中国公路学报

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中国公路学报. 2018, 31(8): 0-0.

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封一/四

中国公路学报. 2018, 31(8): 0-0.

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中国新能源汽车产业与技术发展现状及对策

马建, 刘晓东, 陈轶嵩, 汪贵平, 赵轩, 贺伊琳, 许世维, 张凯, 张一西

中国公路学报. 2018, 31(8): 1-19.

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为促进中国新能源汽车产业与技术的发展，首先从中国新能源汽车发展现状出发，对现阶段中国新能源汽车整体产业、关键零部件产业及基础配套设施等产业链重点环节发展现状进行系统的梳理，并对中国新能源汽车整车技术、动力电池技术、驱动电机技术、燃料电池技术等核心技术取得的进展进行总结。然后，通过对标国外纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、动力电池及驱动系统的技术前沿，分析中国新能源汽车与国际先进水平之间存在的差距与不足。基于现状分析，从战略政策、核心技术、研发生产、产业体系、示范推广、产品销售6个方面对目前中国新能源汽车发展存在的问题进行深度剖析，并进一步从顶层设计、自主创新、基础支撑、产业生态、配套体系以及商业模式6个方面为中国新能源汽车未来的产业发展路径和技术突破方向提供对策建议。最后，对中国未来新能源汽车产业与技术的发展路径进行思考。研究结果表明：产业布局方面，应合理布局整车及零部件配套企业，推进企业集群化，产业集聚化；纯电动汽车应着重发展一体化电动底盘，加大新体系动力电池的研发力度；插电式混合动力汽车应重点发展高性能混合动力总成与专用发动机，以及动态协调控制技术；燃料电池汽车应以发展燃料电池电堆及关键材料为重点，同时兼顾燃料电池系统及核心部件的开发。

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考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法（双语出版）

李连祥, 李先军, 成晓阳, 黄亨利

中国公路学报. 2018, 31(8): 20-29.

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为求解出支盘桩受压时扩径体处相关力学性状，并预测桩基沉降，结合圆孔扩张理论求解出扩径端力与位移关系，并对支盘桩应用荷载传递法。将支盘桩在竖向受压扩径体向下挤土位移的过程，看作土体中的圆孔扩张课题，在合理假定的基础上，分析受压时扩径体与相邻土体的相对位移，推导出扩径体水平内压力与竖向位移的关系，对扩径体下侧面进行力学分析，得出桩土接触作用面A'C段的变化规律及扩径端阻力与竖向位移的关系，并对其进行参数研究。在此基础上，选择桩侧荷载传递函数为双曲线型，桩端为线弹性，对支盘桩应用荷载传递法，得到桩顶沉降曲线及桩体内力。研究结果表明：以圆孔扩张理论推导出扩径端阻力与竖向位移关系的方法，充分考虑了扩径体的几何构造特点和挤土效应，扩径端阻力能充分体现对挤扩角的敏感性，更加符合工程实际；扩径体水平内压力在倒圆台形下侧面呈现非线性分布，随着初始孔径的增大而逐渐减小，随着竖向位移的增加，水平内压力分布的非线性愈加明显；水平内压力值随着竖向位移的增大而增大，随着挤扩角的增大而减小；考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法能有效地求解支盘桩沉降及相关力学性状，且对于支盘桩而言，挤扩角引起的扩径端阻力变化比单纯的侧阻变化更能影响最终承载力。相关方法和结论可以为工程设计提供参考。

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压实度对MgO碳化土加固效果的影响及其机理研究

刘松玉, 曹菁菁, 蔡光华, 张正甫

中国公路学报. 2018, 31(8): 30-38.

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活性MgO是一种用于软土加固的新型材料，与土体拌和并经CO₂气体碳化后可使固化土强度在数小时内显著提高。在已有研究的基础上，通过静压法制取86%、87%、89%、91%和92%五种不同初始压实度下活性MgO固化土试样，并对固化土试样进行室内碳化试验。对碳化前后的MgO固化试样进行了含水率、干密度和无侧限抗压强度测试，以研究压实度对MgO碳化土含水率、干密度和无侧限抗压强度的影响规律；最后从无侧限抗压破坏的试样中选取典型样品进行X射线衍射、热重、扫描电镜和压汞试验，根据碳化产物和孔隙特征2个方面分析MgO碳化固化土的微观特征。结果表明：MgO固化土碳化过程中消耗了大量CO₂和水分，生成的主要碳化产物为棒状三水菱镁石和片状水碳镁石/球碳镁石，这些碳化产物具有显著的胶结和填充作用，使氧化镁固化土试样的干密度和强度明显增加；固化土的初始压实度对碳化效果有较大影响，随着初始压实度的增加，碳化试样的含水率呈先减小后增加趋势，而无侧限抗压强度呈先增大后减小趋势；当固化土试样的初始压实度为中等压实度89%时，碳化后试样含水率最低，生成的碳化产物最多，碳化试样的无侧限抗压强度最大，孔隙率最小，说明该压实度为最佳初始压实度，最有利于氧化镁固化土的碳化加固。

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冻土导热系数的聚合模型研究及试验验证

李顺群, 陈之祥, 夏锦红, 桂超

中国公路学报. 2018, 31(8): 39-46.

