2020年, 第37卷, 第12期　刊出日期：2020-12-05

  

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  不同活化温度橡胶沥青微观结构特性与宏观性能联系研究

  张广泰, 易宝, 张晓旭, 章金鹏

  2020, 37(12): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.001

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  为探讨不同活化温度下橡胶改性沥青微观结构特性与宏观力学性能之间的联系，通过红外光谱试验，在常规性能试验、动态剪切流变试验以及多应力蠕变恢复试验的基础上，得到橡胶改性沥青的微观结构和宏观力学性能变化规律，建立两者之间的联系；并通过灰色关联分析，得到橡胶改性沥青不同活化温度与宏观力学性能和微观结构指标与宏观力学指标之间的关联程度。结果表明：在红外光谱下，胶粉的活化主要改变了橡胶改性沥青在1 030 cm^-1和1 600 cm^-1处亚砜基和丁二烯基两处官能团的伸缩振动区强度；随着活化温度的升高，红外光谱中亚砜基（S=O）和丁二烯基（C=C）指数逐渐降低，抗车辙因子（G^*/sin δ）、蠕变回复率R3.2呈现逐渐降低的趋势，损耗因子（tan δ）、不可回复蠕变柔量Jnr3.2呈现逐渐升高的趋势。通过微观和宏观指标之间的关系模型可知，橡胶改性沥青S=O指数与宏观力学性能均有较好的相关性，其中与延度之间的线性相关性最好，可决系数R²为0.888 0；C=C指数与135℃时布氏黏度的线性相关性最好，可决系数R²为0.990 9，与针入度之间的相关性则较差。由灰色关联分析得到在活化温度为70℃时橡胶改性沥青的综合力学性能最优，S=O指数与135℃布氏黏度关联程度最好，C=C指数与软化点关联程度最好。
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  基于温度影响的水泥混凝土路面层间接触状态研究

  李思李, 田波

  2020, 37(12): 9-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.002

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  基于水泥混凝土路面面层因温缩将引起面层与基层间相对位移并导致层间接触失效的问题，同时考虑水泥混凝土路面长期服役状态下温度变化速率及温度循环作用次数的影响，针对不同的基层类型与混凝土面层层间接触状态进行层间摩阻力变化规律研究。层间摩阻力顶推试验是通过对修筑在基层上的混凝土路面板在施加水平作用力，并记录作用力大小及路面板在该力作用下的移动情况，从而建立起层间摩阻力与路面板水平位移之间的关系。为了加速模拟不同温差环境下及不同层间接触条件下混凝土路面的面层与基层间摩阻力及层间接触破坏过程中的变化规律，利用卧式MTS对水平推力的加载速度及加载次数进行精确控制，通过加载速度大小模拟不同的温度变化梯度情况下层间接触破坏方式，通过不同的加载次数模拟路面长期服役状态下温度循环次数作用下层间接触破坏方式，通过对混凝土路面层间使用塑料薄膜、土工布、乳化沥青以及不同厚度沥青功能层等7种不同层间接触情况进行顶推试验，得到不同层间接触、加载速率及加载次数条件下的层间摩阻力的变化规律。
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  基于MEPDG的组合式基层沥青路面车辙预估

  陈岳峰

  2020, 37(12): 15-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.003

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  为研究组合式基层沥青路面结构抗车辙性能，采用AASHTO力学经验设计法MEPDG车辙预估模型，依托福建省某高速公路沥青路面开展了车辙预测研究。按照水平1输入参数要求，交通参数、气候参数通过实测统计获得，其他路面结构和材料参数按照水平2或水平3要求输入；基于此，分析了沥青路面各结构层动态模量2019年全年的分布规律，预估了该结构沥青路面车辙20 a的演变规律，并研究了温度和交通荷载对路面变形的影响。结果表明：全年高、低温条件下，沥青路面各结构层动态模量差异能达到10倍以上；该结构中面层的车辙变形最大，下面层和级配碎石层的车辙变形较小，可推断该结构沥青路面不会产生较大的结构性车辙，增加中面层的抗车辙性能对于保证路面整体结构的高温性能至关重要；以15 mm作为容许车辙变形控制标准，该结构抗车辙寿命可达18 a以上；高温时段该结构容易产生车辙，通过引导重型货车20：00—08：00运营，可以有效降低沥青路面车辙变形；低速、特重载条件下，该结构下面层、级配碎石层车辙变形与重载条件差异较小，表明低速、特重载对下面层、级配碎石层抗车辙性能影响较低。
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  加筋土界面特性拉拔试验仪的研发进展

