公路运输

驾驶人视觉特性与行车安全研究进展

马勇，付锐

摘要：目的：在道路交通事故的致因中，人因（human factors）占比最高，而驾驶人的视觉特性则在人因中起主导作用。目前，中国研究人员对于表征驾驶人视觉特性的一些基本概念还不十分明确，对于驾驶人视觉特性与行车安全研究的进展也缺乏较系统的总结和梳理。鉴于此，对各国交通安全领域中有关驾驶人视觉特性的重要研究成果及其应用进行系统介绍，以使读者对于“驾驶人视觉特性如何影响行车安全”这一问题有相对全面的认识，从而促进道路交通安全相关研究的深入开展。方法：分别对驾驶人视觉特性与疲劳驾驶、隧道段行车安全、分心驾驶以及视觉特性的影响因素等方面的研究进展进行综述，介绍了驾驶疲劳检测的视觉特性指标，归纳了驾驶人视觉特性与隧道出入口行车安全研究的方法及试验结果，分析了目前基于视觉特性的驾驶分心研究中存在的问题，最后论述了驾驶人视觉特性影响因素研究及其应用前景。结果：文献综述分析表明，（1）疲劳驾驶时，眨眼频次会有较显著的上升，但由于眨眼频次受到多个因素的影响，因此单纯以此作为驾驶疲劳的监测指标，其可靠性和鲁棒性均欠佳。长时间的眼睑闭合虽能较好地反映驾驶人的疲劳，但存在无法实现早期预警的缺陷。（2）疲劳驾驶和分心驾驶均会使交通系统中的各参与者处于非常危险的境地，而视觉特性研究是监测这两类疏忽行为的重要切入点。（3）隧道出入口及隧道内的照明环境会显著影响驾驶人的视觉特性，良好的隧道设计应当尽可能使隧道内外的照度平缓过渡，从而使驾驶人在暗适应和明适应阶段能够看清楚周围的交通环境，保证驾驶安全。（4）进出隧道的安全行车速度受多种因素影响，其合理限速值有待根据行车环境、照明条件及驾驶人视觉特性进行深入研究。（5）对于不同特质的人群或者在不同的交通环境之中，驾驶人的视觉特性呈现出一些特有的规律性。研究各种因素对驾驶人视觉特性的影响，有助于对不同群体的驾驶人开展针对性的教育和培训，改变其不安全的驾驶习惯，增强对危险的感知能力，改善对信息的处理机制及视觉搜索策略，从而从驾驶人的角度有效降低事故风险及事故率。结论：未来的研究工作可以从以下几方面进行展开，（1）为了提高疲劳驾驶、分心驾驶监测预警系统的可靠性和鲁棒性，有必要将驾驶人视觉特性与脸部图像特征、驾驶操作行为以及车辆运动状态等多个指标进行多源信息融合，同时还应设计完善的主动安全干预系统，以使车辆在不同的危险环境中做出智能化的反应，进一步提高行车安全性。（2）用于评价驾驶疲劳的视觉特性指标阈值有待开展更多的实车试验进行确定；同时，驾驶分心任务的评级以及各个视觉特性参数对于不同类型驾驶分心的灵敏度也有待细化研究。（3）采用哪些指标进行隧道内驾驶人视觉负荷的评价，仍需进一步开展研究进行明确。何种设计和运营管理方案才能使隧道内外既有合适的照度以确保驾驶人安全度过明、暗适应阶段，又能节约成本，仍是非常具有现实意义的研究课题。（4）针对不同驾驶人群体在各种交通环境中开展教育和模拟驾驶培训，可有效增强其危险感知能力，改善其视觉搜索策略及不安全的驾驶习惯，进而降低事故风险。这一点，对于中国这样一个新手驾驶人、低龄和高龄驾驶人数量均在迅速增长的国家而言具有重要意义，相关的教育培训方式及效果有待进行深入探索和实践。

