駕駛?cè)艘曈X(jué)特性與行車(chē)安全研究進(jìn)展

馬勇，付銳

摘要：目的：在道路交通事故的致因中，人因（human factors）占比最高，而駕駛?cè)说囊曈X(jué)特性則在人因中起主導(dǎo)作用。目前，中國(guó)研究人員對(duì)于表征駕駛?cè)艘曈X(jué)特性的一些基本概念還不十分明確，對(duì)于駕駛?cè)艘曈X(jué)特性與行車(chē)安全研究的進(jìn)展也缺乏較系統(tǒng)的總結(jié)和梳理。鑒于此，對(duì)各國(guó)交通安全領(lǐng)域中有關(guān)駕駛?cè)艘曈X(jué)特性的重要研究成果及其應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)介紹，以使讀者對(duì)于“駕駛?cè)艘曈X(jué)特性如何影響行車(chē)安全”這一問(wèn)題有相對(duì)全面的認(rèn)識(shí)，從而促進(jìn)道路交通安全相關(guān)研究的深入開(kāi)展。方法：分別對(duì)駕駛?cè)艘曈X(jué)特性與疲勞駕駛、隧道段行車(chē)安全、分心駕駛以及視覺(jué)特性的影響因素等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，介紹了駕駛疲勞檢測(cè)的視覺(jué)特性指標(biāo)，歸納了駕駛?cè)艘曈X(jué)特性與隧道出入口行車(chē)安全研究的方法及試驗(yàn)結(jié)果，分析了目前基于視覺(jué)特性的駕駛分心研究中存在的問(wèn)題，最后論述了駕駛?cè)艘曈X(jué)特性影響因素研究及其應(yīng)用前景。結(jié)果：文獻(xiàn)綜述分析表明，（1）疲勞駕駛時(shí)，眨眼頻次會(huì)有較顯著的上升，但由于眨眼頻次受到多個(gè)因素的影響，因此單純以此作為駕駛疲勞的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，其可靠性和魯棒性均欠佳。長(zhǎng)時(shí)間的眼瞼閉合雖能較好地反映駕駛?cè)说钠?，但存在無(wú)法實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警的缺陷。（2）疲勞駕駛和分心駕駛均會(huì)使交通系統(tǒng)中的各參與者處于非常危險(xiǎn)的境地，而視覺(jué)特性研究是監(jiān)測(cè)這兩類(lèi)疏忽行為的重要切入點(diǎn)。（3）隧道出入口及隧道內(nèi)的照明環(huán)境會(huì)顯著影響駕駛?cè)说囊曈X(jué)特性，良好的隧道設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡可能使隧道內(nèi)外的照度平緩過(guò)渡，從而使駕駛?cè)嗽诎颠m應(yīng)和明適應(yīng)階段能夠看清楚周?chē)慕煌ōh(huán)境，保證駕駛安全。（4）進(jìn)出隧道的安全行車(chē)速度受多種因素影響，其合理限速值有待根據(jù)行車(chē)環(huán)境、照明條件及駕駛?cè)艘曈X(jué)特性進(jìn)行深入研究。