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为揭示土体冻结过程中导热系数的变化规律，建立基于均质球形颗粒的聚合几何模型。该模型由若干半径相等的球形土颗粒在正交方向上堆积而成，且土颗粒之外的区域全部被液态水填充。依据孔隙水首先在远离土颗粒的区域开始冻结的客观规律，建立冻结核在球形颗粒之间的几何中心产生并呈同心球向外扩展的聚合模型。基于土颗粒、水、冰的三相组成，从饱和冻土的组成和球形颗粒之间的接触等微观角度出发，建立导热系数的混合流计算方法。依据建立的几何模型和未冻水含量测试结果，结合给出的导热系数混合流计算方法，能够确定冻土在不同负温阶段的导热系数。另外，给出修正的正交热传导几何模型以计算不同干密度冻土的导热系数，并将混合流计算方法得出的预测值分别与Johansen法、Wiener法的预测值和探针法的实测值进行比较。研究结果表明：提出的混合流计算方法能够高精度地预测高温冻结阶段砂土的导热系数；聚合几何模型解答了干密度较大的土体冻实后的导热系数不一定较大的现象，具象地揭示出冻土导热系数随不同负温变化的原因是土中冰体含量的动态变化；依据冻结核产生位置建立的混合流导热系数计算方法，赋予了Wiener法在冻土导热系数预测中的具体物理意义；聚合模型和混合流导热系数计算方法能够对冻土在不同负温阶段的导热系数进行可靠预测，该研究期望为寒区和冻结法中的水-热-力耦合问题研究提供保证。

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含石量与含泥量对压实砾石土力学特性影响的试验

程泽海, 宋泽源, 黄博, 凌道盛

中国公路学报. 2018, 31(8): 47-57,103.

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对于夹泥砾石土，在应力、颗粒组成、含水率等因素影响下，其变形特性非常复杂。针对重庆机场道路工程填筑中所用的压实砾石土，通过中型样三轴试验开展了一系列力学特性试验研究，重点分析了含石量与含泥量的变化对于压实砾石土力学性能的影响，及不固结不排水（UU）、固结不排水（CU）、固结排水（CD）3种条件下的抗剪强度与变形特性；同时研究了UU条件下，不同制样含水率对压实砾石土的抗剪强度的影响。试验结果表明：压实砾石土在低围压条件下表现出强烈的剪胀性；UU三轴压缩试验条件下，小含泥量的压实砾石土的强度取决于大粒径颗粒间的咬合力，与含石量成正比；初始拌和含水率对压实砾石土UU强度的影响很大，颗粒粒组中的泥粒在高于最优含水率下易产生滑动，影响其应力-应变性状并导致其抗剪强度大幅降低；饱和固结后，压实砾石土的强度与含石量并没有直接的联系，高含石量并不代表高强度，合理的颗粒级配是决定试样CU，CD强度的重要因素；压实砾石土中含泥量增加会导致其抗剪强度的降低。另外，含石量和含泥量对压实砾石土的临界状态影响不大，同种矿物成分、不同颗粒组成的压密砾石土在CU，CD试验下的临界应力比为1.73。

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基于室内振动搅拌的水泥稳定碎石性能研究

张海涛, 梁爽, 杨洪生, 于立泽

中国公路学报. 2018, 31(8): 58-65.

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振动搅拌技术可使水泥更好地分散在水泥稳定碎石混合料中，并且使混合料的强度得到一定程度的提高，从而增加了半刚性基层的路用性能，但是，水泥稳定碎石混合料的拌和设备是工地施工中的大型振动搅拌机，进行水泥稳定碎石配合比设计时尚无室内振动拌和设备可用，以致于无法准确分析振动拌和与非振动拌和水泥稳定碎石的技术指标。针对此问题，结合实际工程项目，对室内集料击振筛进行改装，以模拟水泥稳定碎石的工地生产振动拌和设备。通过一系列试验建立改装的室内振动拌和设备与工地振动拌和设备的等效关系。研究内容包括：室内振动搅拌机的原理与参数分析，室内振动搅拌的水泥稳定碎石配合比设计，室内与工地振动搅拌的水泥稳定碎石无侧限抗压强度对比等。研究结果表明：室内振动拌和的水泥稳定碎石配合比设计结果优于工地振动拌和的设计结果，而且水泥稳定碎石无侧限抗压强度大于工地振动搅拌机拌和混合料的抗压强度；根据试验结果得出了改装的室内振动拌和设备对水泥稳定碎石混合料的最佳拌和时间，使改装的室内振动搅拌机达到了工地大型振动搅拌机的同样效果，可应用于水泥稳定碎石的配合比设计与施工。

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刚性基层沥青路面参数动态反演

曹丹丹, 赵延庆, 孔繁盛, 王国忠

中国公路学报. 2018, 31(8): 66-73.

