2021年, 第34卷, 第3期　刊出日期：2021-03-20

  

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  中国公路学报. 2021, 34(3): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2021, 34(3): 0-0.

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综述
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  中国路基工程学术研究综述·2021

  《中国公路学报》编辑部

  中国公路学报. 2021, 34(3): 1-49. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.001

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  作为路面的基础，稳定、坚实、耐久的路基是确保路面质量的关键，而中国一直存在着“重路面、轻路基”的现象，使得路基病害导致的路面问题屡禁不止。近年来，已有越来越多的学者注意到了路面病害与路基质量的关联性，从而促进了路基工程相关的新理论、新方法、新技术等不断涌现。该综述以近几年路基工程相关的国家科技奖的技术创新内容、科技部及国家自然科学基金项目、优秀中文权威期刊的论文、Web of Science中的高水平论文的关键词为依据，系统分析了国内外路基工程五大领域的研究现状及未来的发展方向。具体涵盖了：地基处理新技术、路堤填料工程特性、多场耦合作用下路堤结构性能演变规律、路堑边坡的稳定性、路基支挡与防护等。可为路基工程领域的研究人员与技术人员提供参考和借鉴。
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  软土基坑开挖对邻近既有隧道影响研究及展望

  丁智, 张霄, 梁发云, 程丁捷, 王刘祺

  中国公路学报. 2021, 34(3): 50-70. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.002

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  随着城市地铁建设的飞速发展，邻近已运营地铁线路的基坑工程大量涌现。基坑开挖必然会改变土体的原始应力场和位移场，继而引起邻近既有地铁隧道附加变形和内力。为了全面了解软土基坑开挖对既有隧道影响的研究进展，从理论研究、模型试验、数值模拟和实测分析4个方面分别阐述了软土基坑邻近施工问题的研究现状。结果表明：现阶段的理论研究主要从两阶段法入手，考虑了不同的侧重研究因素和简化条件；模型试验包括离心模型试验与常重力模型试验，可作为一种辅助研究手段与其他研究方法相互验证；数值模拟分析问题全面，结果直观，已广泛应用于工程项目的设计评估；根据基坑与隧道的相对位置关系，分别对不同工程的实测数据进行整理分析，提出考虑基坑卸荷量、形状因子、隧道埋深和水平净距等多因素的三维卸荷系数，可以较好呈现基坑开挖引起邻近隧道变形的规律性特征；基坑周围土体深层位移、围护结构变形与邻近地铁隧道变形之间存在一定联动关系；同时，总结分析了风险评价与影响分区体系以及施工控制防护技术和监控手段的探索与应用实例，为现场工程安全风险控制提供了施工经验和实践依据；最后，指出现有研究中存在的不足和尚需讨论的方面，建议深入开展邻近既有隧道设施的多维度基坑开挖时空效应研究、本构模型适用性探究、结构多元化与精细化建模、基坑降水与地下水渗流影响研究；进一步推进动态施工安全风险评价与影响分区研究，发展创新控制防护技术以及建立联动共享的新型监控成套技术体系。
道路工程
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  路面材料磁化对无线电能传输的能量损失效应研究

  李峰, 孙轩, 朱兴一, 陈宇航, 冯锦艳

  中国公路学报. 2021, 34(3): 71-79. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.003