  杨和平, 万亮, 肖杰

  2020, 37(12): 24-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.004

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  为获得土中加筋固土的工作机理，国内外学者们曾先后研发了多种拉拔试验仪器并展开相关试验研究，取得了不少有价值的成果，各有关部门也制定了行业规范，对仪器开发及试验方法提出了指导意见。近年来，随着工业技术的飞速发展，人们已开始将可控、可视和数字化等新技术用于试验仪器的研发与运用，但目前对拉拔试验仪器仍没有统一的标准。为进一步规范试验仪器的开发和使用，为研究筋土界面特性提供更便捷和高效的工具，对现有拉拔试验仪器进行了归纳总结。基于长沙理工大学自主研发的大型数控拉拔试验系统（CS-LB01），结合十多年用它开展的加筋膨胀土拉拔试验及对土中加筋作用力的深入研究，进一步分析发现试验中箱体尺寸、夹具位置、拉拔方向、位移量程等对测试结果有重要的影响。总结提出：施测过程中拉拔速度与位移、测试时的温度与湿度及填料填筑碾压等相关工作参数应怎样正确设置；必须按照实际工况模拟不利条件和环境下开展试验，确保测试结果符合实际；结合消除箱壁摩擦、合理裁剪筋材、夹具夹紧筋材测点等测试技术上所获得的新认识，为下一步新仪器的开发及试验操作的规范化提供参考。
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  砂土静动力液化特性的数值模拟

  谢亦红, 尹祖超, 李亮, 蔡鹏

  2020, 37(12): 33-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.005

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  为了研究砂土的静动力液化特性，揭示砂土液化的发生机制，通过离散元方法，采用能够描述岩土工程材料的力学特性简化的Hertz非线性接触本构模型和能消除边界对数值模拟结果影响的周期边界，设置不同摩擦系数制备了不同密实度的松散砂土试样。对松散砂土数值试样在静动力加载条件下开展了一系列三轴不排水试验模拟，研究松散砂土静态液化和动力液化微观力学特性。探明砂土颗粒微观量演化规律，建立其与宏观力学响应的内在联系，从而进一步分析松砂液化的细观力学机制。试验结果表明：三维离散元数值方法成功模拟了砂土静动力液化现象，室内试验中松砂的"初始液化"和低围压下松砂也可能发生剪胀等现象均可以在数值模拟中实现。试样微观量的演化是砂土宏观响应的内在原因。在单调加载条件下，试样发生液化后，其组构的模量达到稳定值0.62，组构张量方向与加载方向一致，配位数稳定值3.2。在动力加载条件下，试样在受拉侧发生破坏，液化时微观量中组构张量模量为0.59小于静态液化的值0.62，而配位数的值为3.4大于静态液化的值3.2。
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  基于离散元法的煤系土剪切带演化宏细观分析

  张榜, 丰浩然, 习明星, 吴灿, 张鸿

  2020, 37(12): 40-46,69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.006

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  剪切带广泛存在于土质边坡的失稳破坏中，煤系土剪切带形成原因比较复杂。为了揭示煤系土的宏观变形破坏机理，就有必要从细观角度分析煤系土剪切带的形成和演化规律。利用离散元法建立了煤系土三轴试验的三维数值计算模型，对煤系土剪切带的形成和发展进行了三维仿真模拟，得到了煤系土的宏观力学响应，并从细观角度分析了煤系土剪切带演化过程中的体积分数、配位数、颗粒旋转及力链的变化规律。结果表明：试件峰值应力之后，剪切带内颗粒体积分数一直处于下降状态，孔隙率大于剪切带外，煤系土剪切带的形成是剪胀现象产生的重要因素；试件通过颗粒相互旋转，剪切带内颗粒配位数降低，颗粒接触减少、孔隙率增加，试样强度下降，颗粒旋转是煤系土剪切带形成的主要原因；颗粒力链结构经历了由环状向扁平状转换，加载后期颗粒力链两头较密较粗，中间部分力链变得稀疏。计算发现：力链能反映复杂颗粒运动的宏观力学性能，力链的粗细、位置变化、密集程度是颗粒体系在加载时受力变化直观的显现，可为颗粒宏细观受力机理分析提供理论依据。
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  道路工程