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为了对刚性基层沥青路面结构的模量反演提供参考，采用谱单元法作为正分析方法，利用实测弯沉时程曲线和理论计算结果构造优化目标函数，通过数值优化方法对沥青路面力学参数进行动态反演，并与传统静态方法反演的结果进行了比较。结果表明：传统静态方法反演得到各结构层的弹性模量，动态方法反演能得到沥青层动态模量主曲线和相位角主曲线以及其他结构层的弹性模量；动态模量和相位角主曲线组成完整的黏弹性参数，可以更全面地描述沥青混合料的力学特性与频率的相关性；动态反演方法采用各传感器处弯沉时程曲线作为优化过程中的约束条件，静态反演方法中仅采用弯沉曲线峰值作为优化约束条件，约束力度远小于动态反演方法，导致静态反演结果的变异性远大于动态反演结果，尤其是基层和底基层，静态方法反演结果的变异系数可达动态反演结果的2倍以上，而且反演得到的各结构层的弹性模量处于材料典型取值范围内的百分比明显小于动态反演结果。静态反演方法易引起"模量窜层"现象，造成反演结果失真，无法客观地对路面结构层进行质量评定；动态反演方法能利用实测弯沉时程曲线的全部信息，保证反演结果收敛于真实值，有效避免"模量窜层"现象，为路面质量评定提供有效途径。

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刚性路面弯沉盆平均距离反演方法及综合分析

刘诗福, 凌建明, 杨文臣, 袁捷

中国公路学报. 2018, 31(8): 74-81.

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为了解决传统的刚性路面弯沉盆面积指数法在结构参数反演过程中没有充分利用各个测点的弯沉信息，反演结果存在多解性以及误差较大的局限性，提出一种刚性路面弯沉盆平均距离反演方法。在系统建模和分析传统弯沉盆面积指数法的基础上，从综合利用各个测点弯沉值信息的角度，构建了弯沉盆平均距离指标，计算相对刚度半径，并以实测弯沉盆误差最小为准则，计算板下地基反应模量，从理论上解决结构参数反演的多解性。在典型的刚性道面结构形式下，对比分析弯沉盆平均距离法、传统的弯沉盆面积指数法、弯沉盆面积指数改进法的灵敏度、鲁棒性和计算效率。数值分析结果表明：弯沉盆平均距离法对各测点弯沉值的敏感性相当，当误差小于5%时，反演结果与真值相差小于12%；弯沉盆平均距离法对各个测点的测量误差具有更强的鲁棒性，比传统的弯沉盆面积指数法和弯沉盆面积指数改进法分别提高42.5%和33.5%；弯沉盆平均距离法和传统的弯沉盆面积指数法的计算效率相当，均为弯沉盆面积指数改进法的7倍。基于4C和4D机场道面的FWD实测数据的反演分析，弯沉盆面积指数改进法的反演结果能减少与实测弯沉盆的拟合误差，提高刚性路面结构参数反演的合理性。

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驳船-圆柱碰撞的修正半波正弦荷载模型

王君杰, 刘慧杰, 尹海蛟

中国公路学报. 2018, 31(8): 82-93.

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为建立考虑冲击效应的船撞实用荷载模型，建立6艘不同吨位驳船的有限元精细化模型，采用驳船撞击刚性圆柱模型，通过数值仿真得到252条不同速度和不同径宽比下的撞击力时程原始样本。通过对样本的观察与分析，提出采用修正半波正弦函数作为撞击力过程的近似荷载模型，并通过数理统计的方法确定具体模型参数，由此根据驳船吨位、撞击速度、撞击径宽比等因素直接确定撞击荷载曲线。基于简化模型推导过程，指出修正半波正弦荷载模型的3个误差来源，并以2座不同结构形式的桥梁为例进行动力反应计算分析。以驳船接触碰撞的动力响应为基准，分析简化荷载模型计算结果的准确性，并进一步讨论3个误差来源对荷载模型误差的贡献大小与误差机理。研究结果表明：模型参数取值的精度良好；2个算例的动力响应对比分析得出，提出的修正半波正弦荷载模型对于柔性及刚性的桥梁结构均有良好的整体计算精度，具有广泛的实际工程应用价值。

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带大U肋的轻型组合桥面板基本力学性能

邵旭东, 曲宛桐, 曹君辉, 姚又琳

中国公路学报. 2018, 31(8): 94-103.