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  无线充电路面是将无线电能传输技术与路面结构相结合的一种新型智能路面，可使路面同时满足行驶功能和无线充电功能。设计实用的无线充电路面，需要将传输装置埋设于路面材料中，如水泥混凝土和沥青混凝土材料。无线电能传输是路面中的原边线圈和电动汽车上的副边线圈经感应耦合谐振完成的。现有无线电能传输过程都是在空气中进行的，当传输过程需要穿过路面材料时，空间介质的电磁特性对无线电能传输所产生的影响需要探究。为此，选取AC-13型沥青混凝土和C30普通硅酸盐水泥混凝土，研究分析2种路面材料的磁化性能以及对感应耦合谐振电路的能量损失效应。首先通过振动样品磁强计，对2种路面材料组成成分的磁化性能进行定量分析，接着采用LCR测试仪测量其感应耦合系数，最后搭建87 kHz的无线电能传输系统来研究能量损失效应。研究结果表明：沥青混凝土和水泥混凝土组成成分的磁化性能差异较大，水泥混凝土可视为连续的磁性介质，而沥青混凝土不连续；2种路面材料在感应耦合谐振电路中会降低感应耦合系数，且材料的磁化会使无线电能传输系统的谐振电路失谐，导致原边功率下降12.7%和14.2%，并造成能量损失；经调节谐振状态后发现，电路的谐振频率向低偏离；为了降低无线充电路面的能量损失，在设计过程中应将路面材料的磁化作为关键因素来考虑。
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  聚氨酯复合改性沥青的制备与性能研究

  金鑫, 郭乃胜, 闫思檬, 刘涛, 尤占平

  中国公路学报. 2021, 34(3): 80-94. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.004

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  为改善聚氨酯（PU）改性沥青的性能，实现其在道路工程领域的应用，将PU、岩沥青（RA）和基质沥青（BA）按照自定的室内工艺流程制备得到PU复合改性沥青，并探讨了制备工艺参数的适宜性。采用针入度、软化点、延度和旋转黏度试验优化了PU和RA的掺配方案，基于胶体理论分析了PU复合改性沥青的温度敏感性；利用动态剪切流变（DSR）和弯曲梁流变（BBR）试验研究了PU复合改性沥青的高、低温流变性能，应用多应力重复蠕变（MSCR）试验评价了PU复合改性沥青的抗永久变形能力，确定了PU复合改性沥青的PG分级温度；借助扫描电镜（SEM）试验观测了PU复合改性沥青的微观结构；通过红外光谱（FTIR）试验推断出PU与沥青发生的主要化学反应。结果表明：当RA添加量为5%时，随着PU添加量从1%增加到5%，PU复合改性沥青的针入度、软化点和延度分别提高了42%、4%和19%；当PU添加量为5%时，随着RA添加量从5%增加到15%，PU复合改性沥青的软化点增大了17%，但针入度和延度分别下降了64%和138%；添加3% PU、15% RA和5% PU、15% RA的复合改性沥青的PG高温等级均能达到82℃，添加5% PU、5% RA的复合改性沥青的PG低温等级为-22℃，说明添加PU改善了沥青的低温流变性能，而添加RA提升了沥青的高温流变性能；BA，PU和RA界面之间相容性良好，证明了所研究的制备工艺的合理性；在PU复合改性沥青内部存在异氰酸根和BA中芳香族化合物发生的加成反应，PU中的不饱和键与沥青中S—S键发生的交联反应，以及所形成的交联网状结构提高了PU复合改性沥青的抗低温变形能力。
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  黏性土地基中摩擦型能量桩现场热响应试验

  孔纲强, 吕志祥, 孙智文, 王新越, 沈扬, 车平

  中国公路学报. 2021, 34(3): 95-102. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.005

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  温度作用下摩擦型能量桩不仅会引起桩体热应力，而且会引起桩体位移。针对黏性土地基中摩擦型能量桩开展现场热响应试验研究，实测进/出口水温、桩体温度以及桩体热应变与热应力等变化规律；分析能量桩换热功率、桩体轴向约束应力、侧摩阻力、轴向相对位移以及中性点位置等热力响应特性。研究结果表明：试验条件下，3.0 kW恒定输入功率时，黏性土中能量桩（桩长24 m、桩径0.6 m、W形埋管）平均每延米换热效率约为30.5 W·m^-1；桩体轴向约束应力和最大相对轴向位移均在运行180 h后达到稳定期，其数值分别为-0.226 MPa·℃^-1和0.016 mm·℃^-1；侧摩阻力的中性点位置出现在桩顶以下约60%桩长附近。
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  黄泛区中高液限黏土动、静态回弹模量及预估模型研究