（5）對(duì)于不同特質(zhì)的人群或者在不同的交通環(huán)境之中，駕駛?cè)说囊曈X(jué)特性呈現(xiàn)出一些特有的規(guī)律性。研究各種因素對(duì)駕駛?cè)艘曈X(jué)特性的影響，有助于對(duì)不同群體的駕駛?cè)碎_(kāi)展針對(duì)性的教育和培訓(xùn)，改變其不安全的駕駛習(xí)慣，增強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)的感知能力，改善對(duì)信息的處理機(jī)制及視覺(jué)搜索策略，從而從駕駛?cè)说慕嵌扔行Ы档褪鹿曙L(fēng)險(xiǎn)及事故率。結(jié)論：未來(lái)的研究工作可以從以下幾方面進(jìn)行展開(kāi)，（1）為了提高疲勞駕駛、分心駕駛監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的可靠性和魯棒性，有必要將駕駛?cè)艘曈X(jué)特性與臉部圖像特征、駕駛操作行為以及車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行多源信息融合，同時(shí)還應(yīng)設(shè)計(jì)完善的主動(dòng)安全干預(yù)系統(tǒng)，以使車(chē)輛在不同的危險(xiǎn)環(huán)境中做出智能化的反應(yīng)，進(jìn)一步提高行車(chē)安全性。（2）用于評(píng)價(jià)駕駛疲勞的視覺(jué)特性指標(biāo)閾值有待開(kāi)展更多的實(shí)車(chē)試驗(yàn)進(jìn)行確定；同時(shí)，駕駛分心任務(wù)的評(píng)級(jí)以及各個(gè)視覺(jué)特性參數(shù)對(duì)于不同類(lèi)型駕駛分心的靈敏度也有待細(xì)化研究。（3）采用哪些指標(biāo)進(jìn)行隧道內(nèi)駕駛?cè)艘曈X(jué)負(fù)荷的評(píng)價(jià)，仍需進(jìn)一步開(kāi)展研究進(jìn)行明確。何種設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理方案才能使隧道內(nèi)外既有合適的照度以確保駕駛?cè)税踩冗^(guò)明、暗適應(yīng)階段，又能節(jié)約成本，仍是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的研究課題。（4）針對(duì)不同駕駛?cè)巳后w在各種交通環(huán)境中開(kāi)展教育和模擬駕駛培訓(xùn)，可有效增強(qiáng)其危險(xiǎn)感知能力，改善其視覺(jué)搜索策略及不安全的駕駛習(xí)慣，進(jìn)而降低事故風(fēng)險(xiǎn)。這一點(diǎn)，對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)新手駕駛?cè)?、低齡和高齡駕駛?cè)藬?shù)量均在迅速增長(zhǎng)的國(guó)家而言具有重要意義，相關(guān)的教育培訓(xùn)方式及效果有待進(jìn)行深入探索和實(shí)踐。