  地震作用下土质边坡稳定性图表

  朱剑宏

  2020, 37(12): 47-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.007

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  针对评估边坡稳定性问题，边坡稳定性图表提供了一种简单但却行之有效的途径。选用对数螺旋面作为边坡破坏模式，利用拟静力法考虑地震效应的影响，并基于极限分析运动学定理推导了破坏机构内外功率计算公式，采用MATLAB最优化程序求解出边坡临界高度γH/c的上限解。通过确定边坡处于极限状态时的c/γH和tan φ关系曲线，绘制了一系列边坡稳定性图表。讨论了坡角、内摩擦角与地震荷载对边坡稳定性及其破坏模式的影响。结果表明：坡底破坏模式仅在坡角及内摩擦角均较小的情况下发生，且随着地震荷载的增大，坡底破坏模式更易发生；随着内摩擦角的增大，破坏模式逐渐由深层破坏转变为浅层破坏；边坡坡角较大时，边坡临界滑动面总是呈浅层破坏模式，并随着地震荷载的增大，边坡安全系数逐渐减小。对于内摩擦角接近于0°的土体，当坡角较小且边坡受到地震荷载影响时，需要对破坏深度作一定限制以得到合理解答。利用所建立的边坡稳定性图表无须迭代计算即可求得边坡安全系数以及对应的破坏模式。通过对比验证了所建立边坡稳定性图表的合理性。所得结果可为边坡工程稳定性评估提供一定参考。
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  钢筋混凝土T形柱在压-弯-剪-扭复合作用下的抗压试验研究

  喻志刚, 单德山

  2020, 37(12): 52-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.008

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  钢筋混凝土构件在复合受力状态下承载力是互相影响的，因此复合受力研究在混凝土结构设计中一直是重要的研究课题。为了研究T形混凝土柱在压-弯-剪-扭复合受力作用下的抗压性能，对12根钢筋混凝土柱平分为4组在复合受力状态下进行了试验研究。以剪力、弯矩和扭矩为变量，讨论了在不同工况下的复合受力对钢筋混凝土柱抗压承载能力、裂缝发展及破坏模式、混凝土和纵向钢筋关键点应变的影响。根据对4组T形钢筋混凝土柱的试验分析，总结了复合受力情况下钢筋混凝土柱抗压承载能力的变化趋势。根据裂缝的破坏过程描述和破坏形态的分析，总结了偏心受压破坏模式向压弯破坏模式转折点和从受压弯破坏到受压弯扭的破坏模式转折点，并且通过比较试验和计算结果，验证了塑性损伤模型的可靠性，同时也说明了试验值的可靠性。在试验数据和已有公式的基础上，扩展了压-弯-剪-扭复合受力情况下的抗压承载能力计算公式和相互作用关系图。得出了在压-弯-剪-扭复合受力情况下不同破坏模式对应的转折点。试验结果表明：抗压承载力随着弯矩、剪力和扭矩的增大而减小。通过试验数据得到T形截面钢筋混凝土柱的抗压承载力公式，能够为复合受力的混凝土抗压承载能力计算提供参考。
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  桥梁工程

