自动驾驶对沥青面层寿命及养护成本影响分析

3.0 第一文库 2025-11-21 4 4 2.18MB 10 页免费

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自动驾驶对沥青面层寿命及养护成本影响分析

宋明涛#

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交通科技有限公司$广东广州!

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摘要!自动驾驶车辆具有鲁棒的横向控制稳定性与居中车道行驶偏好!这将显著影响车辆轮迹横向

分布$集中的轮迹分布将加速沥青路面车辙发展!应合理利用自动驾驶车辆横向控制!量化轮迹横

向分布对路面车辙发展以及建设养护成本的影响$以浙江上三高速为对象 !利用视频观测现阶段

车道横断面车辆横向分布状态并测量路面车辙深度!提取了车辆横向分布基准参数#据此设计了几

种轮迹分布函数并构建轮迹横向分布实施流程#通过室内试验采集材料参数 !建立上三高速路面结

构有限元仿真模型!分析了不同自动驾驶车辆比例以及横向分布函数下沥青罩面使用年限以及年

均建设养护成本$研究结果表明%按照现阶段自动驾驶车辆小于#$9C 的横向分布标准差!当车辆

全部自动化后!路面车辙达到#"CC 的年限将由##年多提前至?年!上三高速沥青罩面年均建设

养护成本将增加!<,Ha&达到H>,>万元(

WC'$随着横向分布标准差的逐渐增长!自动驾驶车辆的

不利作用将会逐渐减弱#当其值大于%"9C 时!自动驾驶车辆将有利于减缓路面车辙发展进程!且

此时自动驾驶车辆的比例越高!减缓效果越明显#均匀分布状态下!路面车辙年限将推迟约!年&升

至#H年'!年均建设养护成本将减少约%H,%a&降至 %<,=万元(

WC'$因此 !合理控制自动驾驶车

辆轮迹横向分布将有效降低沥青面层建设养护成本$

关键词!道路工程#路面养护成本 #有限元#自动驾驶 #轮迹横向分布

中图分类号!

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>引!言

随着交通需求持续增长$中国道路尤其是高速

公路的建设势头迅猛&根据 .中国交通的可持续发

展/白皮书$截至%$#>年底$中国高速公路里程达到

#"万WC$位居世界第一&中国高速公路以沥青路

面为主$而沥青路面建设涉及大量能源消耗和碳排

放)

$尽量延长路面寿命尤其是沥青罩面使用年限$

将有利于减少能源消耗与碳排放$降低沥青面层整

体养护成本)

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沥青路面寿命不仅与路面本身材料(结构性能

紧密联系$还与直接作用在路面上的车辆尤其是卡

车作用特征密切相关)

H;"

&随着人工智能(

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基建方向的提出与实施$车路协同全面落地与升级

将成为可能&目前$多家车企已实现低等级自动驾

驶$例如$上汽红岩已在东海大桥进行相关自动驾驶

试验$自动驾驶卡车或将率先取代人工驾驶走向市

场)

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&现阶段$自动驾驶车辆的研究重点偏向车辆

本身$如人工智能算法)

(雷视一体类的设备研

发)

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(行车安全)

(民众接受度)

*等&车路一体$

不应厚此薄彼$这一新型交通工具对沥青路面使用

性能及其寿命造成的影响值得研究$应合理利用自

动驾驶车辆与车路协同系统$主动规避自动驾驶车

辆对路面结构的不利影响$发掘自动驾驶车辆有利

于道路结构的一面&

车辆通过车轮荷载对沥青路面产生力学作用$

荷载的大小与作用点位显著影响着沥青路面结构各

点的力学响应状态 &与人工驾驶车辆不同$自动驾

驶车辆的横向稳定性会影响车轮荷载在车道横断面

的作用点位以及整体分布状态 %受驾驶行为(控制稳

定性等因素影响$人工驾驶车辆会在车道横断面较

为离散地分布#根据观测数据 $人工驾驶车辆在车道

横断面的整体分布近似服从以车道中心线为对称轴

的正态分布)

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&自动驾驶车辆则借助鲁棒性横向

控制实现车道居中与车道保持$进而造成渠化交通

以及轮迹横向分布的过度集中)

$分布特征更偏

向于单点分布&越集中的车辆横向分布意味着车道

断面局部点位的使用率越极端$路面车辙会因此而

加速发展)

&路面成本体系包含机构成本(使用者

成本以及不确定性成本)

&道路首次建设即一次

性投入设计费(初建费等大量初始成本#在道路日常

运营过程中逐渐投入日常养护费 (维修费用 #随着使

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用年限的增加$沥青面层的残值逐渐降低 $而每一次

养护成本的投入则直接提升其残值大小)

&显然$

自动驾驶车辆将影响机构成本中维修养护成本的投

入周期$改变残值降低速度$其次还会附加环境成本

等潜在社会效益&

在应对人工驾驶车辆的轮迹集中现象时$

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等)

通过视觉干预标线干预驾驶人的驾驶行为$使

得人工驾驶车辆的横向分布发生整体偏移$从而实

现路面寿命的延长&考虑自动驾驶车辆轮迹分布问

题$

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*研究了轮迹集中

条件下沥青路面各结构层厚度对应的变化&结果表

明$在相同的交通流量及环境下$需要更厚的沥青面

层应对自动驾驶车辆的轮迹集中&AE)

