交通运输工程学报

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2024年第24卷第6期封面与目录

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摘要: 更多> 定义了高速公路应急关键资源，根据高速公路交通事故应急救援的预防、准备、响应阶段，将高速公路应急关键资源调配分为应急设施点选址、应急关键资源配置与调度，系统回顾了这三方面的研究成果，探讨了目前存在的问题与后续研究方向。研究结果表明：在应急设施点选址方面，现有研究多面向高速公路规划初期场景，选址结果也较为固定，有必要研究面向道路运营阶段的路侧小型和微型应急设施点选址方法，受限于模型求解性能，现有研究较少考虑大规模应急设施点选址，组合式求解算法有望在此取得突破；在应急关键资源配置方面，现有研究假设在事故初期就可获得完备的事故信息，与实际情况不符，利用静态资源配置方案设计动态资源配置策略更贴合实际；在应急关键资源调度方面，交通事故后的不确定性为应急关键资源调度带来了挑战，应研究鲁棒性强的交通状态估计方法，事故后交通状态的时变特性对应急车速有较大影响，应研究融合动态路径规划与交通控制策略的应急关键资源调度方法，面向未来，有必要研究混合交通流与智能网联汽车环境下的应急关键资源调度方法，深入探究应急车辆调度过程中车速的动态变化规律；在三者融合方面，高速公路场景下的一体化优化研究尚未开展，有必要研究面向桥梁、山区等特殊场景的陆海空天立体化应急关键资源调配理论和验证方法，进一步提升高速公路运输网络韧性。

2024, 24(6): 1-25. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.001

摘要(1342) HTML(629) PDF (10518KB) (75)

延缓高速列车制动盘热裂纹扩展的机理和关键技术综述

李杰, 王莉, 王晓燕, 胡铮, 王欣, 高紫钰, 汪诗敏

摘要: 更多> 以铸钢材料的列车制动盘为研究对象，阐述了制动盘疲劳热裂纹萌生和扩展机制，分析了应力比、温度及超载3个因素对制动盘裂纹扩展速率产生的影响，详细介绍了延缓裂纹扩展的3种关键技术，分别为喷丸强化技术、激光熔覆技术及冷喷涂技术，提出了延缓制动盘表面裂纹扩展研究的未来研究方向。研究结果表明：列车频繁的制动与缓解导致盘面受到交变热应力作用，易在材料晶界和缺陷部位产生龟裂纹，随之出现径向裂纹，最后产生周向裂纹；龟裂纹在局部集中的摩擦力作用下沿径向扩展，与径向主裂纹汇合，主裂纹长度随之增加，最终会导致制动盘失效；通过喷丸强化和冷喷涂处理，盘面会发生塑性变形，原有残余拉应力转化为残余压应力，延缓了疲劳裂纹的扩展；激光熔覆技术改善了制动盘基层金属的组织性能，提升了高温下的耐磨损能力；未来的研究重点是磨损对盘面裂纹扩展的影响、喷丸强化中晶粒细化与位错密度演化的机理和喷丸工艺参数(如弹丸直径、覆盖率、喷丸强度)的关系及高速激光熔覆在摩擦副快速成型中的应用效率，此外，针对冷喷涂技术，需研究如何通过提高颗粒速度、温度来增强塑性变形驱动力，减少沉积层中的微观结构缺陷。

2024, 24(6): 26-42. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.002

摘要(362) HTML(130) PDF (12292KB) (34)

城市自行车交通系统出行品质评价方法综述

(双语出版: English)

李聪颖, 张洪涛, 李坤, 张大鹏, 贾锦绣, 赵松阳, 何源

摘要: 更多> 为探究城市自行车交通系统出行品质的影响因素，从道路设施和路网两方面进行评价方法综述；在自行车道路设施评价方面，考虑了自行车交通流、自行车道设计要素、自行车出行环境、骑行者感知等方面因素，建立了自行车道通行能力、自行车道服务水平、自行车道安全性评价、骑行者压力、骑行者满意度等评价方法；在自行车路网评价方面，应用复杂网络、空间句法等拓扑分析方法，建立了自行车可达性、可骑行性等评价方法。研究结果表明：自行车道路设施评价方法中，评价对象从自行车向多模式交通转变，评价指标考虑了机动车、公交车、行人等因素对骑行的影响，评价角度从道路设计者向骑行者转变，逐步以骑行者感知代替设计者经验进行评价等级划分，骑行者感知数据多采用问卷、实验室录像、实地试验和虚拟环境试验等方法获取数据，建模方法以离散选择模型、统计分析、线性回归模型、结构方程模型为主，研究集中于心理感知的量测方法及影响机理，仍需深入研究生理感知对骑行者的影响机理，并结合个体性差异细化感知影响机理；自行车路网评价方法中，以复杂网络、空间句法为主的拓扑分析方法验证了路网拓扑关系对骑行者出行量的影响，自行车可达性考虑了骑行距离、出行目的地对骑行的影响，可骑行性综合考虑了路段设施与路网结构对骑行需求的影响，还需深入研究自行车路段设施与路网特性协同作用机理；未来需完善自行车道路设施全阶段评价体系，建立考虑自行车道路设施和路网结构的协同评价及优化方法，为自行车交通系统出行品质提升提供理论参考。