来源出版物：中国公路学报, 2015, 28(6): 82-94

入选年份：2016

增程式电动汽车动力系统设计与仿真研究

周苏，牛继高，陈凤祥，等

摘要：目的：将燃油发动机/发电机作为增程器（RE），与动力电池一起构成增程式电动汽车（REEV）的动力源，可以克服现阶段纯电动汽车（EV）续驶里程短、充电成本高的缺点，推进电动汽车的产业化。从工程实际出发，对REEV动力系统的结构进行分析，并开展动力系统关键部件参数匹配方法的研究。方法：根据 REEV的使用特点，确定其动力系统结构和工作模式。根据原型车基本参数、整车动力性能指标和续驶里程要求，进行驱动电机、动力电池、发动机/发电机等关键部件的参数匹配。首先，根据REEV的动力性能确定驱动电机的特性参数；初步确定驱动电机参数之后，进一步调整其参数以满足一定车速下的最大爬坡度和行驶最高车速的要求。动力电池作为主动力源，要保证车辆的动力性能、吸收制动回馈能量和提供一定的纯电动续驶里程。发动机的参数选择与采用的能量管理策略有关。基于搭建的AVL-Cruise和Matlab/Simulink联合仿真平台，采用离线仿真的方法对动力系统关键部件参数匹配的结果进行验证。结果：动力系统关键部件主要参数匹配的结果显示，（1）驱动电机最高转速和基速的选择取决于REEV的主减速比、最高车速和基速比，峰值功率取最高车速、爬坡性能、0～100 km/h加速时间对应功率需求中的最大值，根据过载系数可确定驱动电机的额定功率；电机选型时，应选用额定功率点附近效率较高的电机。（2）动力电池最大放电功率应满足整车最大功率需求，其中包括电动空调、转向系统、助力系统、冷却风扇等车辆电气附件的功率需求；为了吸收制动回馈能量，动力电池还要具备一定的充电功率；动力电池所携能量应能满足REEV所有设计工况的纯电动续驶里程要求；最终的动力电池参数应按照现有厂家产品规格确定。（3）由发动机/发电机组成的RE系统其功能是增加续驶里程，实现车载充电；在动力电池出现故障时，应能保证车辆以设计指标所要求的车速匀速行驶；当采用定点能量管理策略时，要求发动机始终在其 MAP图对应的高效、低排放区域内工作；所匹配的永磁同步电机其标定工作转速和输出功率应与发动机的工作点相匹配，并且具有较高的工作点效率。（4）离线仿真结果表明，REEV动力系统参数匹配能够满足整车动力性能要求；因制动能量回馈，动力电池纯电动续驶里程比设计指标略高；RE/动力电池供电模式时，REEV在指定工况下运行一个循环，将动力电池荷电状态的变化量折算成等效燃油消耗量，同时考虑发动机的燃油消耗量，得到的增程续驶里程能够满足设计指标要求。结论：REEV动力系统参数匹配应综合考虑车辆电气附件能量消耗和采用的能量管理策略等因素，从而设计得到合适的关键部件参数。验证结果表明，REEV的仿真车速能较好地跟踪工况车速，其动力系统参数匹配能够满足设计工况下的整车动力性指标要求；采用发动机定点能量管理策略，发动机起动后可一直工作在高效点，与同类传统内燃机汽车相比，燃油经济性明显提高；增程式电动汽车的总续驶里程与具体的行驶工况有关，与低速工况相比，高速和极端工况下的总续驶里程较短。

来源出版物：汽车工程, 2011, 33(11): 924-929

入选年份：2016

正交异性钢板—薄层RPC组合桥面基本性能研究

邵旭东，曹君辉，易笃韬，等

摘要：目的：正交异性钢桥面具有自重轻、运输与架设方便等优点，已成为大跨径钢桥的首选桥面形式。但是国内外大量工程实践表明，其在两类典型病害问题。（1）钢桥面沥青铺装层极易损坏，需频繁维修，个别桥梁甚至遭遇“10年24修”；（2）正交异性钢桥面结构易出现疲劳开裂，例如，我国的虎门大桥由于重载交通繁重，运营10年便出现了疲劳开裂病害。虽然目前对这两类病害积累了一些常规对策，但均无法治本，病害问题仍然频发。引起两类病害的根本原因是正交异性钢桥面板局部刚度偏低，导致钢桥面和沥青铺装层长期处于高应力运营状态，从而诱发病害。因此，解决问题的关键在于：在不显著增加自重的前提下大幅提高钢桥面的局部刚度。因此，基于国际上先进的 RPC（reactive powder concrete，活性粉末混凝土）技术为基础，研发了正交异性钢板—薄层RPC组合桥面结构体系，以期提高桥面刚度，从根本上解决两类病害问题。方法：从理论计算和室内试验两方面对新型钢—RPC组合桥面结构进行研究，以期探明其基本受力性能。首先以国内某大跨悬索桥为背景，提出钢—RPC组合桥面结构方案，然后对大桥建立整体和局部有限元模型，分析其受力。整体模型采用Midas软件建立，通过对比原桥面70 mm铺装和提出的45 mm RPC＋20 mm沥青混凝土磨耗层方案，探明了增设RPC层对大桥整体受力的影响。局部模型基于Ansys有限元软件建立，为包含加劲梁节段的局部模型，模型中钢结构采用壳单元，RPC采用实体单元，钢—RPC间节点耦合。基于局部计算，对比了在车辆荷载作用下钢结构中的应力变化，同时，掌握了RPC层纵、横桥向的应力状态。为验证RPC层受弯拉是否满足设计要求，制作了足尺条带模型，并开展了静力试验。模型试件包含一个U肋条带，按两跨连续梁进行对称加载，以掌握试件的受力特性。结果：整体有限元计算结果表明，采用新型钢—RPC组合桥面结构后，大桥在恒载下的水平索力增加了 0.18%，在活载下的最大索力增加了0.07%，因此，增设RPC层不会影响大跨悬索桥的整体安全性。局部有限元计算结果表明，采用新型钢—RPC组合桥面结构后，钢面板及纵肋中的应力明显下降，其中顺桥向应力降幅为41.0%～66.7%，横桥向应力降幅为57.7%～72.4%。众所周知，疲劳寿命与应力幅的立方成反比，若应力幅减小1/2，疲劳寿命将增大为8倍，因此，应力的降低意味着钢桥面的疲劳将显著延长。计算同时表明，RPC层在设计荷载下的最大拉应力为10.08 MPa，为探索 RPC的抗裂性能，基于条带模型开展了静力试验。结果表明，与纯钢梁相比，新型钢—RPC组合梁的纵向刚度较纯钢梁提高约20%；当RPC层的拉应力达到14 MPa时，其表面未出现任何开裂迹象，且钢—RPC结合面上亦未出现滑移裂缝。而开裂试验测得，RPC层拉应力达到42.7 MPa时仍未开裂，继续加载才出现细微裂纹，远高于最大设计拉应力（10.08 MPa）。结论：分析表明，采用新型钢—RPC组合桥面结构后，局部车轮荷载作用下的钢桥面应力大幅度下降，从而可基本消除钢桥面的疲劳开裂风险。而足尺模型试验验证了RPC具有优异的抗弯拉性能，能够满足设计要求。因此，钢—RPC组合桥面结构将为解决钢桥面的典型病害难题提供新的思路。