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为综合解决正交异性钢桥面板疲劳开裂和铺装层易损的难题，提出了由正交异性钢桥面板与薄层超高韧性混凝土STC组合而成的轻型组合桥面板结构。由于STC层显著提高了桥面板的刚度，因此可对结构进行优化。在带U肋轻型组合桥面板的基础上，提出了带大U肋的轻型组合桥面板方案。将此方案拟应用于某大桥，与原结构相比，用钢量基本不变，而面板-U肋-隔板三者间焊缝总长度减少36%，不仅降低了施工难度，也减少了焊接缺陷，进一步解决了钢桥面板疲劳开裂的问题。采用4种不同的结构体系，建立了钢箱梁节段有限元模型，基于热点应力法，对体系的6个典型疲劳细节进行疲劳验算。结果表明：在大U肋轻型组合桥面板中，6个疲劳细节的应力水平与传统U肋轻型组合桥面板接近，降幅效果基本一致；同时，通过计算说明了大U肋轻型组合桥面板具有良好的横向受力性能，其栓钉也具有足够的抗疲劳性能。为探究此轻型组合桥面板STC层的纵向弯拉性能，开展了负弯矩条带足尺试验，确定大U肋轻型组合桥面板的STC顶层名义开裂应力为24.1 MPa，远超STC层计算最大拉应力10.92 MPa。以上分析初步表明：带大U肋的轻型组合桥面板有较好的疲劳和静力性能。

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冲刷作用下水平承载单桩计算方法及承载特性

戴国亮, 代浩, 杨炎华, 龚维明, 何泓男

中国公路学报. 2018, 31(8): 104-112.

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考虑冲刷作用对桩基承载力的影响，传统设计常采用忽略最大冲刷深度以上土体效应且认为冲刷线下土体物理力学特性不变的方法，此简化方法忽略了局部冲刷坑的尺寸效应和桩周土体应力历史的变化，设计桩长冗余度较大。为了充分考虑现场实际情况，在Reese的研究基础上，基于修正的p-y曲线进行砂土中单桩水平承载力的理论推导，为了验证结果正确性，随后进行了相应室内模型试验，且同时利用LPILE软件进行了模拟计算。结果表明：基于桩端点极限土抗力不变原则计算的等效冲刷深度公式可靠，相应的p-y曲线导入LPILE中计算值与试验值的误差在13%~17%，能够较好模拟现场冲刷情况；随着冲刷深度增加，单桩基础水平承载能力减弱，自由长度增大，桩身最大弯矩增大而土抗力影响深度减小，最大弯矩位置向桩端移动；修正的p-y曲线考虑冲刷坑底以上土体的有利作用，最大水平承载力计算值与试验值误差为3.6%~6.0%，桩顶最大水平位移误差为13.9%~23.5%，最大弯矩误差为2.9%~4.4%，最大弯矩点位置误差为3.3%~7.7%。最后进行冲刷深度、冲刷坡角和冲刷宽度的参数敏感性分析，结果表明三者的影响程度依次下降，试验条件下，相比无冲刷工况，冲刷深度为15 cm和30 cm时，桩顶位移增幅高达51%和106%。相应试验进一步证实了冲刷作用对桩基承载力的重要影响和理论计算的正确性，可为工程设计提供参考。

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管幕冻结特殊布管形式稳态温度场解析解

胡向东, 洪泽群

中国公路学报. 2018, 31(8): 113-121,154.

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为了给管幕冻结这一新型地下工程施工方法的设计与施工提供参考，针对港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段的管幕冻结工法，考虑积极冻结过程中所使用的"圆形主力冻结管"和"异形加强冻结管"2种类型冻结管的特殊布置形式，通过对实际问题进行适当简化，提出单圈冻结管错位布置的冻结模型。在此基础上，首先利用保角变换将单圈管不等距模型转化为单排管不等距模型，然后结合Laplace方程边界条件可分离的特性，利用2个单排管等间距模型叠加求解单排管不等距模型，最后得到管幕冻结法单圈管错位布置的温度场解析解。结合该解析解，选取管幕冻结法布管形式1个周期单元上3个特征位置的截面进行温度分析，并利用ANSYS数值软件对特征面上的理论温度分布进行对比验证，最后根据拱北隧道实际施工参数对其管幕冻结效果进行求解分析和直观的温度场云图展示。研究结果表明：在管幕冻结法冻结管单圈错位布置形式下，各特征面的温度均能降至较低的负温，远低于土体冻结温度，"管间封水"的效果能够得到保证；对比而言主面上温度最低，较近两冻结管之间的界面1温度略低于主面温度，在冻结管布置圈径上，各组参数下界面1的温度均能达到-15℃以下，且温度随着冻结管错位角度减小而降低；各特征面上，温差最大位置出现在冻结管布置轴面上，温度差异随着冻结过程的进行逐渐减小，冻土帷幕内的温度分布趋于稳定。

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考虑风速风向联合分布和地形效应的山区桥梁设计风速确定

于舰涵, 李明水, 李少鹏, 廖海黎

中国公路学报. 2018, 31(8): 122-128.