2024, 24(6): 43-65. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.003

摘要(722) HTML(470) PDF (3016KB) (36)

考虑充电需求的电动汽车行为策略研究综述

(双语出版: English)

马骏驰, 张源, 段宗涛, 唐蕾

摘要: 更多> 为提高电动汽车的可用性和营运效益，从充电行为策略(包括充电站推荐、充电路径规划)、载客业务下的行为策略(包括共享出行和租车场景)以及车网(V2G)互动下的行为策略3个角度出发，阐述了相关工作研究进展，重点梳理和总结人工智能技术的原理和应用，探讨了未来的研究方向。研究结果表明：充电站推荐研究主要集中在时间代价和充电费用2种优化目标，常采用启发式算法或强化学习算法求取最优充电站；充电路径规划需要针对电动汽车的特点构造路径能量约束和能量回收机制，一般基于帕累托最优方法或强化学习算法以时间、能量等目标对路径进行优化；共享出行场景下的行为策略研究主要利用订单时间分布和空间分布特征，协同接单、充电与重定位使车队收益最大化，租车场景下的行为策略研究利用充电和重定位保证服务点可用电动汽车数量满足用户需求；V2G场景下的行为策略研究主要集中在充放电成本效益、电网稳定性和能源利用效率3种优化目标，常采用数学规划方法或强化学习算法优化电动汽车的充放电行为；未来的电动汽车行为策略研究应关注引入自动驾驶技术后充电行为方面的变化，模型方面应关注可解释性和可扩展性，系统方面则应进一步考虑电池衰退和综合调度。

2024, 24(6): 66-79. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.004

摘要(975) HTML(531) PDF (1164KB) (43)

震陷场地大直径变截面群桩基础抗震性能

冯忠居, 徐博熙, 董建松, 张聪, 刘旭照, 赖德金

摘要: 更多> 采用振动台模型试验，选取不同地震动强度的人工合成5010波，研究了不同地震动强度对群桩基础抗震性能的影响，对比了不同地震动强度下单桩与群桩基础桩顶水平位移、桩身弯矩、桩基损伤等动力响应差异。研究结果表明：在不同地震动强度下，由于群桩基础比单桩基础结构更加稳定，受地震波扰动小，群桩基础桩顶水平位移峰值均显著小于单桩，差值随地震动强度的增大而增大，最大为1.15 mm，并且群桩基础桩顶水平位移峰值出现时刻晚于单桩；群桩基础弯矩沿桩身变化与单桩相同，均是先增大后减小，由于土层震陷导致淤泥质土层与非淤泥质土层力学特性差异更明显，在淤泥质土层分界面处达到峰值；不同地震动强度下群桩基础桩身弯矩峰值均小于单桩基础，差值最大为13.02 kN·m，且桩身弯矩峰值出现时刻均晚于单桩基础，可见，不同地震动强度下群桩基础与单桩基础动力响应差异明显；群桩和单桩基础产生损伤时所能承受的地震动强度分别为0.35g和0.30g，群桩与单桩基础基频降幅分别为27.23%和33.46%，说明震陷场地对群桩基础基频影响较小，群桩基础能承受更大强度的地震动而不至于损伤。综上所述，震陷场地下群桩基础抗震性能较单桩更好，在工程实际中可以考虑通过群桩效应，合理设计桩型来提高桩基础抗震性能。

2024, 24(6): 80-91. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.005

摘要(242) HTML(101) PDF (12844KB) (26)