  蒋红光, 陈思涵, 孙辉, 包佳佳, 龙厚胜, 姚占勇

  中国公路学报. 2021, 34(3): 103-112. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.006

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  土体回弹模量是路基填料的重要力学指标和路面结构的主要设计参数。针对黄泛区中高液限黏土，开展了3种压实度、3种含水率和3种围压、7种附加应力水平下的动、静三轴试验研究，分别获得了189组工况下的动、静态回弹模量及其相关关系。研究结果表明：土体回弹模量与物理状态和应力水平密切相关，且土体动态回弹模量普遍高于其静态值，动态回弹模量以及动、静回弹模量比均随着偏应力比（附加应力与围压比值）的增加而呈指数式衰减，并可划分为快速衰减区、过渡区和缓慢衰减区，对应的偏应力比分别为0.2~1.0，1.0~2.0和2.0~3.0；在此范围内，土体的动态回弹模量为其静态回弹模量的1.21~1.91倍；同时，获得了土体归一化动态回弹模量与回弹应变的相关关系，提出了黄泛区中高液限黏土归一化动态回弹模量表达式，在偏应力比为0.2~3.0范围内，土体的回弹应变为34×10^-6~2 200×10^-6，处于变化敏感的小应变水平，归一化动态回弹模量随着应变的增加而快速减小，最大衰减至0.54，计算路基顶部竖向压应变的设计指标时，需要考虑动态回弹模量的衰减；最后，对现行规范的土体动态回弹模量预估模型进行了修正，提出了适合黄泛区中高液限黏土的三参数经验公式，并且建立了土体双参数静态回弹模量预估模型，对9种不同物理状态下的土体静态回弹模量进行了可靠预测。
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  上拔、水平联合荷载对桩基承载性能影响的现场试验及数值模拟

  周俊鹏, 黄雪峰, 张吉禄, 韦林辉, 袁俊, 王学明, 刘永红

  中国公路学报. 2021, 34(3): 113-123. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.007

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  通常桩基受力作用分别确定上拔、水平2个方向的承载力，不考虑其相互影响，不能准确反映桩基的真实受力状况。为研究桩基上拔、水平荷载的耦合作用对桩基上拔、水平向承载性能的影响，开展了大型现场试验及数值模拟研究。研究结果表明：上拔、水平联合荷载对桩基承载性能的影响与上拔、水平向荷载的比例有较大关系，当该比例小于2时，联合荷载作用对桩基水平承载能力影响较小，不小于2时，桩基的水平承载能力明显被削弱，且被削弱的程度随着该比例的增大而提高；联合荷载下桩基的上拔荷载位移曲线与单独上拔时基本重合，但在加载比例较小时，桩基在水平方向会先达到破坏标准，从而导致桩基上拔承载能力不能充分发挥。联合荷载下，水平承载能力被削弱的原因在于桩基带动桩周土体的一起上拔导致了地基土抗力系数比例系数的减小和桩身弯矩的增大；联合荷载下，由于水平荷载的作用，桩基上部受压侧竖直方向的土压力会由于土体被挤密而变大，上部受拉侧土压力则会由于桩与土的分离而变小；桩基下部则由于桩基的刚性转动表现出相反的趋势；联合荷载下桩基破坏时，破坏区域的土体裂缝呈扇形分布，其分布形式、范围及破坏机理均与单独上拔、水平荷载时有较大差别。总体来说，联合荷载对桩基承载性能的影响是客观存在且不可忽视的。
桥梁工程
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  高疲劳抗力钢桥面板的疲劳问题Ⅰ：模型试验

  张清华, 李俊, 袁道云, 朱金柱, 崔闯

  中国公路学报. 2021, 34(3): 124-135. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.008