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为研究风向对基本风速的折减，以及其与地形效应对山区桥梁设计风速确定的共同影响，以一座山区大跨度桥梁为研究背景，采用风速风向联合分布函数和计算流体力学软件FLUENT对桥址区的风场进行数值计算。首先利用桥位附近气象站的风速资料，在风速观测数据不足的情况下，采用极值Ⅰ型分布获得了风速的月极值分布和年极值分布的关系，并由此计算出不考虑风向影响的百年一遇基本风速。再应用风速风向联合分布函数，计算考虑风向影响时各个风向的百年一遇基本风速，探讨风速风向联合分布对基本风速的折减效应；并应用FLUENT软件对2种情况下的桥位区风场进行数值模拟计算，分别得到不同风向下桥位处的最大风速（即设计风速）。研究结果表明：风速风向联合分布和地形效应会对设计风速的确定产生影响。若不考虑风速风向联合分布的作用，当该地区最大基本风速的风向与地形放大效应最大的方向不一致时，会使设计风速值偏于保守。最后基于研究成果提出了可用于山区桥梁设计风速确定的分析流程，该方法更具合理性和工程实用性，可为山区桥梁设计风速的确定提供依据。

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水压下开裂混凝土中水分渗透红外试验

张苑竹, 金立乔, 魏新江, 史鸿刚, 许奎鑫

中国公路学报. 2018, 31(8): 129-136.

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为了研究水下隧道开裂混凝土中水分渗透过程和影响因素，基于Richards方程和立方定律提出了外水压力下水分在开裂非饱和混凝土中的运动方程，根据水下隧道一侧承受外水压力、一侧接触大气的服役环境，设计了混凝土内部孔洞和裂缝承受冷却压力水的渗透试验，采用红外热像仪可视化研究水分入渗开裂混凝土的过程；通过红外辐射特性来分析裂缝几何特征、外水压力和初始饱和度对开裂混凝土中水分渗透的影响，并将试验结果与水分运动方程的影响因素进行对比。结果表明：外水压力越大、混凝土初始饱和度越小，则开裂混凝土试块的内外温差越大，表面温度变化曲线越陡峭，说明水分流速相应地越快，入渗深度越大，证明外水压力和初始饱和度都是开裂混凝土中水分运移的驱动因素；裂缝宽度越大、裂缝长度越长，混凝土试块表面红外温度越低，试块内外温差越大，说明裂缝面积越大导致冷却水入渗流量越大和渗透深度越深，证明裂缝宽度与开裂混凝土的渗透性正相关；另外垂直裂缝方向相比平行裂缝方向的红外热图观测效果更明显。在进行水下隧道渗漏预测时不宜忽略裂缝几何特征、外水压力和初始饱和度，不然会低估水流速度和流量，影响水下隧道的长期安全和耐久寿命。

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隧道通风系统90°弯折处导流板设置研究

任锐, 李杰, 王亚琼

中国公路学报. 2018, 31(8): 137-144.

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为了研究隧道通风系统的局部阻力损失，针对风道90°弯折处，利用计算流体力学软件Fluent建立1：1的数值仿真模型，选择k-ε计算模型，研究不同r/D（r为风道内壁弯折处半径，D为风道宽度）与导流板数目n条件下，拱形断面风道90°弯折处风速场分布规律与局部阻力损失系数ζ_90°；分析了90°弯折处的减阻措施的减阻效果，并采用物理模型试验，验证了采用数值仿真方法研究风道90°弯折处阻力特性的可靠性。研究结果表明：在风道弯折处内壁设置曲线，或在弯折处设置导流板，均可有效减小90°弯折处及其下游段的涡流区，使风速场分布更加均匀，减小因流体微团相互碰撞而引起的局部阻力损失，使得局部阻力损失系数ζ_90°减小；导流板占用90°弯折处有效流动空间，在实现其导流作用的同时也存在阻力作用，因此，当r/D较小时，ζ_90°随着导流板数目n的增加，呈先减小后增加的趋势；随着r/D增加，风流经过导流板时受到的阻力作用大于其导流作用，使得ζ_90°随着导流板数目n的增加而增加；风道90°弯折处数值模拟结果显示，当r/D分别为0.2与0.3时，使得ζ_90°最小的导流板数目n分别为2和1；当r/D分别为0.4，0.5，0.6时，未设置导流板时的ζ_90°最小。

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MFD对车型构成的敏感性分析及车辆换算系数计算方法（双语出版）

徐建闽, 鄢小文, 马莹莹, 王宇俊

中国公路学报. 2018, 31(8): 145-154.