矩形截面型钢超高性能混凝土梁短期刚度计算方法

林上顺, 暨邦冲, 刘君平, 林建凡, 赵锦冰

摘要: 更多> 为研究矩形截面型钢超高性能混凝土(简称SRUHPC)梁的短期刚度及其计算方法，制作了5根矩形截面SRUHPC梁试件与1根钢筋超高性能混凝土(简称钢筋UHPC)梁试件，试件的配筋率范围为0.8%~1.1%，内置的型钢形状分别为一字型、倒T型、H型，含钢率范围为8.7%~15.6%；开展抗弯试验，分析了矩形截面SRUHPC梁试件与钢筋UHPC梁试件的变形规律，以及设计参数变化对矩形截面SRUHPC梁试件刚度的影响；根据试验结果，基于刚度解析法，提出矩形截面SRUHPC梁短期刚度简化计算方法，计算了13根矩形截面SRUHPC梁试件(含8根文献试件)在正常使用荷载下的最大挠度，并比较了计算结果与试验值。分析结果表明：与钢筋UHPC梁试件相比，在相同荷载作用下，矩形截面SRUHPC梁试件的挠度降低16%~72%，且其刚度不会因截面开裂而明显下降，减小7%以内；与纵向受拉钢筋较为相似，受拉侧型钢可在矩形截面SRUHPC梁试件承载时承担一定的拉力，从而抑制梁的裂缝开展，并减小因截面开裂而损失的刚度；采用提出的短期刚度计算方法得到的挠度公式计算值与试验值吻合较好，比值均值为1.041，比值方差为0.017，且计算精度高于现有文献的计算方法。

2024, 24(6): 92-105. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.006

摘要(232) HTML(99) PDF (12537KB) (21)

钢管混凝土桁肋内栓钉K型节点应力集中特性

(双语出版: English)

刘君平, 杨倩, 刘华龙, 杨意图, 陈宝春

摘要: 更多> 为深入研究设置内栓钉对钢管混凝土桁肋K型节点应力分布的影响，开展应力集中特性试验，对比测试了不设置内栓钉的节点热点应力及应力集中系数；建立内栓钉节点的精细有限元模型，分析了内栓钉布置形式和几何尺寸对应力集中系数的影响；基于试验和有限元参数分析结果，提出了内栓钉的建议布置形式以及节点应力集中系数计算方法。研究结果表明：内栓钉没有改变节点的热点应力分布规律，最大应力集中系数均出现在受拉相贯区域主管侧冠点处，但节点的应力集中程度被有效减小；与不设置内栓钉节点相比，设置内栓钉节点的热点应力最大值降低了17.38%；受拉相贯焊缝区域主管侧、相应支管侧的整体应力集中系数分别平均减小了24.20%和12.30%，主管环向截面应力降低16.2%；内栓钉对受压相贯焊缝区域的应力分布和应力集中程度的影响很小，在7%以内；应力集中系数受内栓钉环向排列角度和轴向排列间距的影响较大，受内栓钉几何尺寸的影响较小；建议内栓钉布置在主管轴向距节点中心至截面两侧各约支管直径的2.7倍范围内，环向布设在连接支管侧的圆心角[-60°, 60°]内，且相邻内栓钉间距不小于内栓钉直径的6倍但不超过400 mm；引入内栓钉轴向排列影响系数及环向排列影响系数的应力集中系数计算公式具有较高计算精度，可用于评估钢管混凝土桁肋内栓钉K型节点的疲劳性能。

2024, 24(6): 106-120. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.007

摘要(249) HTML(108) PDF (11389KB) (28)

单模态Lamb波检测板类结构损伤识别成像方法

(双语出版: English)

田亮, 王宇宁, 樊立龙, 赵健, 司志远

摘要: 更多> 采用单模态Lamb波对带矩形预制贯穿裂缝的钢板进行了损伤检测，将激励和接收换能器以稀疏阵列的形式布置于带损伤钢板上，基于ABAQUS软件建立了Lamb波在钢板中传播的数值模型，搭建了相应的试验平台，并通过数值模拟与试验分析了Lamb波在钢板中的传播特征；基于MATLAB开发了钢板损伤定位程序，根据激励-接收换能器阵列的差值信号确定了椭圆轨迹，进而通过多组椭圆轨迹的交汇点确定了钢板的损伤位置，将多组椭圆轨迹进行数据融合，实现了钢板损伤定位并将其图像化显示；结合Lamb波损伤检测的数值仿真结果和试验数据，进一步对比了不同数据融合方法对钢板损伤定位精度的影响。研究结果表明：采用200 kHz的激励信号频率和双侧对称激励方式可以有效保证Lamb波的单模态特征，从而避免Lamb波传播时的频散效应和多模态干扰；对于单损伤钢板，幅值全加法和幅值全乘法的损伤成像误差均在5 mm以内, 对于双损伤钢板，幅值全加法的成像结果出现难以区分的赝像，损伤成像误差高达30 mm，而幅值全乘法的成像结果接近真实损伤位置，最大误差仅为4 mm，且损伤成像对比度更明显，表明幅值全乘法在预测钢板多损伤时更有优势；数值模拟与试验信号得到的双损伤钢板的定位误差在2 mm以内，验证了数值模型具有良好的损伤预测精度。

2024, 24(6): 121-134. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.008

摘要(128) HTML(44) PDF (16767KB) (18)

