沉降量出现在隧道中线右侧3 m处，主要由上台阶开挖引起；围岩变形主要发生在3^#开挖前，4^#开挖时围岩变形基本收敛。马尾隧道施工过程中，地表沉降、围岩及支护体系变形、支护结构受力等监测结果均满足施工安全要求，验证了施工方案的可靠性和安全性，该研究成果可进一步丰富超大扁平断面隧道的修建技术，并为今后类似的工程提供一定的借鉴。
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  基于动静结合的公路隧道洞口设计综合评价体系研究

  叶飞, 李文辉, 韩鑫, 刘佳, 欧阳奥辉, 徐长鑫

  中国公路学报. 2021, 34(6): 125-135. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.013

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  随着国民经济发展、人民精神生活的丰富，隧道洞口设计由于影响驾驶体验而逐渐受到重视，但目前针对公路隧道洞口的设计评价主要从结构安全出发，对洞口景观环境和洞口美学的考量较少，缺乏对隧道洞口设计综合评价体系的研究；并且评价角度主要从静态视觉角度展开，忽略了行车过程中驾驶人的动态视觉特性，缺乏对洞口设计安全性问题的思考。鉴于此，以层次分析法为基本评价分析框架，建立隧道洞口设计综合评价体系；采用德尔菲法、灰色系统理论确定以功能、景观环境、美学为准则层的评价指标，并通过层次分析法计算得出功能、景观环境、美学指标的权重为0.662∶0.232∶0.106；基于模糊数学理论，提出了以专家和普通群众为评价主体、采用专家打分法和驾驶模拟试验的公路隧道洞口设计综合评价方法；并考虑洞口设计在动态视觉特性下对驾驶安全的影响，针对隧道洞口设计安全性问题提出了眼动仪测试评价方法，构建了一套公路隧道洞口设计综合评价体系。以云南省富龙高速板仑隧道洞口设计方案为例，采用综合评价体系计算得出隧道洞口设计方案为结构安全、环境友好、景观优美的优秀方案；并通过对试验者眼动数据的分析得出隧道洞口设计方案不存在安全隐患问题。该案例验证了综合评价体系的合理性，可为隧道洞口设计及综合评价提供一定的借鉴参考。
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  黄土隧道结构的振动台模型试验研究

  程选生, 周欣海, 王平, 柴少峰, 冯欢, 杨莉萍

  中国公路学报. 2021, 34(6): 136-146. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.014

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  为了研究黄土隧道结构在不同地震波及降雨条件下的地震响应和橡胶减震层的减震效果，按相似理论分别设计制作了缩尺比为1∶40的减震黄土隧道及非减震黄土隧道，在总降雨量50 mm，降雨强度10 mm·h^-1的条件下，分别加载近、远场地震波El-Centro波和Taft波，对比了地震波不同加速度条件下黄土隧道各测点的地震响应情况及土压力变化情况，通过减震模型和非减震模型各测点的应变变化情况分析了黄土隧道的减震效率。结果表明：在调幅和持时一致的情况下，黄土隧道结构对于不同的地震动具有明显的选择性，El-Centro地震动条件下的动力响应大于Taft地震动条件下的动力响应，说明黄土隧道结构的动力响应不仅取决于地震动的强度及持时，也与地震波的频谱特性有关，黄土隧道结构对近场地震波的响应大于远场地震波；对模型横向加载，模型各点的横向加速度和竖向加速度均有变化，横向的加速度响应大于竖向的加速度响应；拱顶位置的土压力较大，拱脚位置虽然土压力较小，但应变变化较大，应力集中现象明显；通过设置减震层可使衬砌不同部位的应变值均有所减小，且应变越大的部位减震率越高，不同工况下拱顶及拱脚的应变减震率接近50%，设置减震层不但可以减小衬砌结构的变形，而且能吸收地震能量，发挥围岩结构和衬砌结构的协同作用，减小土体的裂缝宽度及深度。
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  深埋大跨度绿泥石片岩隧道变形规律及合理预留变形量

  陈丽俊, 陈建勋, 罗彦斌, 刘伟伟, 王传武

  中国公路学报. 2021, 34(6): 147-157. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.015