  张弦桥结构静力分析方法与受力特点研究

  周光伟, 钱长照

  2020, 37(12): 63-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.009

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  张弦桥作为一种新型组合体系桥梁，其结构力学特点与分析方法有待进行深入的研究。为了研究张弦桥静力分析方法与受力特点，首先根据张弦桥的结构特点，采用弹性方法和挠度理论的等代梁方法提出了张弦桥的结构静力分析方法，对两种理论方法计算结果进行了比较分析，推导了张弦桥在全跨对称均布荷载、半跨非对称荷载以及跨中集中荷载布置等3种典型荷载工况下主梁内力和位移的计算公式。基于张弦桥工程实例建立了2种有限元分析模型：主缆分别采用弹性桁架单元模型和非线性索单元模型。分析了采用不同主缆单元类型、不同索力大小对结构内力和位移计算结果的影响。结果表明：在基于一定假定的前提下，弹性方法和等代梁方法的计算结果是一致的；和普通简支梁桥相比，张弦桥能较大地减小主梁跨中弯矩与位移，主梁内力与位移的主要影响因素为主缆的矢高；采用不同主缆单元类型的有限元分析结果相同，张弦桥主缆在不同索力工况下，主梁弯矩与位移增量与主缆张拉的索力无关，张弦桥主缆非线性影响较小，张弦桥结构具有弹性受力的特点；推导的内力位移计算公式与有限元方法计算结果差值均小于9%，具有一定的工程应用精度。
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  桥梁工程

  基于混合萤火虫-模拟退火算法的斜拉桥纵向振动控制与黏滞阻尼器优化设计

  龙关旭, 辛公锋, 徐兴伟, 任士朴, 苏文明

  2020, 37(12): 70-79,132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.010

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  为研究多荷载组合作用下大跨斜拉桥纵向黏滞阻尼器的最优振动控制效果，首先，通过有限元计算分析了地震作用、风荷载和随机车流分别作用下纵向黏滞阻尼器对结构主要响应的振动控制作用。其次，结合标准萤火虫算法和模拟退火算法的优缺点，提出了混合萤火虫-模拟退火算法（HFSA），并选用4种测试函数进行了验证。最后，考虑3种荷载不同权重，选取合适的加权系数组合，采用响应面法拟合3种荷载的目标函数，分别对地震设防烈度和平均风速两个影响因素下的纵向黏滞阻尼器关键参数进行了优化，并给出了参考建议取值。结果表明：外荷载作用下纵向黏滞阻尼器可有效对结构振动产生控制效果，其中地震作用下的响应最大，随机车流次之，风荷载较小；随着黏滞阻尼器速度指数α的减小、阻尼系数C的增大，控制效率也逐渐增大，控制效率最大可达到45.15%；提出的HFSA算法具有收敛速度快、优化精度高的特点；速度指数α在[0.2，0.4]之间，阻尼系数C在[4 000，5 000]kN/（m/s）^α时控制效果达到最优；在地震多发、抗震烈度高的地区建议选取加权系数组合2，在沿海、山谷等风速较大区域建议选取加权系数组合4。
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  桥梁工程

  基于深度学习的复杂场景下混凝土表面裂缝识别研究

  雷斯达, 曹鸿猷, 康俊涛

  2020, 37(12): 80-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.011

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  为在桥梁健康监测工作中能更便捷、可靠地完成分类采集的裂缝图像及其中裂缝的标识工作，改善裂缝识别方法效果对提取算法初始聚类中心的选取和图像背景环境的高度依赖等问题，提出了一种适用于多种场景条件下的混凝土裂缝检测的图像识别方法。卷积神经网络是深度学习的代表算法之一，该算法具备表征学习能力，能够按其本身的阶层结构对输入信息完成信息分类的工作。依托武汉市某桥的检测工程，在现场完成图像数据的采集后，采用卷积神经网络搭建了适用于混凝土裂缝图像分类的图像分类模型，实现了对检测工程期间所采集的复杂场景下混凝土结构图像的分类。同时，考虑到传统的K-means算法中聚类中心的局部簇密度与欧氏距离均较大的特点，结合统计学原理与形态学方法的特点，对传统的K-means算法做出了改进，所得的改进K-means算法能够完成复杂场景下裂缝图像的裂缝骨架分割提取和裂缝宽度的计算。随后通过对从检测工程现场桥梁表面600张图像采样的识别，验证了在混凝土存在表层脱落、污渍、苔藓等会对图像裂缝骨架提取效果产生严重干扰的复杂环境条件下所提出方法的有效性，且相较于传统方法具有更高的裂缝检测效率。
隧道工程
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  隧道工程