复杂背景下基于改进YOLO v8s的混凝土桥梁裂缝检测方法

(双语出版: English)

蒋仕新, 邹小雪, 杨建喜, 李昊, 黄雪梅, 李韧, 张廷萍, 刘新龙, 王笛

摘要: 更多> 针对混凝土桥梁裂缝因背景复杂、细小模糊导致检测精度较差的问题，提出了一种基于改进YOLO v8s的混凝土桥梁裂缝检测算法, 精确定位了裂缝位置信息，并测量了裂缝长、宽等关键参数；以YOLO v8s模型为基础，引入全维度动态卷积(ODConv)获取特征图中更丰富的上下文信息，以增强目标特征提取能力，提高对细小模糊裂缝的检测能力; 采用改进通道注意力模块构建了级联双层特征改进注意力(C2f-MA)融合模块，以挖掘特征图中更多的纹理信息，进一步使网络更加关注裂缝特征，从而抑制无关背景信息的干扰，提高复杂背景下的裂缝检测效果；使用焦距交并比(WIoU)损失函数来解决低质量样本的识别问题，进一步优化了模型的收敛速度和检测准确率；在桥梁检测报告中筛选出存在裂缝细小模糊、阴影、人工画线、杂草等具有复杂背景的裂缝图像，通过人工标注的方式建立了复杂背景条件下桥梁裂缝图像数据集；以召回率、平均精度和模型存储容量作为量化评价指标，并依次通过对比试验及消融试验来对模型进行综合评估。研究结果表明：改进YOLO v8s算法的召回率、平均精度和模型存储容量分别为0.829、0.893和11.14 MB，其综合评价指标优于基准方法YOLO v8s和其他目标检测模型，证明了提出的算法在复杂背景下具有良好的鲁棒性。

2024, 24(6): 135-147. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.009

摘要(181) HTML(58) PDF (20360KB) (20)

采用MPC-MSCA的四轮毂驱动电动汽车容错控制

(双语出版: English)

薛红涛, 张雨乐, 宋子为, 冯涵

摘要: 更多> 针对四轮毂驱动电动汽车中局部轮毂电机发生故障后存在的安全隐患问题，提出了一种基于模型预测控制-多系统协同分配(MPC-MSCA)的容错控制方法，以应对局部轮毂电机发生故障后输出能力不足的运行工况；搭建了14自由度四轮毂驱动车辆动力学模型，包括六自由度车身模型和4个二自由度车轮模型；参考二自由度车辆模型设计了容错控制方法，包括运动跟踪层和力矩分配层，运动跟踪层用于计算车辆正常行驶所需的总纵向力和附加横摆力矩，力矩分配层设计了优化分配方案和MSCA方案，分别应对局部轮毂电机发生故障后输出能力充足和不足2种运行工况，重点研究了MSCA控制方法的目标函数、约束条件和控制变量；利用Simulink/MATLAB和CarSim联合仿真，分别设置了直线行驶和双移线行驶2种运行环境，验证了所提MPC-MSCA控制方法的有效性。研究结果表明：相较于传统方法，在直线行驶环境下，MPC-MSCA控制方法可使车辆横摆角速度平均误差降低了31.6%，有效保障了局部轮毂电机故障时车辆的直线行驶能力；在双移线行驶环境下，质心侧偏角和横摆角速度平均误差分别降低了7.4%和6.9%，提高了局部轮毂电机故障时车辆的操纵稳定性。可见，所提容错控制方法可以确保四轮毂驱动电动汽车在1个或2个轮毂电机故障工况下满足操纵稳定性和安全性要求。

2024, 24(6): 148-158. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.010

摘要(165) HTML(65) PDF (4893KB) (19)

双层非线性扣件系统频变特性对轮轨动力特性的影响

李霞, 唐伟, 戴佳宇, 圣小珍, 王安斌

摘要: 更多> 为研究双层非线性扣件系统频变特性对轮轨动力特性的影响，基于锤击法测得了该扣件系统在100~1 000 Hz内的动刚度；建立了轨道结构有限元模型和轮轨瞬态滚动接触有限元模型，在模型中考虑扣件系统的频变特性，基于轨道结构模型分析了扣件系统频变特性对钢轨振动特性的影响，利用轮轨瞬态滚动接触模型分析其对轮轨动力特性的影响。研究结果表明：扣件系统在垂向、横向和纵向的动刚度随频率增大，总体呈现出增大的趋势；扣件系统频变特性导致340 Hz以上钢轨振动更加显著，同时钢轨振动峰值所对应的频率向更高频段移动，340~700 Hz频段钢轨振动响应的变化是频变刚度和频变阻尼共同作用的结果，800~900 Hz频段的变化主要受扣件系统频变刚度的影响；钢轨振动响应的这种变化对小半径曲线段通过频率在340 Hz以上的短波长波磨有较大影响，因此，考虑扣件系统频变特性有益于提高该频段短波长波磨的预测精度；扣件系统频变刚度对轴箱振动加速度和轮轨力的影响较小，其最大值降低了约2%；扣件系统频变阻尼对这两者的影响较大，频变阻尼使轴箱振动加速度和轮轨力在100~470 Hz频段增大，在470~1 000 Hz频段减小；扣件系统频变特性对最大轮轨接触应力影响较小，考虑频变刚度时对应的轮轨接触应力略大，考虑频变阻尼时对应的轮轨接触应力略小。