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  正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题是制约桥梁工程可持续发展的关键难题，亟需发展具有高疲劳抗力的正交异性钢桥面板。同时引入纵肋与顶板新型双面焊构造细节和纵肋与横隔板新型交叉构造细节2类构造细节，提出了一种高疲劳抗力钢桥面板，设计了2个足尺节段模型，通过模型试验确定了纵肋与顶板传统单面焊构造细节和新型双面焊构造细节的疲劳开裂模式和疲劳性能，采用扫描电子显微镜（SEM）确定了单面焊构造细节焊根和双面焊构造细节焊趾的初始微裂纹尺度；研究了纵肋与横隔板传统交叉构造细节和新型交叉构造细节的疲劳开裂模式。研究结果表明：纵肋与顶板传统单面焊构造细节的疲劳裂纹起裂于顶板焊根并沿顶板厚度方向扩展，其疲劳强度为98.7 MPa，新型双面焊构造细节的疲劳裂纹起裂于顶板内侧焊趾并沿顶板厚度方向扩展，其疲劳强度为123.2 MPa；传统单面焊构造细节焊根的初始微裂纹尺度显著大于新型双面焊构造细节焊趾的初始微裂纹尺度，初始微裂纹尺度的差异是2种开裂模式的疲劳抗力存在显著差异的主要原因；纵肋与横隔板传统交叉构造细节的疲劳裂纹起裂于纵肋腹板焊缝端部焊趾并沿纵肋腹板扩展，新型交叉构造细节的疲劳裂纹起裂于纵肋底板焊缝端部焊趾并沿纵肋底板扩展，2类构造细节的起裂次数基本一致，但新型交叉构造细节的疲劳裂纹扩展速率远低于传统构造细节；相同加载条件下，高疲劳抗力钢桥面板结构体系的疲劳寿命显著优于传统钢桥面板结构体系。
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  角钢连接件抗剪刚度试验及理论研究

  邱盛源, 樊健生, 聂建国, 唐亮, 宋神友, 徐国平

  中国公路学报. 2021, 34(3): 136-146. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.009

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  由于具有承载力高、疲劳性能好以及施工便捷的优点，角钢连接件在桥隧结构中得到越来越广泛的应用。角钢连接件主要应用于沉管隧道结构中，且相关研究主要集中在日本。现有研究多针对角钢连接件的承载力而忽视了抗剪刚度，而抗剪刚度会对界面滑移、混凝土开裂以及构件刚度等性能造成影响。为了研究角钢连接件的抗剪刚度，基于实际工程以及中国规范设计了6组推出试件，包含3种角钢尺寸以及2种混凝土规格。同时为了减少试验本身的离散性，每组均有3个试件。试验中所有试件均发生混凝土压溃破坏，混凝土强度提高时，试件的抗剪承载力和刚度均会相应调高，同一设计强度等级的3种尺寸角钢连接件受剪性能差别不大。曲率分布结果表明角钢腹板在底部承受较大弯矩和剪力，翼缘承受弯矩较小，表明翼缘在抗剪过程中的贡献较小。在结合已有的连接件理论模型以及试验结果的基础上，通过理论分析提出了针对角钢连接件的地基梁模型，并通过10组剪力-滑移曲线以及12组曲率数据来验证模型的可靠性，研究结果表明理论模型具有良好的精度。考虑到模型公式复杂，结合实际工程构造，对刚度公式进行了简化，并通过10组剪力-滑移曲线来验证简化公式的可靠性，结果表明简化公式同样具有良好的精度。
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  型钢-钢纤维混凝土黏结应力组成及影响因素分析

  伍凯, 郑惠铭, 陈峰, 陈初阳, 徐佳楠

  中国公路学报. 2021, 34(3): 147-158. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.010