  隧道穿越断层破碎带突水突泥机理模拟试验研究

  李玉生, 翁贤杰, 王人杰, 张龙生, 张连震

  2020, 37(12): 89-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.012

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  为研究隧道穿越断层破碎带突水突泥灾害发生机理，研发了隧道穿越断层破碎带突水突泥三维模拟试验系统，该系统可同时实现隧道开挖揭露断层破碎带过程的有效模拟、水压恒定加载及围岩位移、渗流压力、涌出物流量的实时监测功能，通过该系统开展了突水突泥物理模拟试验，再现了隧道穿越断层破碎带突水突泥灾害演化发生过程，进一步揭示了突水突泥灾害发生机理。结果表明：从隧道涌出物方面来看，隧道穿越断层破碎带突水突泥灾害为揭露型灾害，当隧道掌子面直接揭露断层破碎带时，突水突泥灾害即发生，突水突泥通道瞬间形成，隧道涌出物由清水转变为泥水混合物，涌出物流量快速增长。从隧道围岩位移及渗流压力方面来看，当隧道揭露断层破碎带发生突水突泥灾害时，隧道拱顶围岩位移、拱顶及拱底渗流压力均发生突变，拱顶围岩位移发生突然增加，拱顶及拱底渗流压力发生突然降低，均反映了隧道穿越断层破碎带突水突泥灾害的瞬发特征。地下水对断层破碎带突水突泥灾害具有重要影响，主要体现在地下水对断层的物理化学弱化和渗流诱发通道扩展两个方面。
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  隧道工程

  不同覆跨比下洞桩法导洞开挖引发地表变形规律研究

  刘运思, 牟天光, 郭磊, 杨玉平, 杜宪武

  2020, 37(12): 100-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.013

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  为了研究不同覆跨比下洞桩法导洞开挖过程对地表变形的影响，依托北京地铁十里河车站工程为研究背景，采用现场监测和数值分析的方法，研究了洞桩法不同覆跨比、不同导洞开挖顺序以及不同土层参数下导洞开挖引发地表变形规律。结果表明：（1）洞桩法施工过程中，适当增加上层导洞的覆跨比，可以有效地减小地表沉降量；（2）导洞埋深相比跨度对地表沉降影响更大，在导洞设计过程中尽可能增加导洞的埋深来控制地表的变形；（3）在八导洞和六导洞形式中，先开挖上层再开挖下层导洞引起地表沉降最小，即先上后下导洞开挖方案最优；八导洞先开挖边导洞再开挖中导洞引起地表沉降最小，六导洞先开挖中导洞再开挖边导洞引起地表沉降最小；（4）随着覆跨比的减小，先上后下和先下后上导洞开挖方法引起地表沉降的差异越来越小；（5）随着摩擦角和黏聚力的增大，地表最大沉降值减小。当覆跨比设计较小时，导洞开挖前预先从地表或者沿导洞方向预注浆，提高围岩强度，能够有效减小地表最大沉降值。本研究内容可为类似洞桩法地铁车站设计和施工提供一定的理论参考。
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  隧道工程

  考虑岩体自重的下伏溶洞岩石地基冲切分析

  刘泽宇, 雷勇, 邓加政, 刘一新, 谭豪

  2020, 37(12): 108-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.014

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  基于Hoek-Brown强度准则及溶洞岩石地基冲切破坏模式，运用极限分析上限法中的相关流动法则建立了考虑自重下的溶洞岩石地基极限承载力三维功能方程，结合变分原理推导出冲切体破坏线方程及溶洞岩石地基极限承载力表达式，进一步给出了考虑自重下溶洞岩石地基极限承载力及临界洞径的编程计算方法，并通过室内模型试验验证了理论的合理性。结果表明：岩石RMR值、单轴抗压强度对溶洞岩石地基极限承载力影响规律与是否考虑自重因素无关，溶洞岩石地基极限承载力随着单轴抗压强度和RMR值增加而提高，反之亦然。二者均随着自重增加减小，但变化并不明显。随着溶洞顶板厚度的增加，溶洞岩石地基极限承载力基本呈线性增加；当考虑自重和顶板厚度时，溶洞岩石地基极限承载力的变化主要取决于内能耗散功率增量与重力功率增量之间的差值且随重度增加而减少；当RMR<40时自重对溶洞临界跨径影响较大，RMR>60时自重对溶洞临界跨径影响较小；当RMR≤40时，需要考虑自重对极限承载力的影响；当RMR≥60时，计算溶洞岩石地基极限承载力时是否考虑自重应根据实际工程选择其误差在3%以内。
智能交通
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  智能交通