2024, 24(6): 159-171. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.011

摘要(148) HTML(63) PDF (12504KB) (18)

考虑磁饱和的永磁电磁混合悬浮系统磁力计算方法

申璐, 张立伟, 修三木, 张孟磊, 刘涛

摘要: 更多> 为提高永磁电磁混合悬浮系统磁力计算的准确性和效率，综合考虑解析法计算速度快和有限元法计算精度高的优势，基于等效面电流法，将系统中的永磁体等效为电磁线圈，进而建立了永磁电磁混合悬浮系统的纯电磁线圈等效模型；基于电磁线圈电感的电流-磁链表达式，即非线性磁饱和模型和虚位移能量平衡法，推导了适用于永磁电磁混合悬浮系统的磁力解析表达式；基于有限元仿真结果拟合了各参数变量-气隙方程，确定了考虑磁饱和的永磁电磁混合悬浮系统磁力计算方法。分析结果表明：电磁线圈电感的非线性磁饱和模型可以有效表示磁饱和对于磁力计算的影响；流过永磁电磁混合悬浮系统电磁线圈的电流分别为0、2.0、8.5和17.0 A时，传统解析计算公式的磁力计算结果与传统有限元仿真结果的平均偏差分别为32.87%、20.02%、29.05%和25.67%，考虑磁饱和的磁力计算方法与传统有限元仿真结果的平均偏差分别为1.68%、1.64%、1.58%和1.37%，与试验结果的平均偏差分别为1.66%、1.77%、0.91%和1.35%，相比于传统解析计算公式，本文所述方法极大提高了磁力计算的准确性，与传统有限元法相比，本文所述方法计算任务量大幅减少，计算效率极大提升。

2024, 24(6): 172-182. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.012

摘要(138) HTML(50) PDF (6447KB) (18)

基于气象-交通多通道数据融合的短时交通流速度预测模型

马飞, 杨治杰, 王江博, 孙启鹏, 鲍博, 郭庆元, 黄凯

摘要: 更多> 为提升气象-交通多因素影响下短时交通流预测精度，综合考虑气温、湿度和交通拥堵指数等气象-交通特征数据的融合集成，提出了一种基于格拉姆角场-卷积神经网络-长短期记忆(GAF-CNN-LSTM)的短时交通流速度预测模型；利用格拉姆角场将气温、湿度、历史交通流速度的时间序列数据转换为图像数据，利用RGB多通道颜色编码形成气象-交通特征图像，通过RGB多通道中颜色叠加变化反映气象-交通多因素特征数据融合；将转换形成的特征图像输入卷积神经网络提取气象-交通因素融合特征；通过长短期记忆神经网络提取气象-交通各因素的时序信息，构建短时交通流速度预测模型；选取西安市未央区的气温、湿度等气象数据和历史交通流速度数据，根据气温、湿度的变化趋势，设置湿度极小值与气温极小值、湿度极大值2个极值情景和气温、湿度非极值2个常规情景进行模型验证。分析结果表明：GAF-CNN-LSTM模型能够考虑气象-交通多因素特征数据融合，与移动平均模型、自回归移动平均模型、先知模型、随机森林模型、长短期记忆神经网络模型相比，均方误差、均方根误差和平均绝对百分比误差分别平均降低0.044 6、0.142 4和12.1%，决定系数平均提升了31.05%，预测精度最高，研究结果可为城市交通治理提供更加精准的决策依据。

2024, 24(6): 183-196. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.013

摘要(240) HTML(35) PDF (9472KB) (28)