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  为了研究型钢-钢纤维混凝土界面的黏结应力组成，以截面类型、界面锚固长度、钢纤维掺量和钢纤维混凝土保护层厚度为变化参量，完成了34根试件的推出试验，分析了试件的损伤破坏及裂缝发展形态，获得了加载端和自由端的荷载-滑移曲线。基于荷载-滑移曲线上的4种临界状态，根据界面黏结应力与外荷载的平衡关系，提出了黏结应力各组成部分的计算公式，最后分析了各因素对界面黏结应力的影响规律。研究结果表明：黏结界面的失效可分为3个阶段，即界面无损阶段、界面黏结部分失效及裂缝发展阶段、界面黏结完全失效及试件破坏阶段；型钢与钢纤维混凝土界面的黏结应力是由化学胶结应力、摩擦应力和机械咬合应力3种应力共同组成，黏结应力沿界面长度方向呈非均匀分布状态，其中化学胶结应力只存在于固定黏结扩散区；界面黏结应力组成中，化学胶结应力所占比重最大，摩擦应力次之，机械咬合应力最小；化学胶结应力随界面锚固长度的增加而减小，摩擦应力随钢纤维混凝土保护层厚度和钢纤维掺量的增加而增大，机械咬合应力随钢纤维混凝土保护层厚度的增加而增大。
隧道工程
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  在建隧道排水系统结晶堵塞试验

  叶飞, 田崇明, 何彪, 赵猛, 王坚, 韩兴博, 宋桂锋

  中国公路学报. 2021, 34(3): 159-170. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.011

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  为了探究在建公路隧道排水系统结晶堵塞机理，分析隧道排水系统结晶堵塞的发展过程，自主研制了可模拟隧道初支混凝土、地下水渗流过程、隧道排水系统的试验装置系统。通过该系统模拟了富水隧道排水系统渗流结晶过程；通过检测隧道排水管排出溶液的pH值、总碱度、Ca²⁺浓度以及排水管内的结晶量等，研究了速凝剂掺量、地下水水质对生成结晶体的影响。结果表明：结晶体的主要成分为CaCO₃，结晶体中的钙元素主要来源于水泥；地下水的渗流过程会致使混凝土中的Ca²⁺析出，最终流出排水管或以CaCO₃结晶体形式沉积在排水管内；排水管流出溶液的pH值和总碱度变化曲线基本呈现先快速下降，后缓慢下降趋于稳定的趋势，结晶体生成的溶液环境pH值和碱性较高。对于一般水质：4种速凝剂掺量条件下排水管流出溶液pH值变化范围在11.4~12.6之间，初始总碱度最高达12 650 CaCO₃ mg·L^-1，稳定后溶液碱度均大于500 CaCO₃ mg·L^-1；对于碳酸氢钠型水质：4种速凝剂掺量条件下pH变化幅度在9.62~12.25之间；初始总碱度最高达1 252 CaCO₃ mg·L^-1，稳定后溶液总碱度均大于550 CaCO₃ mg·L^-1；0%和6%速凝剂掺量下结晶体生成量明显大于10%和20%掺量，10%掺量下结晶体生成量最小；碳酸氢钠型水质条件下，水泥水化产物Ca （OH）₂会直接和HCO₃^-发生化学反应，生成CaCO₃结晶体，较一般水质结晶体的生成速率更快，生成量更多。
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  软岩隧道中基于快速预应力锚固支护的变形控制技术

  汪波, 王振宇, 郭新新, 朱安龙, 王智佼

  中国公路学报. 2021, 34(3): 171-182. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.012

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  以木寨岭公路隧道为依托，基于单一锚固形式的拉拔试验与交通隧道工程对锚固系统的要求，提出了适用于软岩大变形隧道且可实现及时支护理念的快速预应力锚固系统，并以其为核心载体，开展了支护技术应用试验研究。拉拔试验结果表明：受限于锚固成效、锚固力及锚固时间等因素，软岩隧道中涨壳式锚固和水泥药卷锚固均无法实现及时主动支护的功能；以后期具备良好锚固效果的水泥浆锚固和能快速凝结后可施加预应力的树脂锚固为基础，提出了全新的“及时（树脂端锚）+永久（水泥浆全长注浆）”快速预应力锚固体系，并以其为基础，在依托工程大变形段开展了以快速预应力锚固系统为核心的新支护体系和强力被动支护体系的对比试验研究。对比试验结果表明：以预应力后注浆树脂（鸟笼型）锚索系统为核心的快速预应力锚固支护技术，有效抑制了软岩隧道洞周围岩位移，拱顶沉降由73~127 mm减至34~55 mm，拱腰收敛由295~740 mm减至157~430 mm，显著减少了围岩变形稳定时间与围岩变形潜势，验证了基于快速预应力锚固支护的变形控制技术在软岩大变形隧道中的优越性。
交通工程
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  基于道路线形的智能汽车事故多发路段预判模型