來(lái)源出版物：中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2015, 28(6): 82-94

入選年份：2016

增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究

周蘇，牛繼高，陳鳳祥，等

摘要：目的：將燃油發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)作為增程器（RE），與動(dòng)力電池一起構(gòu)成增程式電動(dòng)汽車(chē)（REEV）的動(dòng)力源，可以克服現(xiàn)階段純電動(dòng)汽車(chē)（EV）續(xù)駛里程短、充電成本高的缺點(diǎn)，推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化。從工程實(shí)際出發(fā)，對(duì)REEV動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并開(kāi)展動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件參數(shù)匹配方法的研究。方法：根據(jù) REEV的使用特點(diǎn)，確定其動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作模式。根據(jù)原型車(chē)基本參數(shù)、整車(chē)動(dòng)力性能指標(biāo)和續(xù)駛里程要求，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池、發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵部件的參數(shù)匹配。首先，根據(jù)REEV的動(dòng)力性能確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性參數(shù)；初步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)之后，進(jìn)一步調(diào)整其參數(shù)以滿(mǎn)足一定車(chē)速下的最大爬坡度和行駛最高車(chē)速的要求。動(dòng)力電池作為主動(dòng)力源，要保證車(chē)輛的動(dòng)力性能、吸收制動(dòng)回饋能量和提供一定的純電動(dòng)續(xù)駛里程。發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)選擇與采用的能量管理策略有關(guān)?；诖罱ǖ腁VL-Cruise和Matlab/Simulink聯(lián)合仿真平臺(tái)，采用離線(xiàn)仿真的方法對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件參數(shù)匹配的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果：動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件主要參數(shù)匹配的結(jié)果顯示，（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和基速的選擇取決于REEV的主減速比、最高車(chē)速和基速比，峰值功率取最高車(chē)速、爬坡性能、0～100 km/h加速時(shí)間對(duì)應(yīng)功率需求中的最大值，根據(jù)過(guò)載系數(shù)可確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率；電機(jī)選型時(shí)，應(yīng)選用額定功率點(diǎn)附近效率較高的電機(jī)。（2）動(dòng)力電池最大放電功率應(yīng)滿(mǎn)足整車(chē)最大功率需求，其中包括電動(dòng)空調(diào)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、助力系統(tǒng)、冷卻風(fēng)扇等車(chē)輛電氣附件的功率需求；為了吸收制動(dòng)回饋能量，動(dòng)力電池還要具備一定的充電功率；動(dòng)力電池所攜能量應(yīng)能滿(mǎn)足REEV所有設(shè)計(jì)工況的純電動(dòng)續(xù)駛里程要求；最終的動(dòng)力電池參數(shù)應(yīng)按照現(xiàn)有廠(chǎng)家產(chǎn)品規(guī)格確定。（3）由發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組成的RE系統(tǒng)其功能是增加續(xù)駛里程，實(shí)現(xiàn)車(chē)載充電；在動(dòng)力電池出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)能保證車(chē)輛以設(shè)計(jì)指標(biāo)所要求的車(chē)速勻速行駛；當(dāng)采用定點(diǎn)能量管理策略時(shí)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)始終在其 MAP圖對(duì)應(yīng)的高效、低排放區(qū)域內(nèi)工作；所匹配的永磁同步電機(jī)其標(biāo)定工作轉(zhuǎn)速和輸出功率應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)相匹配，并且具有較高的工作點(diǎn)效率。（4）離線(xiàn)仿真結(jié)果表明，REEV動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配能夠滿(mǎn)足整車(chē)動(dòng)力性能要求；因制動(dòng)能量回饋，動(dòng)力電池純電動(dòng)續(xù)駛里程比設(shè)計(jì)指標(biāo)略高；RE/動(dòng)力電池供電模式時(shí)，REEV在指定工況下運(yùn)行一個(gè)循環(huán)，將動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的變化量折算成等效燃油消耗量，同時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量，得到的增程續(xù)駛里程能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。結(jié)論：REEV動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配應(yīng)綜合考慮車(chē)輛電氣附件能量消耗和采用的能量管理策略等因素，從而設(shè)計(jì)得到合適的關(guān)鍵部件參數(shù)。驗(yàn)證結(jié)果表明，REEV的仿真車(chē)速能較好地跟蹤工況車(chē)速，其動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)工況下的整車(chē)動(dòng)力性指標(biāo)要求；采用發(fā)動(dòng)機(jī)定點(diǎn)能量管理策略，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后可一直工作在高效點(diǎn)，與同類(lèi)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，燃油經(jīng)濟(jì)性明顯提高；增程式電動(dòng)汽車(chē)的總續(xù)駛里程與具體的行駛工況有關(guān)，與低速工況相比，高速和極端工況下的總續(xù)駛里程較短。