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  陕西宝鸡至汉中高速公路连城山隧道（双洞六车道）在穿越绿泥石片岩地层过程中发生了初期支护变形侵限、喷射混凝土开裂、钢架扭曲等严重大变形灾害，施工难度非常大。基于连城山隧道大变形现场调研和现场监控量测数据，统计分析了不同绿泥石片岩岩体状态下的隧道变形情况，研究了深埋大跨度绿泥石片岩隧道变形规律及合理预留变形量；在此基础上建立了深埋大跨度绿泥石片岩隧道施工变形控制基准。研究结果表明：隧道变形量与绿泥石片岩的岩体状态密切相关，绿泥石片岩呈粉末状时隧道变形量最大，绿泥石片岩呈块状或厚层状时隧道变形量相对最小；隧道变形整体上表现出拱部沉降明显大于水平收敛的特征；采用“三台阶留核心土法+拱墙部双层HK200b钢架+φ108大管径锁脚锚管+深仰拱”的施工方案时，粉末状、碎裂状（粉末加块石）、薄层状、块状或厚层状绿泥石片岩段隧道沉降量值分别为358~850，234~678，153~486，27~236 mm；其中以拱部初期支护的整体沉降为主，占总沉降的55.5%~86.1%；隧道沉降主要发生在上台阶和中台阶施工阶段，占总沉降的66.7%~82.7%；仰拱施作后产生的变形占比最小，为3.3%~4.9%。建议在以上4种绿泥石片岩岩体状态下，隧道预留变形量分别取70~95，50~70，30~50，15~30 cm；在保证隧道施工场地的前提下，应尽量缩短台阶长度，减少初期支护封闭成环的时间。
交通工程
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  老年人对自动驾驶汽车接受度研究

  景鹏, 王伟, 吴麟麟

  中国公路学报. 2021, 34(6): 158-171. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.016

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  有限的交通方式选择使得老年群体出行的机动性、便捷性和可达性往往难以得到充分的满足，这会极大影响晚年生活的幸福感，为解决这一问题，针对老年群体的出行行为研究受到了广泛关注。自动驾驶汽车作为一种新兴出行方式，能够提高老年群体出行机动性，这一新兴出行方式得以普及的前提条件之一在于广大老年群体是否能迅速且广泛地接受。因此，在自动驾驶汽车大规模应用之前，研究老年群体对这一新兴技术的接受度对于未来提高老年群体出行质量具有重要意义。从行人和使用者2个角度，同时融合极具中国特色的面子意识等影响因素来探讨老年人（60岁及以上）对自动驾驶汽车的认知和接受度。从行人角度，进行了2种情景的假设，并采用有序Logistic回归分析态度、感知有用性、信任和感知风险等变量对自动驾驶汽车接受度的影响，结果发现信任对接受意向的影响最为显著，而感知有用性的影响并不显著。从使用者角度，采用结构方程模型探索面子意识等心理潜变量对自动驾驶接受意向的行为机理，结果表明态度、感知有用性、感知风险和面子意识等对使用意向都有显著影响，而对行人影响显著的信任因素对使用者影响却并不显著。研究成果能够为自动驾驶汽车企业推出老年群体相关出行服务提供一定的科学依据，同时也为政府相关政策的制定提供理论依据。
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  自动驾驶车辆混行集聚MAS控制模型

  梁军, 杨程灿, 王文飒, 陈龙, 鲁光泉

  中国公路学报. 2021, 34(6): 172-183. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.017

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  随着车路协同技术和自动驾驶技术的不断发展，越来越多的网联自动驾驶车辆（Connected and Autonomous Vehicle， CAV）涌入道路交通，与传统人工驾驶车辆（Human Pilot Vehicle， HPV）形成混合交通流（Mixed Traffic Stream， MTS）。为在提高MTS交通流量的同时保证交通安全，面向未来的混行交通环境，结合交通工程中人、车、路等要素，设计基于多智能体系统的CAV集聚控制模型（Agglomeration Control Model of Connected and Autonomous Vehicle Based on Multi-Agent System，ACMCAV-MAS）。该模型针对CAV的可控性和HPV的随机性，意在通过集聚控制，促使道路中分散行驶的CAV集聚成行驶条件更优的队列。具体以Agent的形式设计与集聚控制相关的底层车辆Agent（CAV-Agent和HPV-Agent两类）和上层管理Agent。同时，针对同质要素间的匹配和异质要素间的风险规避，区别于常规的无集聚（No Agglomeration，NOA）策略，提出车队级集聚（Platoon Level Agglomeration， PLA）和车道级集聚（Lane Level Agglomeration，LLA）2种策略及相关的CAV-Agent集聚控制算法。基于ACMCAV-MAS及元胞自动机模型，在不同交通流密度和不同CAV-Agent渗透率下进行仿真试验。结果表明：集聚策略能在60%的CAV-Agent渗透率下取得最佳效益，同时，在60 veh·km^-1密度条件下，车队级集聚策略平均能提升38.14%的交通流量，比车道级集聚的提升效果高9.73%，并能在40~50 veh·km^-1的密度范围和50%~70%的CAV-Agent渗透率条件下有效缓解交通拥堵；通过对中高密度交通流下的纵向风险分析，发现2种集聚策略在低CAV-Agent渗透率下的风险发生率无显著差异，且最大风险降低比例都能达到20%以上，然而，在实际交通情况下，集聚策略可能会在一定程度上导致横向碰撞风险的增加。在未来的工作中，将继续探究降低横向碰撞风险的方法，同时着力解决目前仿真框架中对于人工驾驶行为异质性建模不够完善的缺陷，不断优化ACMCAV-MAS，为未来MTS中自动驾驶策略的制定提供理论依据。
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  智能网联环境下基于安全势场理论的车辆换道模型