有轨电车发车计划与多模式多路径交通绿波联合优化模型

王昊, 谢凝

摘要: 更多> 针对有轨电车通行效率低且与道路机动车协调性差的问题，提出了有轨电车发车计划与多模式多路径交通绿波联合优化模型；解析了有轨电车在交叉口启动信号优先控制的频率与交叉口信号控制方案、有轨电车发车间隔的关系，协调了交叉口信号周期和有轨电车发车间隔，降低了有轨电车优先控制频率；建立了多模式多路径信号协调控制模型，模型以道路机动车绿波带宽最大为优化目标，能够优化相位差、相序及机动车和有轨电车行程时间，形成道路机动车多路径分段绿波与有轨电车多路径绿波；通过算例对模型进行验证并与其他2种模型进行对比。研究结果表明：相较于Multiband改进模型和其他有轨电车时刻表与信号控制联合优化模型，本文提出的模型协调了信号周期与有轨电车发车间隔，分别减少有轨电车启动优先控制次数6、4次，显著降低了优先控制对道路机动车的影响；同时对交叉口信号控制方案进行优化，为有轨电车与道路机动车提供了多路径绿波，道路机动车绿波带宽不小于25 s，与其他2种模型相比，提出的模型平均速度分别提高29.36%、27.85%，平均延误降低42.24%、35.03%，平均旅行时间减少30.75%、28.02%；综合有轨电车优先控制对多模式交通网络运行效率的提高效果，本文提出的优化模型降低人均延误超过17.60%。

2024, 24(6): 197-211. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.014

摘要(181) HTML(63) PDF (4256KB) (25)

考虑减缓交通振荡的混合队列控制方法

董长印, 熊卓智, 李霓, 王丰, 张家瑞, 王昊

摘要: 更多> 构建了一种混合队列中人工驾驶汽车(HDV)和智能网联汽车(CAV)的信息交互形式，基于此为CAV设计了反馈前馈控制器，并针对其中的控制参数提出了以减缓交通振荡为目标的优化方法；创建了由混合队列构成的环形封闭系统，其中CAV可间隔HDV进行车间通信；基于对HDV跟驰行为及其不确定性的建模，采用三阶车辆动力学模型、定时距规则以及反馈前馈控制器对CAV的控制策略进行设计；利用新一代仿真数据集和快速傅里叶变换分析了HDV速度波动的主要频率范围，构建了CAV对速度波动抑制程度的指标；在考虑HDV行为不确定性的前提下，针对此频率构造了同时优化弦稳定性水平与抑制速度波动的目标函数；基于实车轨迹数据，在考虑不同市场渗透率和CAV空间分布的情形下，对控制方法进行多维仿真评价。分析结果显示：相比于参考策略，CAV自身平均加速度波动减小10.9%~14.1%，最大速度波动减小7.8%~10.8%，碰撞减速度减小1.8%~21.6%，油耗降低2.9%~3.9%；对于整个混合车队，当CAV为均匀分布时，舒适、稳定、安全、节能等方面均有提升，并且在30%~60%的中等市场渗透率下提升效果显著。可见，控制方法可以有效抑制速度波动，大幅度提升CAV减缓交通振荡的能力。

2024, 24(6): 212-229. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.015

摘要(173) HTML(38) PDF (17997KB) (26)

基于多时滞PR控制器的异构车辆队列系统设计

(双语出版: English)

朱旭, 张琳虎, 闫茂德

摘要: 更多> 针对异构车辆队列，为有效利用时滞提升系统响应速度等控制性能，引入多时滞设计了一种比例-时滞(PR)控制器；使用隐函数定理及柯西-黎曼方程对车辆队列各子系统的特征方程进行了分析，提出了子系统的最右侧极点配置方法；确定了最右侧极点的可配置范围，并给出了关于控制器增益和时滞的设计指导规则；为了逐次增强各跟随车所对应子系统的稳定性，合理分离了各子系统的极点，提出了整个车辆队列的最右侧极点配置方法，并给出了弦稳定的充分条件。仿真结果表明：设计的多时滞PR控制器及所提出的最右侧极点配置方法，可精确地将异构车辆队列的极点配置在期望位置，并能同时保证车辆队列的内部稳定性与弦稳定性，且最右侧极点越小，系统响应速度越快；相较于单时滞PR控制器，该方法灵活地分离了各子系统的最右侧极点，并将系统调节时间减少了2.45%；与传统的比例-微分控制器(PD)相比，PR控制器在车辆乘坐舒适度和燃油效率方面有显著提升，改进幅度达到2~4个数量级；相同频率扰动下，PR与PD控制器作用下的加速度和控制输入的振幅比均始终小于1/3，当扰动频率为9Hz时，振幅比降至0.031。可见，所设计的多时滞PR控制器在响应速度、极点分离与抑制干扰等方面均有显著优势。

2024, 24(6): 230-242. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.016

摘要(126) HTML(55) PDF (5778KB) (21)