  宁航, 赵祥模, 南春丽, 杨澜, 李婧

  中国公路学报. 2021, 34(3): 183-192. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.013

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  分析了道路线形对智能汽车行驶安全性的影响，分别使用数据驱动的机器学习方法和模型驱动的经典数学建模方法，建立了以道路线形技术指标为输入的神经网络模型和多元数学模型，预测事故多发路段；计算了各个道路线形技术指标与事故率之间的偏相关系数，从中挑选出与事故率相关程度较大的道路线形特征，使用T检验和F检验验证了道路线形特征组合和单个特征对事故率的影响。结果表明：基于机器学习的神经网络模型和基于数值逼近理论的多元数学模型预测正确率基本相近，大约为90%；2种模型对道路安全影响较大的道路线形相关不利因素组合相同，均为平曲线转角、横向力系数和纵坡坡度；各种不利因素组合中，平曲线转角、横向力系数和纵坡坡度出现的频率分别为100.0%、91.7%和83.3%，远远大于其他因素；事故多发路段道路线形因素不仅与平曲线转角、横向力系数和纵坡坡度有关，而且与其线形组合有密切关系，组合不当亦会导致事故增加；2种模型可相互验证，考虑计算速度及参数的可解释性，实际中应优先选择多元数学模型进行事故预判。
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  基于乘员伤害分析的路侧行道树事故严重度评价

  程国柱, 程瑞, 徐亮

  中国公路学报. 2021, 34(3): 193-205. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.014

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  为了定量评估公路路侧行道树事故严重度，有针对性地提出安全改善措施，以减少车辆与路侧行道树碰撞的事故损失，分别引入加速度严重性指数（Acceleration Severity Index，ASI）、头部损伤判据（Head Injury Criteria，HIC）和胸部合成加速度（Chest Resultant Acceleration，CRA）作为乘员伤害指标；利用PC-crash汽车动力学仿真软件构建车辆刚体系统和乘员多体系统，通过设置不同车辆驶出速度、平曲线半径、行道树直径和行道树间距，分别开展小型车、大型车与路侧行道树的偏置碰撞试验，共收集2 256组数据；针对公路直线段和曲线段，分别拟合了基于CRA的小型车乘员伤害评估模型，以及基于ASI的大型车和小型车乘员伤害评估模型；根据Fisher最优分割法确定了路侧行道树事故严重度的合理评价等级及各级对应的ASI和CRA阈值，给出了基于CRA和ASI的路侧行道树事故严重度评价方法；随后提出了一种新的用于评估事故严重度分级准确性的指标-误分级程度，并将其应用于事故严重度评价方法的有效性验证中；最后将大型车比例引入ASI评估模型中并改进了模型。研究结果表明：在相同仿真试验条件下，驾驶人胸部损伤比头部损伤更严重，小型车ASI平均值大于大型车ASI平均值；CRA，ASI与驶出速度近似呈正线性相关，与行道树直径近似呈对数相关；行道树间距越大、平曲线半径越小，则车辆遭受二次碰撞的几率越小，乘员伤害风险越低；在案例分析中，2种分别基于CRA和ASI的路侧行道树事故严重度评价方法评价结果基本一致，且误分级程度分别为4.7%和4.3%，验证了提出的路侧行道树事故严重度评价方法的准确性，并证实了ASI可作为评估路侧行道树事故中乘员伤害的有效指标。
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  观测路径出行时间下随机网络交通需求估计

  孙超, 宋茂灿, 陈志超, 常玉林

  中国公路学报. 2021, 34(3): 206-215. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.015