  李林恒, 甘婧, 曲栩, 冉斌

  中国公路学报. 2021, 34(6): 184-195. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.018

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  为有效刻画未来智能网联环境下车辆在换道过程中面临的驾驶风险，保证车辆执行更加安全的换道决策，建立基于安全势场理论的车辆换道模型。首先针对车辆换道过程中所遇到的驾驶风险进行评估，利用势场理论给出车辆行驶过程中不同运动状态下安全势场的空间分布。其次根据换道过程中相关车辆不同安全势场分布情况计算出换道结束时的车间临界距离，相比于传统的车间临界距离计算模型，提出方法能够动态刻画出车辆在不同速度、加速度条件下临界距离的变化趋势，并且能够根据车辆不同的运动状态，动态表达出车辆间临界距离的变化。在此基础上，根据智能网联环境下车辆各类运动状态能够被实时感知的特点，总结出车辆各类运动状态下需要的换道安全临界时间，最终建立基于安全势场理论的最小安全距离换道模型。最后，对模型进行数值仿真分析，仿真结果表明：车辆换道所需要的最小纵向安全距离与换道车辆以及其周围车辆的运动状态有着直接关系。在今后趋于成熟的智能网联环境下，该模型可以进一步进行扩展，利用安全势场的分布情况，对车辆换道过程进行动态实时干涉，能够为今后智能网联环境下车辆协同换道、车辆自动驾驶以及车辆群体优化控制等相关研究提供一定的理论支撑。
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  城市公交区域调度双层优化方法研究

  慈玉生, 韩张宇, 吴丽娜

  中国公路学报. 2021, 34(6): 196-204. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.019

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  为了实现区域公交行车计划编制优化，构建了一个以区域内乘客候车时间为上层目标、以车队规模为下层目标的双层规划模型。由于上、下层目标之间存在的互相影响关系，导致模型难以获取最优解，选择将下层目标转化为模型的约束条件从而实现对模型的简便求解。对于车队规模的取值，提出了一种基于逆差函数的车队规模搜寻算法。进一步地，为了建立车队规模的约束条件，提出了3类核算时间点，并引入逻辑变量表征发车方案的选择，通过对核算时间点所对应的逆差函数值进行约束从而保证当前的发车方案能够满足既定的车队规模要求。在车队规模取值及约束条件确定的基础上，对模型进行求解即可得到不同车队规模取值情况下所对应的换乘时间表现最佳的发车方案。为了验证模型及求解思路的可行性，以哈尔滨市部分公交线路为例进行验证。结果表明：候车时间最优方案较初始方案能减少换乘时间10.3%，车队规模最优方案能减少初始车队规模15.2%；模型计算结果相当于为公交运营企业提供了可选择方案的效果边界，公交运营方可以通过结合预期的运营目标和实际公交规模选取最佳的发车方案，从而提高实际调度水平和运营效果。
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  融合深度反残差与注意力机制的山区高速公路事故严重程度预测模型

  吕璞, 柏强, 陈琳

  中国公路学报. 2021, 34(6): 205-213. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.020