  基于自编码器与k-means聚类的视频交通状态自动识别

  彭博, 张媛媛, 唐聚, 谢济铭, 王玉婷

  2020, 37(12): 117-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.015

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  为了及时有效地识别道路交通状态，提出了基于自编码器与k-means聚类的视频交通状态自动识别方法。首先，通过交叉试验的方式对输入数据维度、隐藏层数量与降维数据维度等结构参数进行合理优化，建立自编码器备选模型；然后，构建了样本量为1 500~4 500的3个图像数据集，对备选模型进行训练测试，利用准确率、召回率、F₁值比选出最优自编码器AE^*；最后，将AE^*与k均值聚类（k-means）、支持向量机（SVM）、线性分类器（Linear Classifier）、深度神经网络线性分类器（DNN Linear Classifier）结合，构建了4个交通状态识别模型：AE^*-k-means，AE^*-SVM，AE^*-Linear，AE^*-DNN_Linear。基于构建的3个图像数据集对上述交通状态识别模型进行训练测试，结果显示：在准确率与召回率方面，4个模型的平均准确率为91.9%~92.7%，平均召回率为91.6%~92.6%，其中，AE^*-Kmeans在准确率、召回率方面均处于最优或次优水平；在综合评价指标F₁值方面，AE^*-k-means为92.4%，略低于AE^*-SVM（92.7%），高于AE^*-DNN_Linear（92.1%）、AE^*-Linear（91.8%）。由于k-means是一种无监督聚类方法，与AE^*-SVM，AE^*-DNN_Linear，AE^*-Linear相比，AE^*-k-means在获得较优的交通状态识别效果的同时，可减少人工数据标定、有监督训练等工作量及运算成本，对于准确实时提取视频交通状态具有较高的实际意义。
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  智能交通

  带有丢失数据补偿的高速公路入口匝道MFAC方案

  闫帅明, 卜旭辉, 朱盼盼, 许漂漂

  2020, 37(12): 124-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.016

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  在智能交通控制中，数据丢失会造成道路使用效率降低、道路交通拥堵等现象，导致道路的控制效果降低。针对高速公路入口匝道控制中由于车辆密度数据丢失所造成的交通拥堵问题，提出了高速公路入口匝道数据补偿的MFAC方案。首先，在考虑到高速公路入口匝道控制中的建模难、建模不精确等问题的前提下，将无模型自适应控制（MFAC）应用于宏观交通流模型，对于高速公路入口匝道控制中的车辆密度数据丢失问题，通过伯努利分布来描述高速公路车辆密度数据的丢失率，以0-1定义车辆密度数据的丢失情况，即车辆密度数据丢失记为0，车辆密度数据未丢失记为1。然后，通过历史车辆密度、伪梯度估计值、入口匝道流量等数据来构建补偿方程，基于补偿方程对在高速公路入口匝道控制中丢失车辆密度的数据进行实时补偿，提出带有车辆密度数据丢失补偿的高速公路入口匝道MFAC方案。MATLAB仿真结果表明，当高速公路入口匝道控制系统出现车辆密度数据丢失的情况下，带有丢失数据补偿的MFAC方案的控制效果明显优于传统的MFAC方案，且在仿真验证中分别设置了70%和80%的数据丢失率来验证补偿算法的普遍性。结果表明，在高速公路入口匝道控制中当出现数据丢失的情况时，该方案能够对丢失的车辆密度数据进行有效的补偿。
汽车工程
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  汽车工程