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  道路网络起讫点（OD）需求是城市决策长期交通规划和短期交通管理中的基础参数，准确的交通需求更是实施交通拥堵控制、限行限速、路径诱导等措施的先决条件。综合运用观测的轨迹已知和未知路径出行时间，建立随机网络交通需求估计双层规划模型。上层广义最小二乘模型最小化历史交通需求与待估交通需求、观测路径出行时间与待估路径出行时间之间的偏差，约束为交通需求、路段流量、路段出行时间与路径出行时间之间的传播关系，通过高斯混合模型（GMM）对其中轨迹未知的观测出行时间依概率聚类。下层为随机网络交通出行均衡模型，分别运用出行时间预算和随机用户均衡处理路网不确定性和出行者感知误差。上、下层之间通过交通需求和OD-路段关联比例进行信息传递。设计迭代算法框架求解双层规划模型，迭代算法包含求解上层模型的最速下降法、求解下层模型的相继平均算法和求解GMM模型的最大期望（EM）算法。通过算例表明轨迹未知的路径出行信息的加入在提升需求估计精度的同时也增大了估计值的方差；设计的迭代算法能够稳定收敛到10^-5的精度；GMM软聚类方法估计的交通需求显著优于硬聚类方法估计的需求值；交通需求值对观测路径出行时间的扰动更加敏感。研究考虑出行者风险态度，通过轨迹信息的重新构建揭示城市交通需求演化规律。
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  国有收费公路企业全要素生产率测度及提升路径研究

  徐海成, 徐兴博, 安羽霏

  中国公路学报. 2021, 34(3): 216-224. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.016

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  近年来，收费公路行业绩效问题愈发凸显，但针对政府还贷公路运营载体的国有收费公路企业的研究却相对匮乏。为此，以2000~2019年21家国有收费公路企业的面板数据为研究样本，基于半参数估计法及Sequential-Malmquist指数法对国有收费公路企业全要素生产率（TFP）及其变动的内在结构性因素进行实证测度，得到如下结论：①国有收费公路企业TFP长期处于较低水平，非生产性投入不但未对企业自身发展起到积极作用，反而抑制了资本和劳动投入对产出的贡献。②国有收费公路企业TFP增长缓慢，技术进步和技术效率变化是影响TFP变动的主要因素。集团化改制虽然可以带来短期的技术进步，但对企业TFP持续增长的贡献程度有限。③国有收费公路企业TFP呈东、西、中递减的态势。中部省份企业TFP呈现出显著的追赶效应，其主要源自于技术进步和技术效率提升。东西部省份企业TFP的提升则主要依赖技术进步。基于实证结果的分析表明：转变行业传统发展观念，激发技术进步内生动力，促进管理体制根本变革，推动企业市场化改革以及加快投融资体制改革是国有收费公路企业TFP提升的主要路径；提升路径的实现有赖于地方政府、交通主管部门及国有收费公路企业的长期协同合作。
汽车工程
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  改进RRT算法在复杂环境下智能车路径规划中的应用

  张卫波, 肖继亮

  中国公路学报. 2021, 34(3): 225-234. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.017

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  采用快速搜索随机树（RRT）算法进行路径规划时，在存在大量随机障碍物的复杂环境下，规划出的路径曲折且算法无法快速收敛，不能满足智能车路径规划的要求。为了实现智能车路径规划，提出一种基于RRT的运动规划算法——同心圆RRT算法。该算法在RRT算法的基础上结合智能车行驶时自身运动学约束，引入同心圆采样策略和邻近点选择方法。同心圆采样策略以目标点为同心圆的圆心，利用同心圆系数m控制同心圆的疏密程度，在同心圆上生成随机点以便确定下一路径点。邻近点选择方法考虑车辆运动学约束及目标点距离因素，在满足车辆运动学约束的前提下，计算邻近系数，将最小邻近系数对应的随机树节点作为邻近点；针对得到的规划路径，进一步提出基于车辆运动学约束下的路径简化方法，对得到的路径进行简化并使用3次B样条曲线对路径平滑处理，生成一条平滑且可执行的路径。研究结果表明：m=0.5~1.5时，提出的算法规划出路径所需时间最少；车辆姿态与下一路径点的夹角约束值越大，规划出路径所需时间越少，在夹角为35°时趋于稳定；在相同的环境中，提出的算法所规划的路径质量相比于RRT算法、目标偏向RRT算法及改进RRT^*算法有显著提高，规划出路径所需时间及路径长度相比于RRT算法分别降低了43.1%和18.7%，相比于目标偏向RRT算法分别降低了7.3%和15.5%，相比于改进RRT^*算法分别降低了29.6%和7%；智能小车的实车测试试验验证了该算法的有效性和实用性。
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  汽车防抱死制动系统的自抗扰控制研究