51等)

*和

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则考虑离散化卡车编队避免车辆正对行

驶$从而减缓车辆编队对路面的集中轴载作用&上

述研究从管理运营的角度设计视觉干预标线(从结

构设计的角度设计沥青面层(以编队为单元局部地

离散轴载以应对车辆的轮迹集中#除此之外$考虑到

自动驾驶车辆良好的横向控制性能$理应可以从车

辆控制的角度控制自动驾驶车辆在车道断面的横向

位置 $从而在整体上形成指定的横向分布&需要进

一步分析横向分布设计的基准参照(特征参数并量

化由此带来的经济效益$从而为制定相关政策服务&

基于此$本文以浙江上三高速为研究对象 $观测

了现阶段上三高速车道横断面人工驾驶车辆的横向

分布状态与路面车辙情况$提取了人工驾驶车辆横

向分布状态参数#对自动驾驶车辆以人工驾驶车辆

为基准设计了不同状态参数的分布函数#构建了以

分布函数(视频识别(转向控制等为功能单元的自动

驾驶车辆横向分布实现框架#以路面车辙发展为控

制指标$利用室内试验采集材料蠕变参数构建上三

高速有限元模型$充分考虑自动驾驶车辆比例$计算

了几种分布下的路面使用年限#最后$以年均罩面建

设养护成本定量化描述了自动驾驶车辆带来的经济

效益&

?车辆横向分布状态

?@? 人工驾驶车辆横向分布数据采集

由于驾驶人的驾驶行为(驾驶选择偏好(车辆性

能(行驶安全性等因素各异 $每一辆车在车道横断面

的位置具有随机性$总体上呈现以车道中心线为对

称轴的分布状态$由此造成车辆轮载集中分布在车

道横断面的局部点位$形成一定的轮迹横向分布特

征&在渠化的车轮荷载作用下$沥青路面结构易形

成沿着车辆行驶方向的狭长凹槽$即车辙 &作为沥

青路面的主要病害类型$车辙显著影响路面的使用

性能与行车安全&由于车辙的形成主要受重载交通

影响$本文以下内容仅考虑中大型车辆&

为了解现阶段人工驾驶车辆的横向分布特征并

以此作为自动驾驶车辆横向分布特征的参考$选取

浙江上三高速!双向四车道"行车道车道断面为研究

对象$通过架设于龙门架的高清摄像头采集车辆经

过的视频数据$时间采集时段为早 <

$$到晚

利用图像识别采集了该车道断面 #?>?辆大型车的

车轮!左侧车轮与右侧车轮"的横向分布情况!以车

道左侧道路标线中心为基准点$每#"9C 为一个统

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车轮的横向分布情况如图 #

"所示 $车轮的横

向分布明显出现以距左侧车道线中心线 #$"

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中心为基准点$每%"9C 为一个采集点 "$如图 #

所示&从图#

"可以看出$车辙深度沿横断面变化

情况与车轮沿横断面变化的情况基本一致$左侧车

辙深度最大值虽未出现在左侧轮迹最为集中的区

段$但也基本上出现在轮迹比较集中的区间&轮迹

分布显著影响路面车辙$合理的车辆轮迹分布将会

有效改变沥青路面车辙发展 $延长路面寿命 &

?@A 自动驾驶车辆横向分布设计

对于人工驾驶车辆的横向分布 $早在 #>>" 年$

X6*Y等)

就对奥地利%<个路段重型车辆的横向分

布进行统计$并利用拉普拉斯分布进行了较好的拟

合&后续 AE)*

U等)

*则证实可用正态分布较好拟

合这种横向分布特征&在本文第 #2#节中$利用高

斯双峰分布描述轮载的横向分布$将左右车轮的横

向分布进行单项拆解即成为 %个正态分布$本文选

用正态分布作为车辆的横向分布特征函数 &对于自

动驾驶卡车的横向研究而言$现阶段主要专注于车

辆横向控制器的鲁棒性以及车辆居中行驶性能$是

以车辆行车安全为单一目标的 &根据东海大桥自动

驾驶卡车行驶数据$车辆目前的横向状态目标是保

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第#$期!!!!!!!宋明涛!等%自动驾驶对沥青面层寿命及养护成本影响分析

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标签： #养护 #沥青 #自动驾驶

摘要：

自动驾驶车辆具有鲁棒的横向控制稳定性与居中车道行驶偏好，这将显著影响车辆轮迹横向分布。集中的轮迹分布将加速沥青路面车辙发展，应合理利用自动驾驶车辆横向控制，量化轮迹横向分布对路面车辙发展以及建设养护成本的影响。以浙江上三高速为对象，利用视频观测现阶段车道横断面车辆横向分布状态并测量路面车辙深度，提取了车辆横向分布基准参数；据此设计了几种轮迹分布函数并构建轮迹横向分布实施流程；通过室内试验采集材料参数，建立上三高速路面结构有限元仿真模型，分析了不同自动驾驶车辆比例以及横向分布函数下沥青罩面使用年限以及年均建设养护成本。

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自动驾驶对沥青面层寿命及养护成本影响分析

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