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针对车辆的换算系数，现有研究较多集中于静态车辆换算系数，但静态车辆换算系数无法准确描述拥挤状态下车辆间的交互影响，未充分考虑车辆在不同交通状态下相互作用的动态变化对车辆换算系数取值的影响。为了能够适应动态交通的演化，以棋盘式路网为研究对象，利用宏观基本图（Macroscopic Fundamental Diagram，MFD）分析了宏观基本图曲线对大型车比例的敏感性，并针对不同的交通状态提出了相应的车辆换算系数计算方法。首先构建路网微观仿真模型，利用微观仿真试验证实了路网宏观基本图的存在；然后根据仿真数据采用分段函数拟合MFD曲线，通过改变大型车的比例设计多组仿真试验，并绘制出不同大型车比例下的MFD图形，分别从定性和定量2个层面分析宏观基本图曲线对车型比例的敏感性；最后根据敏感性分析结果，利用宏观基本图提出了一种针对不同交通状态的车辆换算系数计算方法。结果表明：当路网处于非拥挤状态时，对应于MFD曲线的上升段和持续段，车辆换算系数取值仅与大型车比例有关；而当路网处于拥挤状态时，对应于MFD曲线的下降段，车辆换算系数取值不受大型车比例的影响，其仅与路网存在车辆数有关。所提方法和思想为理解车型构成对路网交通状态的影响提供了新思路，有助于为交通规划和管理部门提供政策支撑。

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一种用于高速公路通行情况分析的收费数据挖掘方法

赵怀鑫, 邓然然, 张英杰, 丁明航, 孙朝云, 李伟

中国公路学报. 2018, 31(8): 155-164.

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为更好地对高速公路通行情况进行分析，利用高速公路海量收费数据，提出了一种用于高速公路通行情况分析的数据挖掘方法。首先，在海量的贵州省高速公路收费数据中，筛选出指定进站名称及出站名称的数据并删除部分字段，仅保留与研究相关的内容，利用车辆进入收费站的时间和驶出收费站的时间计算出其在该路段上行驶的总时长，将行驶时长字段加入原数据。然后，采用孤立点检测算法清洗该数据，剔除其中异常值。完成上述预处理过程后，使用快速峰值聚类算法对行驶时长进行聚类分析，首先计算每条数据之间的距离，将距离矩阵作为该算法的输入并输出聚类结果；对比所采用的算法与K-Means算法对于行驶时长这一指标的聚类效果，可明显地看出该算法的聚类结果更接近于实际情况；然后将春节期间与2月第4周的收费数据进行聚类，通过对比可明显得出节假日期间各个车型通行比例的变化；将上述结果结合不同车型在不同时段的平均通行时间进行分析。研究结果表明：所提出的方法可有效地将在某段高速公路通行的车辆进行分类，并且分类结果与真实运行过程中车辆在高速公路上的通行情况一致，可为高速公路的运营管理以及维护方向提供合理的科学依据和数据支持。

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基于交通标志信息量的驾驶负荷加载有效性研究

吕能超, 曹越, 秦羚, 吴超仲

中国公路学报. 2018, 31(8): 165-172.

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过高的驾驶负荷是导致驾驶绩效受损和交通事故的重要原因，因此驾驶行为和交通安全研究中需要采用适当的负荷加载形式；通过试验分析不同信息量的交通标志对驾驶人认知负荷的影响规律，验证交通标志信息量对负荷加载的有效性。基于不同信息量的交通标志，对驾驶人的驾驶负荷进行试验验证。招募44名被试在静态控制环境下进行交通标志认知试验，采用信息理论对交通标志信息量进行量化计算，用不同信息量的交通标志进行认知负荷加载，采集被试对每个标志的主观负荷评价及反应时间。试验结果表明：主观驾驶负荷与交通标志信息量有高度相关性，反应时间随着信息等级的增加而增加；而驾驶人性别和驾驶经验对交通标志视认反应时间和主观驾驶负荷量化没有显著影响，这说明在驾驶试验中，交通标志信息量可以用于驾驶试验中的认知负荷的加载，而这种负荷的加载对于驾驶人的性别和驾驶经验是无差别的。该研究更多地考虑了驾驶人的认知特性，研究成果可用于驾驶负荷试验的次任务加载，帮助进行交通安全理论研究。

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基于ERP技术的疲劳对驾驶人行为监控能力影响研究（双语出版）

郭孜政, 刘仙, 陈瑞雅, 潘雨帆, 史磊, 张骏

中国公路学报. 2018, 31(8): 173-180.