  姚芳, 林祥辉, 吴正斌, 李贵强, 姜帆

  中国公路学报. 2021, 34(3): 235-244. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.018

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  汽车防抱死制动系统（Anti-lock Braking System，ABS）的作用是确保汽车制动时行驶方向的稳定性、可靠性，但是目前仍存在非线性、时变性以及参数不确定性等问题。为保证汽车制动行驶过程中的操纵稳定性和安全性，进一步实现各工况下防抱死制动系统的优化控制，以影响整车稳定的变量滑移率为研究对象，分析所设计策略的控制效果。搭建汽车动力学模型、制动系统模型、轮胎模型和滑移率模型等主要模型，设计基于滑移率的ABS二阶非线性自抗扰控制器。运用MATLAB/Simulink软件对基于自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）的ABS制动过程和基于模糊PID控制的ABS制动过程进行仿真，对比研究最佳滑移率、载荷、水泥-冰对接路面、扰动等对制动过程中的轮速、车速以及滑移率等动态性征反映的稳定性和抗扰能力的影响，同时研究其对最终制动距离和最终制动时间反映的制动性能的影响。最后，将自抗扰控制器和模糊PID控制器装配于试验车辆的ABS，进行水泥路面和冰-水泥对接路面制动过程的实车试验。研究结果表明：基于二阶非线性自抗扰控制算法的ABS制动的最终制动距离和最终制动时间更短、制动效果更优，制动过程中的轮速、车速和滑移率在响应速度、稳定性和抗扰能力等方面均更佳；试验结果与仿真结果吻合，证明了仿真模型及其仿真结果的可行性和正确性。
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  基于扰动观测的客车ESC自适应神经网络滑模控制

  石求军, 李静

  中国公路学报. 2021, 34(3): 245-254. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.03.019

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  为了提高客车电子稳定性控制系统（ESC）的控制精度，针对实际车辆系统建模中存在各种非线性扰动项以及传统滑模控制（Sliding Mode Control，SMC）中抖振较大的问题，提出一种自适应神经网络滑模控制算法。基于2自由度车辆模型，首先设计一个二阶滑模（Second-order Sliding Mode，SOSM）估计器对车辆的质心侧偏角进行估计，然后利用径向基（Radial Basis Function，RBF）神经网络对车辆系统建模中的各种非线性扰动项进行实时估计，并进行Lyapunov稳定性证明，RBF神经网络估计车辆系统建模的各种非线性扰动项可以有效减小滑模控制符号项的系数，从而减小滑模抖振水平。为了更进一步优化传统滑模控制的参数调节过程，减小滑模抖振并提高系统控制精度，再次利用RBF神经网络对传统滑模控制中的关键参数进行自适应调节。最后为了验证算法的有效性，搭建客车电控气压制动系统硬件在环试验台，在硬件在环试验台上对算法的有效性和精度进行试验验证。研究结果表明：客车ESC在自适应神经网络滑模算法的控制下，横摆角速度和质心侧偏角能够较好地跟随上理想的横摆角速度和理想质心侧偏角，横摆角速度和质心侧偏角的跟随误差降低；利用RBF神经网络估计客车建模中的各种非线性扰动项和利用RBF神经网络自适应调节传统滑模控制的关键参数，可以有效提高客车ESC的控制精度。