  基于自适应奇异值分解无迹卡尔曼滤波算法的车辆质心侧偏角估计

  王姝, 赵轩, 余强

  2020, 37(12): 133-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.017

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  作为车辆操纵稳定性的关键评价指标及车辆稳定性控制目标，准确估计车辆的质心侧偏角直接影响车辆的行驶安全性，为此提出了一种基于自适应奇异值分解无迹卡尔曼滤波算法的车辆质心侧偏角估计方法，以改善无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF）在系统强非线性或状态模型不精确的情况下状态估计精度降低甚至发散的问题。利用自适应奇异值分解方法（Singular Value Decomposition，SVD）构建sigma点，并在时间更新过程中利用自适应因子对奇异矩阵进行修正，改进了UKF中状态协方差矩阵的迭代稳定性及估计器的鲁棒性。利用分布式驱动电动汽车半实物仿真平台分别在双移线工况、单移线工况及方向盘转角阶跃工况下对基于无迹卡尔曼滤波和ASVD-UKF算法的质心侧偏角估计方法进行了对比验证。结果表明，ASVD-UKF估计器改善了无迹卡尔曼滤波估计器的精度，验证了算法的有效性。
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  汽车工程

  车身点焊、抽芯铆接及胶铆接头的拉剪强度对比分析

  高剑峰, 黄忠水, 张浩, 胡青平

  2020, 37(12): 142-148,158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.018

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  在车型开发前期的样车试制或小批量生产验证过程中，人工操作比例高，焊点缺陷难以完全避免，进行焊点修复时就需要根据缺陷位置的实际情况选择合适的焊点替代方案。选取车身材料中具有代表性的双相钢CR440Y780T-DP与低合金高强钢CR340LA为基材，对比分析了电阻点焊接头、多鼓型抽芯铆接接头、结构型抽芯铆接接头、多鼓型及结构型抽芯铆钉分别与环氧树脂基结构胶Betamate 1630、聚氨酯结构胶Teroson PU6700组合接头的拉剪强度。试验结果表明：（1）结构型抽芯铆钉与胶Betamate 1630的组合与原点焊接头抗剪能力最接近，可达到约80%的连接强度；（2）结构型铆钉与多鼓型铆钉相比，抗拉剪强度提升约15%，但钉头高度较高，需要更大的操作空间；（3）Betamate 1630对铆接接头的静态连接强度提升效果明显（与多鼓型抽芯铆钉组合时，抗剪强度比单独铆接接头相比提升约5%~10%；与结构型抽芯铆钉组合时，强度提升约20%~30%）；（4）Teroson PU6700在接头强度方面作用不明显，无论与多鼓型铆钉或结构型铆钉组合，接头最大失效载荷和失效形式均没有明显变化，实际应用中以密封为主要目的。通过以上试验，对比总结了常用焊点替代方案对局部结构连接强度的影响程度，为实际生产中快速确定车身焊点修复方案提供了试验与理论依据。
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  汽车工程

  基于实际行驶工况的纯电动汽车续驶里程在线估算方法研究

  魏恒, 何超, 李加强, 赵龙庆

  2020, 37(12): 149-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2020.12.019

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  为了提高纯电动汽车续驶里程估计方法的准确度，在采用主成分分析和模糊聚类相结合的方法分析汽车实际行驶工况的基础上提出了一种在线续驶里程估算模型。以某型号纯电动汽车在实际道路上行驶采集的运行数据为研究对象，根据60 s为时间间隔将工况数据进行划分，一共得到了420个行驶工况片段，选取了平均速度、最高速度和速度的平方和等11个可以描述行驶工况的运动学特征参数。接着对行驶工况片段作了主成分分析，根据载荷因子矩阵，选取与主成分相关性较大的4个参数：最高速度、平均速度、驻车比例和平均加速度，作为模糊C均值聚类的特征参数。通过模糊C均值聚类分析后将行驶工况划分为了4类并且计算得到了聚类中心，根据纯电动汽车的整车主要技术参数建立了整车能耗模型，计算得出了4个聚类的平均能耗。最后利用另一辆同型号的纯电动汽车运行数据对该续驶里程估算方法进行了仿真验证。结果表明：该估算方法有较好的收敛性和鲁棒性，从试验车开始行驶，在大约经过100个行驶工况片段之后，剩余续驶里程的仿真估算值非常逼近于测试值，估算值与测试值之间的最大绝对误差为4.47 km，平均绝对误差为2.49 km，平均相对误差为3.76%。这说明此方法是可行的，所建立的模型具有较高的准确度。