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为探究疲劳对驾驶人行为监控能力的影响性，采用模拟驾驶任务和Go/NoGo任务相结合的双任务试验，利用事件相关电位（ERP）技术，分析30名驾驶人的表征行为监控能力的脑电指标（ERN波幅）和驾驶行为指标（车道偏移标准差、方向盘反转率、速度标准差）的相关性，以验证所选驾驶行为指标表征行为监控能力的有效性；分析试验任务第1阶段（0~15 min）和第2阶段（75~90 min）的ERN波幅、车道偏移标准差、方向盘反转率、速度标准差的差异性，以探究疲劳对行为监控能力的影响机理。研究结果表明：ERN波幅和车道偏移标准差、方向盘反转率、速度标准差存在显著相关性；与试验任务第1阶段（0~15 min）相比，第2阶段（75~90 min）的车道偏移标准差、方向盘反转率、速度标准差显著增加，额中央区的ERN波幅显著降低；疲劳可导致驾驶人由前额叶调控的行为监控能力受损；车道偏移标准差、方向盘反转率、速度标准差这3项指标可作为测定行为监控能力的驾驶行为指标。

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道路危险货物运输的系统动力学仿真研究

王磊, 华珺, 杨云峰, 刘浩学, 朱彤

中国公路学报. 2018, 31(8): 181-188,196.

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道路危险货物运输管理是道路运输管理的重要内容。为研究各类危险货物供需与社会经济发展之间的互动关系，采用了系统动力学的理论。首先确定道路危险货物运输系统边界，将道路危险货物运输系统分为运力子系统和需求子系统，建立道路危险货物运输因果关系图，探究系统内各因素之间的正负反馈关系；接着，引入危险货物供需系数，建立道路危险货物运输系统流图；通过建立主要变量方程，表示出系统内各因素之间的线性关系和非线性关系；进行模型检验，包括真实性检验和敏感性分析；最后，对变量设置初始值，利用建立的道路危险货物运输系统动力学模型，探讨使危险货物供需系数的行为模式保持稳定的可行性策略。以广东省惠州市汽油运输为例，分析影响危险货物供需系数的主要因素，设置7种政策情境，运用VENSIM软件进行仿真模拟。研究结果表明：提高运输车辆利用程度及货物运输效率可有效提高供需系数；增大运输车辆吨位数，调整危险货物运力结构能够改善供需情况，使供需系数提高；增大运力后，供需系数的行为模式趋于平稳；综合调控各因素对改善供需系数行为模式的效果更好。研究建立的道路危险货物运输系统模型能够有效模拟管理调控策略，为道路运输管理部门相关工作的改进与提升提供支撑。

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无人驾驶汽车路径跟踪控制方法拟人程度研究

郭应时, 蒋拯民, 白艳, 唐杰帧

中国公路学报. 2018, 31(8): 189-196.

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无人驾驶汽车路径跟踪控制是无人驾驶汽车运动控制的核心所在，目前常用的路径跟踪模型主要以路径跟踪精度为主要控制目标，在很大程度上忽略了无人驾驶汽车的乘坐舒适性和控制的拟人程度。为了研究无人驾驶汽车路径跟踪控制算法的拟人程度并提高乘坐舒适性，基于转向几何学、汽车运动学和汽车动力学理论建立实车中常用的4种路径跟踪模型，提出以路径跟踪过程中的最大横向加速度a_ymax和方向盘转角平方和δ_w²共同表征路径跟踪模型的拟人程度和横向乘坐舒适性。基于驾驶人实车换道试验数据，建立多项式拟人换道参考路径，搭建CarSim/Simulink联合仿真模型，并对其进行不同车速下的车辆换道试验。研究结果表明：路径跟踪模型的横向循迹偏差均会随着车速的提高而增加，但都能较好实现路径跟踪；带预瞄路径跟踪模型和动力学前馈最优LQR路径跟踪模型拟人程度较好；汽车运动学路径跟踪模型的乘坐舒适性最差，方向盘修正激烈；在100 km·h^-1，a_ymax>0.7 m·s^-2，δ_w²>2.7×10³时，拟人程度最差；不带预瞄路径跟踪模型循迹精度最高，且拟人程度最高，乘坐舒适性最好，120 km·h^-1时，a_ymax ≤ 0.5 m·s^-2。

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基于序列Kriging-GA的薄板件定位点优化方法

杨泽宇, 邓乾旺, 胡满江, 周华健, 钟志华

中国公路学报. 2018, 31(8): 197-204.