前车切入与切出工况下匀质队列速度规划与跟随控制

杨炜, 孙雪, 司宇, 韩毅, 蔡尧

摘要: 更多> 针对匀质队列定速巡航时前车切入切出可能导致碰撞风险以及跟随控制效率低、稳定性差的问题，提出一种前车切入与切出工况下匀质队列速度规划与跟随控制模型，基于卷积神经网络-门控循环单元(CNN-GRU)混合网络建立轨迹预测模型，以预测未来一段时域内的前车换道轨迹；通过构建纵向位移与时间的关系，确定了前车的切入或切出状态，搭建了跟随车速度跟随模型，并进行了队列整体速度规划；建立了模糊线性上层控制器，根据车速差输出符合驾驶场景需求的期望加速度；结合纵向逆动力学模型和模糊比例-积分-微分(PID)控制建立了下层控制器，将期望加速度转化为驱动转矩或制动压力，从而直接控制车辆；为进一步验证提出的控制模型的有效性，搭建了PreScan/CarSIM/SIMULINK联合仿真平台，设计了相邻前车切入和切出时的仿真工况，并将提出的控制模型与自适应巡航控制(ACC)方案进行了对比。研究结果表明：应用提出的控制模型后，所有信息流拓扑结构队列中均未出现追尾现象，且最大间距误差、全局平均速度跟踪误差和局部平均速度跟踪误差分别至少降低了55.9%、40.6%和42.0%。由此可见，提出的控制模型在前车切入与切出工况下不仅能避免潜在的追尾事故，而且可以有效缩短队列车辆间的最大间距，减小队列的速度跟踪误差，有利于提升队列的跟随效率和行驶稳定性。

2024, 24(6): 243-258. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.017

摘要(156) HTML(70) PDF (10703KB) (27)

融合深度强化学习与滚动时域优化的智能车辆轨迹跟踪控制

谢宪毅, 赵鑫, 金立生, 郭柏苍, 李克强

摘要: 更多> 为提升深度强化学习训练的智能车辆轨迹跟踪策略的泛化性，针对在单一速度工况训练的强化学习模型在其他速度工况下轨迹跟踪效果不理想的问题，提出了一种融合滚动优化与双延迟深度确定性策略梯度(ROTD3)的智能车辆轨迹跟踪控制方法；以固定车速跟踪双移线轨迹，进行深度强化学习双延迟深度确定性策略梯度(TD3)轨迹跟踪模型训练，通过调试参数获得满足轨迹跟踪精度并快速收敛的策略；基于所训练的TD3模型，结合模型预测控制(MPC)的思想构建融合ROTD3框架，在预测时域中以TD3模型输出的前轮转角预测车辆状态，将轨迹跟踪过程中的横向偏差与航向角偏差经过滚动时域优化，并通过二次规划方法求解车辆前轮转角增量形式的控制时域序列，以控制时域中的首个控制增量与TD3控制量相加作为车辆前轮转角控制量，利用ROTD3与TD3、MPC进行轨迹跟踪仿真试验并对比分析试验结果。研究结果表明：ROTD3具有更高的轨迹跟踪精度，在纵向车速为20 m·s^-1双移线轨迹跟踪过程中，横向偏差平均绝对误差相对于TD3减少了83.52%，相对于MPC减少了91.02%；在跟踪蛇形轨迹时，ROTD3方法的仿真结果与双移线仿真结果基本一致，当TD3模型输出的前轮转角跟踪偏差较大时，ROTD3通过滚动时域优化得到的前轮转角增量可以对其进行有效补偿。可见，ROTD3框架可显著提高不同工况下的车辆轨迹跟踪效果，有效提升了TD3强化学习轨迹跟踪策略的泛化性与适用性。

2024, 24(6): 259-272. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.018

摘要(247) HTML(74) PDF (11434KB) (29)

大底盘多塔地铁车辆段车致环境振动分析

(双语出版: English)

赵密, 鹿成麟, 曹胜涛, 王维凝, 申家旭, 杜修力

摘要: 更多> 为探究大底盘多塔地铁车辆段在列车振动荷载作用下的振动响应规律，采用精细化数值分析模型与高效率分析技术，基于子结构方法将振动的产生和传播拆分为2个子结构；基于半构架列车荷载简化计算方法推导出半车模型轮轨力解析表达式，建立了轨道-土体-建筑系统精细化有限元模型，将轮轨力荷载施加于有限元模型以求解系统动力响应，并通过多图形处理器(GPU)异构并行显式算法实现了高效率分析；以某地铁车辆段为研究对象，结合现场实测数据验证了数值模拟的准确性，通过对比不同算法对同一模型的求解时长，验证了多GPU异构并行显式算法的高效性；在此基础上，重点分析了振动在运用库及其上盖建筑中的传播规律。分析结果表明：在运用库内，列车运行产生的振动以中低频为主，源强的优势频段集中在10~50 Hz，峰值频率在30 Hz附近；库柱脚的振级随水平振源距的增加线性衰减，但由于边柱相对于其他柱受到结构整体的约束作用最小，库最外侧边柱上的振动响应有所增大；由于列车直接在结构底层的立柱间通行，振动传播路径短，衰减效果弱，上盖建筑的振动频谱丰富，楼板振动的优势频段集中在20.0~31.5 Hz；上盖建筑楼板在低频时呈现出整体振动的规律，跨中最大Z振级在靠近顶层时最大，楼板振动强度受其自振频率和源强频谱特性的共同影响，位于源强振动优势频段的范围越多，越容易产生共振。