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  山区高速公路事故严重程度预测对保障交通安全具有重大意义。针对现有事故严重程度预测模型存在准确率低、泛化性差等问题，考虑到深度卷积神经网络可以高效处理图像问题，为此将事故影响因素图像化，提出一种融合深度反残差与注意力机制的山区高速公路事故严重程度预测模型。该模型首先采用相关性分析确定影响交通事故严重程度的因素，依据严重程度与影响因素将事故划分为财产损失、轻伤事故、重伤事故和死亡事故4类；然后将影响因素处理成图片的形式，进而将事故严重程度预测问题转化为图像的分类问题，随之构建基于反残差与注意力机制的山区高速公路事故严重程度预测模型，其中：基于深度可分离卷积的反残差结构可以以较少训练参数获取较高的准确率，基于软阈值的注意力机制作为一种非线性层可以忽略与事故严重程度无关的信息，Mish激活函数可以确保更好的信息流入神经网络。结果表明：在山区高速公路交通安全事故严重程度评估中，相比于传统的机器学习模型，所提出的模型识别准确率具有明显的提高，且测试准确率为85%左右，满足山区高速公路安全评估的实际预测需求。
汽车工程
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  智能汽车的人机共驾技术研究现状和发展趋势

  宗长富, 代昌华, 张东

  中国公路学报. 2021, 34(6): 214-237. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.021

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  智能汽车的人机共驾技术（HMIoIV）是解决其智能化级别难以快速跨越至高度自动化水平的有效过渡手段。HMIoIV涉及了L0~L3级别的智能汽车的多种自动化技术，包括先进辅助驾驶系统。针对当前国内外智能汽车人机共驾技术的研究现状，对其概念、结构和研究内容进行总结，根据独立驾驶人参与的数量和驾驶操作方参与的数量将现有的人机共驾技术分成3类：单驾双控结构、串联型双驾单控结构（Traded Control）和并联型双驾双控结构（Shared Control）；并对驾驶人为因素、驾驶人模型、自然驾驶人状态监测和驾驶意图识别、串联型双驾单控结构和并联型双驾双控结构的研究方法以及权限与责任的关系进行全面综述。最后，分析总结当前智能汽车的人机共驾技术所面临的问题和挑战，并对该技术的发展趋势做出展望。
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  纯电动汽车双电机单行星排动力系统构型设计与分析

  胡建军, 梅博, 彭航, 杨颖

  中国公路学报. 2021, 34(6): 238-249. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.022

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  纯电动汽车是当前缓解能源危机与环境污染问题的理想方案之一。然而，现阶段纯电动汽车的推广和发展却受到续驶里程较短等瓶颈问题的制约，难以得到有效普及。为了克服上述问题并进一步提升纯电动汽车的最大续驶里程和综合行驶性能，提出一种纯电动汽车双电机单行星排动力系统构型方案及其系统分析方法。采用一种表征动力源部件与机械耦合机构节点之间内约束关系的通用矩阵式拓扑设计方法，系统探索基于基础构型方案的所有可行性备选构型，获得各备选构型的输出特性，并自动生成备选构型的拓扑结构表达式和动力学模型。采用基于动态规划算法的全局最优控制策略对所有备选构型的最佳经济性和最佳动力性能进行仿真，通过比较备选构型的性能以筛选获得综合性能出色的双电机单行星排动力系统构型。研究结果表明：通过该方法对备选构型的最优能耗经济性与极限最优动力性能进行仿真测试，共获得25种满足能耗与动力性能筛选条件的构型；以单电机驱动构型方案作为参考构型，最终得到5种最优能耗经济性与最优动力性能均优于参考构型的优化构型方案解集，其中具有最佳经济性和动力性构型的0~120 km·h^-1极限加速时间为10.973 1 s，最优能耗经济性为13.610 6 kW·h·100 km^-1；该方法能够有效筛选获得经济性和动力性能优异的纯电动汽车双电机单行星排动力系统构型，进一步提升纯电动汽车的最大续驶里程和综合行驶性能。
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  智能汽车自动紧急转向避撞的跟踪控制方法对比研究

  来飞, 黄超群

  中国公路学报. 2021, 34(6): 250-264. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.023