來(lái)源出版物：汽車(chē)工程, 2011, 33(11): 924-929

入選年份：2016

正交異性鋼板—薄層RPC組合橋面基本性能研究

邵旭東，曹君輝，易篤韜，等

摘要：目的：正交異性鋼橋面具有自重輕、運(yùn)輸與架設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為大跨徑鋼橋的首選橋面形式。但是國(guó)內(nèi)外大量工程實(shí)踐表明，其在兩類(lèi)典型病害問(wèn)題。（1）鋼橋面瀝青鋪裝層極易損壞，需頻繁維修，個(gè)別橋梁甚至遭遇“10年24修”；（2）正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂，例如，我國(guó)的虎門(mén)大橋由于重載交通繁重，運(yùn)營(yíng)10年便出現(xiàn)了疲勞開(kāi)裂病害。雖然目前對(duì)這兩類(lèi)病害積累了一些常規(guī)對(duì)策，但均無(wú)法治本，病害問(wèn)題仍然頻發(fā)。引起兩類(lèi)病害的根本原因是正交異性鋼橋面板局部剛度偏低，導(dǎo)致鋼橋面和瀝青鋪裝層長(zhǎng)期處于高應(yīng)力運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，從而誘發(fā)病害。因此，解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于：在不顯著增加自重的前提下大幅提高鋼橋面的局部剛度。因此，基于國(guó)際上先進(jìn)的 RPC（reactive powder concrete，活性粉末混凝土）技術(shù)為基礎(chǔ)，研發(fā)了正交異性鋼板—薄層RPC組合橋面結(jié)構(gòu)體系，以期提高橋面剛度，從根本上解決兩類(lèi)病害問(wèn)題。方法：從理論計(jì)算和室內(nèi)試驗(yàn)兩方面對(duì)新型鋼—RPC組合橋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以期探明其基本受力性能。首先以國(guó)內(nèi)某大跨懸索橋?yàn)楸尘埃岢鲣摗猂PC組合橋面結(jié)構(gòu)方案，然后對(duì)大橋建立整體和局部有限元模型，分析其受力。整體模型采用Midas軟件建立，通過(guò)對(duì)比原橋面70 mm鋪裝和提出的45 mm RPC＋20 mm瀝青混凝土磨耗層方案，探明了增設(shè)RPC層對(duì)大橋整體受力的影響。局部模型基于Ansys有限元軟件建立，為包含加勁梁節(jié)段的局部模型，模型中鋼結(jié)構(gòu)采用殼單元，RPC采用實(shí)體單元，鋼—RPC間節(jié)點(diǎn)耦合?；诰植坑?jì)算，對(duì)比了在車(chē)輛荷載作用下鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力變化，同時(shí)，掌握了RPC層縱、橫橋向的應(yīng)力狀態(tài)。為驗(yàn)證RPC層受彎拉是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，制作了足尺條帶模型，并開(kāi)展了靜力試驗(yàn)。模型試件包含一個(gè)U肋條帶，按兩跨連續(xù)梁進(jìn)行對(duì)稱(chēng)加載，以掌握試件的受力特性。結(jié)果：整體有限元計(jì)算結(jié)果表明，采用新型鋼—RPC組合橋面結(jié)構(gòu)后，大橋在恒載下的水平索力增加了 0.18%，在活載下的最大索力增加了0.07%，因此，增設(shè)RPC層不會(huì)影響大跨懸索橋的整體安全性。局部有限元計(jì)算結(jié)果表明，采用新型鋼—RPC組合橋面結(jié)構(gòu)后，鋼面板及縱肋中的應(yīng)力明顯下降，其中順橋向應(yīng)力降幅為41.0%～66.7%，橫橋向應(yīng)力降幅為57.7%～72.4%。眾所周知，疲勞壽命與應(yīng)力幅的立方成反比，若應(yīng)力幅減小1/2，疲勞壽命將增大為8倍，因此，應(yīng)力的降低意味著鋼橋面的疲勞將顯著延長(zhǎng)。計(jì)算同時(shí)表明，RPC層在設(shè)計(jì)荷載下的最大拉應(yīng)力為10.08 MPa，為探索 RPC的抗裂性能，基于條帶模型開(kāi)展了靜力試驗(yàn)。結(jié)果表明，與純鋼梁相比，新型鋼—RPC組合梁的縱向剛度較純鋼梁提高約20%；當(dāng)RPC層的拉應(yīng)力達(dá)到14 MPa時(shí)，其表面未出現(xiàn)任何開(kāi)裂跡象，且鋼—RPC結(jié)合面上亦未出現(xiàn)滑移裂縫。而開(kāi)裂試驗(yàn)測(cè)得，RPC層拉應(yīng)力達(dá)到42.7 MPa時(shí)仍未開(kāi)裂，繼續(xù)加載才出現(xiàn)細(xì)微裂紋，遠(yuǎn)高于最大設(shè)計(jì)拉應(yīng)力（10.08 MPa）。結(jié)論：分析表明，采用新型鋼—RPC組合橋面結(jié)構(gòu)后，局部車(chē)輪荷載作用下的鋼橋面應(yīng)力大幅度下降，從而可基本消除鋼橋面的疲勞開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。而足尺模型試驗(yàn)驗(yàn)證了RPC具有優(yōu)異的抗彎拉性能，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因此，鋼—RPC組合橋面結(jié)構(gòu)將為解決鋼橋面的典型病害難題提供新的思路。

來(lái)源出版物：中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2012, 25(2): 40-45