2024, 24(6): 273-285. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.019

摘要(138) HTML(51) PDF (9263KB) (19)

基于因子分析和数据包络分析的公路隧道入口区域吸睛效应评价

(双语出版: English)

韩磊, 杜志刚, 贺世明, 马傲君

摘要: 更多> 为全面评价公路隧道入口区域视觉吸引对驾驶人吸睛效应的影响，招募了30名被试开展自然驾驶试验，采集驾驶人在公路隧道入口区域不同视觉吸引条件下的眼动和心电数据，基于因子分析法选取吸睛效应敏感评价指标，并构建数据包络分析模型，识别和探究公路隧道入口区域视觉吸引条件对驾驶人吸睛效应的影响特征和作用机理。分析结果表明：驾驶人吸睛效应的视觉特性敏感指标为注视持续时间(FD1)、瞳孔直径(PD)、扫视持续时间(SD)和扫视幅度(SR)，心电特性敏感指标为心率(HR)、低频与高频比值R、样本熵(SampEn)和分形维数(FD2)；公路隧道入口区域不同视觉吸引条件对驾驶人吸睛效应影响显著，其中，警示标识条件下，驾驶人的平均FD1(530.97±37.03 ms)、PD(4.56±0.46 mm)、SD(32.89±3.14 ms)显著增加，SR(4.77°±1.27°)显著降低，同时HR(96.64±9.23次·min^-1)、R(4.17±0.98)和FD2(1.87±0.17)也显著升高，SampEn(1.84±0.24)显著降低，表明警示标识条件下驾驶人对视觉信息的感知和处理表现较差，视觉认知负荷和心理压力程度较大，心理状态的稳定性程度受到较大的负面影响；不同视觉吸引条件对驾驶人吸睛效应的综合效率具有显著影响，其中无显著视觉吸引场景的效率均值最高，为0.987，警示标识场景的效率均值最低，为0.928，且各场景之间差异显著；受驾驶人吸睛效应影响最大的变量是扫视幅度和心率，其中，警示标识对驾驶人的视觉特性和心理负荷水平的负面影响最大。研究成果可为公路隧道入口区域视觉环境优化设计提供参考，有助于有效管控该区域的行车风险。

2024, 24(6): 286-298. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.020

摘要(158) HTML(40) PDF (11657KB) (20)

电动汽车与行人碰撞事故时空特征与严重程度建模

(双语出版: English)

庄焱, 董春娇, 李鹏辉, 郑睿

摘要: 更多> 为了探索电动汽车与行人碰撞事故的时空分布模式，在传统核密度估计法中引入聚类强度和事故严重度指标，建立了交通事故黑点时空核密度估计方法；考虑到事故变量中可能存在的随机变量和异质性，基于均值异质性的随机参数Logit模型，建立了电动汽车与行人碰撞事故严重程度模型，识别影响电动汽车与行人碰撞事故严重程度的关键因素，并通过计算显著变量的边际效用定量确定了关键因素的影响程度。研究结果表明：电动汽车和燃油汽车与行人碰撞事故均主要分布在城市中心区域，电动汽车与行人碰撞事故分布相对更为集中，且工作日和白天时电动汽车的事故数更多，严重程度更高；电动汽车驾驶人年龄在[40，60)岁和事故发生时间段在18:00至次日6:00为随机变量，驾驶人年龄的效用值服从标准差为-0.582、方差为0.926²的正态分布，且在道路功能等级(主干路)和车辆类型(货车)变量中具有均值异质性，事故发生时间段的效用值服从标准差为-0.313、方差为0.518²的正态分布，且在天气(雾霾)变量中具有均值异质性，此外，男性驾驶人、中青年驾驶人和工作日出行等因素会导致电动汽车与行人碰撞事故严重程度的不同增加；考虑均值异质性的随机参数Logit模型的赤池信息准则比随机参数Logit模型减少了26，对数似然值增加了94.272，可见，引入均值异质性后，构建的基于随机参数Logit模型的电动汽车与行人碰撞事故严重程度模型拟合优度有所提升，且能更科学全面地解释电动汽车与行人碰撞事故的致因原理。

2024, 24(6): 299-310. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.06.021

摘要(184) HTML(62) PDF (7380KB) (25)

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