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  为了提高智能汽车的主动安全性，提出3种不同的自动紧急转向避撞跟踪控制方法。首先建立汽车避撞简化模型，对制动、转向及两者相结合的3种不同避撞方式进行对比分析。其次，为深入研究汽车避撞过程中的实际响应，建立包含转向、制动及悬架3个子系统耦合特性的底盘18自由度统一动力学模型，并进行相关试验验证。随后构建智能汽车自动紧急转向避撞控制框架，对五次多项式参考路径和七次多项式参考路径的横摆角速度和横摆角加速度进行对比分析。接着以线性2自由度转向动力学模型为参考对象，对最优控制四轮转向、最优控制前轮转向、前馈与反馈控制相结合的前轮转向3种不同的跟踪控制系统分别进行设计。最后，以汽车底盘18自由度统一动力学模型为研究对象，对上述3种避撞控制系统进行仿真试验对比分析。研究结果表明：与制动避撞相比而言，转向避撞所需的纵向距离有较大降低，随着车速的增加和路面附着系数的越低，效果越明显；七次多项式参考路径比五次多项式参考路径的避撞过渡过程更为平缓，当实际车速与控制器所用车速不一致时，前者避撞性能表现更优；最优四轮转向控制系统在高、低2种不同附着路面都具有较好的避撞效果，最优前轮转向控制系统次之，而前馈与反馈相结合的前轮转向控制系统在低附着路面上则表现出严重的失稳。
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  乘用车燃油蒸发排放OBD诊断替代车检泄漏试验

  刘圣华, 谷超平, 李喆洋, 祝增强, 刘超

  中国公路学报. 2021, 34(6): 265-273. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.024

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  汽油的蒸发排放是汽车碳氢排放的主要来源，为此国六排放法规和车检法规都提出了对燃油蒸发排放控制系统泄漏监测和测试的要求。国六排放法规要求汽油车燃油蒸发排放系统的泄漏量小于直径1 mm小孔的泄漏量，车检法规要求完成燃油蒸发排放控制系统外观检验、进油口压力测试及燃油箱盖测试。基于进油口压力测试和燃油箱盖测试在实际车检中的复杂性，提出将OBD诊断信息使用在实际车检中。根据车检法规中燃油箱压力和泄漏流量损失限值，利用伯努利方程和非稳态气体泄漏的气体压力常微分方程计算燃油箱压力和泄漏流量，并对压力损失测试中的蒸汽体积提出修正。在修正的蒸汽体积条件下，1 mm小孔在不到国六排放法规规定时间120 s造成的气体泄漏就会使得蒸发系统的压力损失达到限值，0.533 6 mm直径的泄漏小孔即会使得燃油的泄漏流量达到国六排放法规限值60 mL·min^-1。研究结果表明：当蒸发系统出现大于直径1 mm小孔泄漏，OBD报出蒸发系统泄漏故障时，可认为车辆无法通过进油口压力测试和燃油箱盖测试；燃油蒸发排放控制系统车载OBD泄漏诊断信息可以替代车检进油口压力测试和燃油箱盖测试。
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  基于径向刚度法的车辆翻新轮胎使用寿命判定

  王强, 张建富, 王云龙, 姜莉, 王国田

  中国公路学报. 2021, 34(6): 274-282. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.06.025

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  为了有效判定车辆翻新轮胎的剩余使用寿命，需要科学确定废旧轮胎胎体橡胶老化程度对翻新轮胎使用寿命的影响。在分析废旧轮胎胎体橡胶老化规律的基础上，通过橡胶老化试验测试及回归分析，确定了胎体弹性模量随着橡胶老化年限增加近似线性增大的影响规律；结合计算机仿真技术及试验测试技术，基于轮胎径向刚度法提出了翻新轮胎剩余使用寿命不安全系数计算方法，其计算数值大小与翻新轮胎径向刚度和新轮胎径向刚度之差成正比，与新轮胎径向刚度值成反比；构建了由橡胶加速老化系统、弹性模量测取系统、承载-变形计算机模拟系统和承载-变形测试系统等组成的翻新轮胎剩余使用寿命判定系统；基于径向刚度法和判定系统提出了车辆翻新轮胎剩余使用寿命判定规则，确定了翻新轮胎胎体剩余使用寿命判定具体流程；根据剩余使用寿命不安全系数计算方法和判定规则，将翻新轮胎确定为可正常使用、需降速使用和需报废处理3个级别，并利用11.00R22.5载重车辆翻新轮胎进行了剩余使用寿命判定与评价，依据判定规则分别计算了不同使用年限3条翻新轮胎的剩余使用寿命不安全系数，确定出3条翻新轮胎所对应的级别，判定与评价结论与实际使用情况相吻合。研究结果表明：废旧轮胎胎体橡胶老化程度对翻新轮胎剩余使用寿命影响显著，翻新轮胎径向刚度与剩余使用寿命之间存在较大影响关系；废旧轮胎胎体橡胶老化程度越严重和径向刚度越大，翻新轮胎的剩余使用寿命将会越短。