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为降低车身薄板焊接装夹时的重力以及夹具定位点偏差对柔性薄板件定位精度的影响，提高薄板定位方案的稳健性，基于有限元分析方法对薄板件第一基准面的定位点布置进行了优化。为了建立能反映薄板定位精度对定位点偏差敏感度的定位方案评价指标，引入影响系数法，建立了定位点偏差对薄板件定位精度的影响系数矩阵。基于影响系数平方矩阵的迹，并考虑重力对薄板定位精度的影响建立了多目标优化模型。采用Kriging代理模型构造出优化模型的目标函数，为了解决代理模型预测精度较差的问题，提出了基于序列Kriging-GA的薄板件定位点优化方法，将最优点选点准则和期望改善准则融合使用，反复在兴趣域增加样本点，更新代理模型，提高了代理模型的预测精度并保证了算法的全局搜索能力。结果表明：序列Kriging模型在兴趣域的预测误差可低至1%，具有很高的预测精度；与采用遗传算法相比，所提出的方法能减少75%仿真次数，显著提高设计效率；在不同定位点偏差组合下，零件各关键点位移量的均值与方差都显著减小，定位精度对定位点偏差的敏感度降低，优化后的定位方案具有较高的稳健性。

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基于T-S模糊模型的车辆电液悬架系统H_∞控制

余曼, 周辰雨, 魏朗, 赵轩, 余强

中国公路学报. 2018, 31(8): 205-217.

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为了进一步降低主动悬架作动器输出力并优化控制系统鲁棒性，建立车辆7自由度整车模型，采用Takagi-Sugeno （T-S）模糊建模技术，设计主动悬架外环H_∞控制器，从而根据路面输入调节主动悬架性能，提升作动器能效。通过构建一个包括控制器稳定性分析、悬架运动空间及力的限值问题的线性矩阵不等式组，将控制器的优化问题转换为此线性不等式组的求解问题，并结合并行分配补偿控制技术，得到此控制器状态反馈系数。针对系统不确定性参数，内环采用自适应鲁棒控制方法，提升控制力的跟踪性能。通过对不同路面轮廓激励工况、交叉轴双轮激励工况以及控制力跟踪性能进行仿真试验，分析被动悬架和主动悬架性能评价指标，并对其作动器输出力进行对比研究。研究结果表明：在小激励下，基于T-S模糊模型的H_∞控制主动悬架相比被动悬架，各车轮处加速度均方根值可降低80%以上，与最优控制相比可降低47%以上；而在大激励时，虽然其加速度均方根值有所上升，但其悬架动挠度峰值较被动悬架有所下降；通过路面交叉轴激励对比可以看出，针对整车平顺性参数，该方法可在路面小激励时较被动悬架降低质心、俯仰以及侧倾加速度均方根值达55%、83%以及90%以上；与反演作动器输出力及最优控制作动器输出力对比结果表明，该控制方法可有效降低主动悬架控制力峰值20%以上，并提升控制力的跟踪性能；基于T-S模糊模型的H_∞控制可以在保证车辆悬架性能的基础上有效降低系统能耗。

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沥青搅拌设备蜗壳除尘器流场仿真与试验

张晨光, 谢立扬, 焦生杰, 顾海荣

中国公路学报. 2018, 31(8): 218-226.

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为研究导流板位置对蜗壳除尘器内流场和粉尘粒径的影响，以指导回收粉在沥青搅拌设备中的实际使用，在导流板3种不同位置工况下，对蜗壳除尘器内部气相和气固两相流动状态进行了数值模拟和试验验证。数值模拟基于FLUENT软件，其中气相流场模拟选用雷诺应力模型，气固两相流场模拟选择相间耦合的随机轨道模型模拟粉尘的运动轨迹，分别追踪了16 400个粒径在50~1 000 μm的粉尘，计算了除尘效率。在沥青搅拌设备工地分别采集了导流板3种位置工况下的回收粉，结合筛分和电镜扫描试验，分析粉尘粒径分布，并对数值模拟结果的吻合性进行验证。结果表明：导流板处于O位时，除尘器内部气流的径向速度、轴向速度和静压分布轴对称性较W位和M位好，可有效抑制非对称性扰流及夹带涡流，并削弱涡核摆动现象；导流板处于不同位置时，通过与粉尘颗粒的碰撞反弹来改变粉尘的运动轨迹，进而影响除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率，且当导流板处于O位时更有利于对粒径大于100 μm的粉尘的回收。导流板处于O位时，试验测量的粉尘平均粒径为117.6 μm，筛底平均粒径为49.9 μm，均大于W位和M位的粒径，且与数值模拟的结论相吻合。沥青搅拌设备在实际生产过程中，应优先选择导流板O位布置，并根据回收粉粒径的需要进行实时调整。

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2018年, 第31卷, 第8期　刊出日期：2018-08-20

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