来源出版物：中国公路学报, 2012, 25(2): 40-45

入选年份：2016

橡胶沥青混合料疲劳性能的自愈合影响因素分析

黄明，汪翔，黄卫东

摘要：目的：沥青材料有自愈合的能力，其自愈合即是劲度和强度的一个复杂的自我修复过程，它发生在损害过程中、停歇状态下或高温期间。大多基于基质沥青层面的研究已经确定自愈合现象的存在，也已确定一些影响因素与之相关。同时，为了解决路面的各种裂缝病害，我国引进了橡胶沥青技术，橡胶沥青比普通沥青具有更高的粘度、低温延展性以及更好的弹性恢复能力，其路面在使用过程中常出现前期裂纹在行车过程中变小的情况，此前国内外关于橡胶沥青混合料的疲劳研究中，由于较少考虑其自我愈合性能，不同程度的忽视了其优异的疲劳性能，偏于保守的评价给材料与结构设计带来了一定的浪费，因此有必要对其自愈合能力进行系统研究，并考虑愈合补偿后的疲劳性能。方法：选用室内4点弯曲疲劳试验（4 point beam fatigue），选取ASTM D7460的NfNM疲劳判断标准并采用单因素对比分析的方法，对橡胶沥青混合料疲劳性能的自愈合能力的主要影响因素包括沥青用量、试件破坏程度、胶粉掺量、空隙率、应变量大小、自愈合时间、自愈合温度以及荷载强度进行了系统研究，并对考虑自愈合补偿后的橡胶沥青混合料的疲劳行为方程进行了回归拟合。结果：影响因素内因试验结果，低沥青用量的小梁试件的劲度模量和NfNM恢复率（劲度模量恢复率和NfNM恢复率本文统称为疲劳恢复效率，疲劳恢复效率中，主要看NfNM的恢复率，仅当NfNM恢复率规律不是很明显的时候，以劲度模量恢复作为判断指标，下同）都很低，高沥青用量则相反。随着胶粉掺量的增加，沥青的粘度和弹性恢复能力在逐渐增大，但它们与疲劳恢复效率没有直接关系，只有在20%的掺量下能获得最大的疲劳恢复效率。无论是劲度模量恢复率还是NfNM恢复率，都与混合料的空隙率呈反比，这与疲劳寿命研究中的规律有类似之处。其中7.1%空隙率的3根试件，有2根试件在第2次试验前已经断裂，且观察数据可知，尤其当混合料的空隙率由6%变至7.1%时，NfNM恢复率下降十分迅速。外因方面：疲劳恢复的效率与应变大小呈反比，情况与疲劳寿命和应变大小的变化规律是大致相同；第1次疲劳试验劲度模量衰变至30%初始劲度模量的情况下旧梁的疲劳性能仍然能够恢复的很好；而在5%和10%的条件下，小梁的劲度模量恢复率和NfNM恢复率很低，这说明小梁已经破坏十分严重，自愈合已无法实现；疲劳恢复的效率与自愈合时间呈正比关系；当保温温度为60℃时，橡胶沥青混合料的疲劳恢复效率最佳；当静荷载强度达到5 KPa时，混合料的疲劳恢复最佳。结论：疲劳自愈合效率与沥青用量、自愈合时间呈正比，与试件破坏程度、空隙率、应变量大小呈反比，在胶粉掺量为20%，自愈合温度为60℃，以及荷载强度为5 KPa时，疲劳自愈合效率分别达到最佳；考虑自愈合补偿的疲劳次数与应变量大小、沥青用量和空隙率存在很好的相关性。

来源出版物：中国公路学报, 2013, 26(4): 16-22

入选年份：2016