入選年份：2016

橡膠瀝青混合料疲勞性能的自愈合影響因素分析

黃明，汪翔，黃衛(wèi)東

摘要：目的：瀝青材料有自愈合的能力，其自愈合即是勁度和強(qiáng)度的一個(gè)復(fù)雜的自我修復(fù)過(guò)程，它發(fā)生在損害過(guò)程中、停歇狀態(tài)下或高溫期間。大多基于基質(zhì)瀝青層面的研究已經(jīng)確定自愈合現(xiàn)象的存在，也已確定一些影響因素與之相關(guān)。同時(shí)，為了解決路面的各種裂縫病害，我國(guó)引進(jìn)了橡膠瀝青技術(shù)，橡膠瀝青比普通瀝青具有更高的粘度、低溫延展性以及更好的彈性恢復(fù)能力，其路面在使用過(guò)程中常出現(xiàn)前期裂紋在行車(chē)過(guò)程中變小的情況，此前國(guó)內(nèi)外關(guān)于橡膠瀝青混合料的疲勞研究中，由于較少考慮其自我愈合性能，不同程度的忽視了其優(yōu)異的疲勞性能，偏于保守的評(píng)價(jià)給材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的浪費(fèi)，因此有必要對(duì)其自愈合能力進(jìn)行系統(tǒng)研究，并考慮愈合補(bǔ)償后的疲勞性能。方法：選用室內(nèi)4點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)（4 point beam fatigue），選取ASTM D7460的NfNM疲勞判斷標(biāo)準(zhǔn)并采用單因素對(duì)比分析的方法，對(duì)橡膠瀝青混合料疲勞性能的自愈合能力的主要影響因素包括瀝青用量、試件破壞程度、膠粉摻量、空隙率、應(yīng)變量大小、自愈合時(shí)間、自愈合溫度以及荷載強(qiáng)度進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對(duì)考慮自愈合補(bǔ)償后的橡膠瀝青混合料的疲勞行為方程進(jìn)行了回歸擬合。結(jié)果：影響因素內(nèi)因試驗(yàn)結(jié)果，低瀝青用量的小梁試件的勁度模量和NfNM恢復(fù)率（勁度模量恢復(fù)率和NfNM恢復(fù)率本文統(tǒng)稱(chēng)為疲勞恢復(fù)效率，疲勞恢復(fù)效率中，主要看NfNM的恢復(fù)率，僅當(dāng)NfNM恢復(fù)率規(guī)律不是很明顯的時(shí)候，以勁度模量恢復(fù)作為判斷指標(biāo)，下同）都很低，高瀝青用量則相反。隨著膠粉摻量的增加，瀝青的粘度和彈性恢復(fù)能力在逐漸增大，但它們與疲勞恢復(fù)效率沒(méi)有直接關(guān)系，只有在20%的摻量下能獲得最大的疲勞恢復(fù)效率。無(wú)論是勁度模量恢復(fù)率還是NfNM恢復(fù)率，都與混合料的空隙率呈反比，這與疲勞壽命研究中的規(guī)律有類(lèi)似之處。其中7.1%空隙率的3根試件，有2根試件在第2次試驗(yàn)前已經(jīng)斷裂，且觀(guān)察數(shù)據(jù)可知，尤其當(dāng)混合料的空隙率由6%變至7.1%時(shí)，NfNM恢復(fù)率下降十分迅速。外因方面：疲勞恢復(fù)的效率與應(yīng)變大小呈反比，情況與疲勞壽命和應(yīng)變大小的變化規(guī)律是大致相同；第1次疲勞試驗(yàn)勁度模量衰變至30%初始勁度模量的情況下舊梁的疲勞性能仍然能夠恢復(fù)的很好；而在5%和10%的條件下，小梁的勁度模量恢復(fù)率和NfNM恢復(fù)率很低，這說(shuō)明小梁已經(jīng)破壞十分嚴(yán)重，自愈合已無(wú)法實(shí)現(xiàn)；疲勞恢復(fù)的效率與自愈合時(shí)間呈正比關(guān)系；當(dāng)保溫溫度為60℃時(shí)，橡膠瀝青混合料的疲勞恢復(fù)效率最佳；當(dāng)靜荷載強(qiáng)度達(dá)到5 KPa時(shí)，混合料的疲勞恢復(fù)最佳。結(jié)論：疲勞自愈合效率與瀝青用量、自愈合時(shí)間呈正比，與試件破壞程度、空隙率、應(yīng)變量大小呈反比，在膠粉摻量為20%，自愈合溫度為60℃，以及荷載強(qiáng)度為5 KPa時(shí)，疲勞自愈合效率分別達(dá)到最佳；考慮自愈合補(bǔ)償?shù)钠诖螖?shù)與應(yīng)變量大小、瀝青用量和空隙率存在很好的相關(guān)性。

來(lái)源出版物：中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2013, 26(4): 16-22

入選年份：2016