论文总字数：27786字

摘 要

论文作者签名： 何寄言 导师签名：日期： 2018年5月29日

面向自动驾驶车辆的路面结构疲劳研究

学号 21714138 学生姓名 何寄言

指导教师 于斌

摘要

现如今，随着高速公路和交通工具的发展，很多交通问题也随之出现，比如交通工具的故障和交通事故的发生。因此，很多学者致力于此类问题的解决，在过去的几年中，汽车和科技行业在将电脑化带入驾驶领域，自动驾驶车辆有可能从根本上改变交通系统。本文主要内容如下：

（1）介绍了自动驾驶汽车，为了对比自动驾驶汽车和传统汽车的区别，依照HeadwayACC测试方法和TSM模型来研究，得出在同样条件下的自动驾驶汽车和传统汽车的最大安全速度。

（2）利用ABAQUS建立半刚性基层路面结构仿真模型，为体现车速的影响故施加动态荷载，研究一次行车荷载对沥青层底最大拉应变的影响，对比自动驾驶汽车和传统汽车。

（3）改变路面结构的模量、层厚等参数，研究自动驾驶汽车的车速下路面结构如何实现提高疲劳寿命。

总结而言，车速的变化对半刚性基层路面疲劳寿命的影响并不大，故面向自动驾驶汽车的路面疲劳和传统汽车相差不大。由于自动驾驶汽车的车速增快了，一次作用的时间减小，并且车辆之间的车距减小。真实情况下，由于总体车辆重复荷载频率增加，就时间上来看，其产生路面的疲劳损坏更快。在本文研究范围内，仅增加水泥稳定碎石模量、水泥稳定碎石层厚度均能提高沥青面层疲劳寿命。

关键词：自动驾驶循环；ABAQUS有限元模型；路面疲劳

Research on Fatigue of Pavement Structure for Automatic Vehicles

21714138 He Jiyan

Supervised by Yu Bin

Abstract

Nowadays, with the development of highways and vehicles, many traffic problems have emerged, such as the failure of transportation and the occurrence of traffic accidents. In the past few years, the automobile and technology industries have brought computerization into the driving field, and autonomous vehicles may deeply change the transportation system. The content of this paper is as follows:

(1) The principle of automatic cars is introduced. In order to compare the difference between automatic cars and traditional cars, the headway ACC test method and the TSM model are studied to obtain the maximum safe speed of two kinds of cars under the same conditions.

(2) Using ABAQUS to establish a semi-rigid basement pavement structure simulation model, in order to reflect the impact of vehicle speed, dynamic loads are applied to study the influence of a single lane load on the maximum tensile strain of the asphalt layer, and to compare the automatic cars and traditional cars.

(3) By changing the parameters of modulus, layer thickness and other parameters of the pavement structure, study how to improve the fatigue life of the pavement structure under the speed of an automatic car.

In summary, changes in vehicle speed have little effect on the fatigue life of semi-rigid base pavements, so road fatigue based on automatic cars is not much different from that of traditional cars. As the speed of a self-driving car increases, the time for one action decreases and the distance between vehicles decreases. In real conditions, due to the increase in the frequency of repeated vehicle loads, the fatigue damage caused by the pavement is faster in terms of time. Only increasing the cement stabilized crushed stone modulus, and the thickness of the cement stabilized crushed stone can all improve the fatigue life of the asphalt surface.

Key words：Automatic Driving Cycle; Finite Element Model; Pavement Fatigue;

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 1

1.3 本文主要内容 3

1.4 技术路线图 4

第二章 主要技术原理 5

2.1 自动驾驶汽车原理 5

2.2 对比传统汽车与无人驾驶汽车 5

2.2.1 自动驾驶循环 6

2.2.2 传统汽车与无人驾驶汽车 7

2.3 面层沥青混合料 8

2.4 路面疲劳 9

2.5 本章小结 10

第三章 路面结构仿真模拟 11

3.1 ABAQUS有限元程序简述 11

3.1.1 有限元法 11

3.1.2 ABAQUS有限元软件的优点 11

3.2 ABAQUS模型选择 11

3.2.1 平面建模 12

3.2.2 三维ABAQUS/CAE建模 12

3.3 ABAQUS模型参数 15

3.3.1 基本参数 15

3.3.2 减缩积分单元的选择 16

3.3.3 真实应变 16

3.4 本章小结 17

第四章 基于ABAQUS模型的数据分析 18

4.1 自动驾驶汽车与传统汽车的对比 18

4.2 基于自动驾驶汽车路面结构计算结果分析 20

4.2.1 改变水泥稳定碎石层模量 21

4.2.2 改变水泥稳定碎石层厚度 23

4.2.3 改变SMA-13层模量 24

4.2.4 改变Sup-25层厚度 26

4.3 本章小结 27

结论与展望 28

5.1 本文总结 28

5.2 研究展望 28

致谢 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

在过去的几年中，汽车和科技行业在将电脑化带入驾驶领域，这是一个多世纪以来人类功能的重大突破。各个品牌的新的汽车型号，越来越多地包括自适应巡航控制（ACC）和停车辅助系统等功能，这些系统可以实现让汽车自己进入停车位等只能操作。一些公司通过创建自动驾驶车辆（AVs）来推动技术进一步发展，可以在现有道路上自动驾驶，并且可以在几乎没有直接人为输入的情况下，在多种类型的道路和环境背景下驾驶。假设这些技术成功并可用于大众市场，AV有可能大幅改变交通网络。

自动驾驶车辆有可能从根本上改变交通系统，避免致命的碰撞，为老年人和残疾人提供重要的机动性，增加道路通行能力，节省燃料，降低排放。公共设施和车辆的互补趋势可能导致我们将车辆作为自有产品导向按需服务。基础设施投资和运营改善，差旅选择和停车需求，土地使用模式以及货运和其他活动可能受到影响。此外，客舱可能会改变：司机可以在车舱内安全地工作，比如使用他们的笔记本电脑，吃饭，阅读书籍，看电影或打电话给朋友。

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