为自动驾驶车辆做准备
车轮横向分布对沥青路面设计的影响
技术变革的速度非常迅猛。许多对技术进步的预测表明其发展速度呈指数级增长。发明家兼未来学家雷·库兹韦尔指出："我们在21世纪经历的进步不是100年，而更像是20,000年的进步。"
随着技术进步持续颠覆汽车行业，制造商正经历前所未有的变革。自动驾驶技术预计将对多个行业领域产生深远影响。然而，关于其如何影响路面设计未来仍存在争议。
据预估，到2030年美国近四分之一的行驶里程将由自动驾驶车辆贡献，全球将有1100万辆自动驾驶车辆上路，约占全球交通总量的5%。汽车研究中心预测，到2040年自动驾驶车辆销量可能占新车销量的55%。
在准备应对预期的自动驾驶革命时，需要考虑的一个问题是：我们的道路应该为自动驾驶车辆设计，还是自动驾驶车辆应该适应我们现有的道路？
车轮横向分布
"横向分布"这一术语用于描述车轮载荷在道路上的横向分布情况。车道内车轮定位的随机性受多种因素影响，包括车道宽度和驾驶员操作模式。1993年发布的AASHTO路面设计指南未考虑横向分布因素，但已证实这是影响路面性能的关键因素，尤其是在缺乏横向分布时。
联邦公路管理局的WesTrack路面测试设施在1990年代就使用自动驾驶车辆进行研究和现场验证。这些车辆最初被设计为无横向分布运行。根据《Westrack：让智能交通系统发挥作用》一文记载，如果自动驾驶卡车以零横向分布运行，"卡车路径的精确可重复性（误差小于2毫米）会在沥青路面上复现轮胎花纹的雨槽纹路"。该文指出，集中轮迹载荷会加速路面磨损，并在狭窄的载荷区域快速形成车辙或疲劳裂缝。在认识到车辆横向分布的关键作用后，WesTrack的自动驾驶车辆被重新编程加入了横向分布以模拟驾驶员操作差异。
如今，柔性路面设计指南已更新以考虑横向分布因素。Pavement ME设计方法采用10英寸作为交通横向分布标准差的默认值。
另一个需要考虑的重要因素是载荷与路面损伤程度之间的关系。随着载荷增加，对路面的应力或损伤呈指数级增长，大致达到四次方关系。与重型卡车相比，普通客车造成的损伤可忽略不计。因此，当考虑重轴载荷集中在狭窄轮迹区域的影响时，商业货运行业向自动驾驶车辆的转型值得重点关注。
控制横向分布
在一项量化卡车横向分布对路面性能影响的研究中发现："通过编程控制自动驾驶车辆定位来实现系统性控制横向分布的能力，可延长路面使用寿命，从而降低生命周期成本。与模拟人类驾驶员正态分布的编程方式不同，在更宽路面范围内实现载荷均匀分布被证明能减轻路面损伤。当自动驾驶卡车被编程为在整个路面宽度范围内实现均匀横向分布时，可提升整体性能或降低所需路面设计厚度（Noorvand等人研究）"
另一方面，若不存在横向分布，有建议认为道路宽度可缩减达25%，车道宽度可减至最宽自动驾驶车辆的宽度。采用这种模式时，道路设计需考虑渠道化载荷，这将导致路面厚度增加。如果路面未按此类载荷设计，当自动驾驶卡车流量低至10%时，就可能导致"严重且明显的损伤（Noorvand等人研究）"
面向未来做准备
美国国家沥青路面协会首席运营官Audrey Copeland博士在2018年6月关于颠覆性技术的演讲中表示："沥青路面占美国路面基础设施的90%以上。实施自动驾驶等车辆技术最具成本效益的途径就是维护好这一基础设施。"
自动驾驶革命不会一夜之间发生，但共识是我们正在朝这个方向迈进，因此需要开始做好准备。当前的路面基础设施并非为零横向分布条件设计。随着新建道路的设计使用寿命延伸至自动驾驶时代，10英寸的交通横向分布默认值可能不再适用。
但调整路面设计并非唯一选择。调整自动驾驶车辆的横向分布也值得考虑，特别是当现有道路将承受重型自动驾驶车辆荷载时。
Fee是弗林特希尔斯资源公司明尼苏达州实验室经理。
参考文献：
- 1. 《Westrack：让智能交通系统发挥作用》（1997）Ashmore, C. 与 Mitchell, T.
- 2. 《自动驾驶车辆：卡车定位对柔性路面性能与设计影响评估》（2017）Noorvand, H., Karnati, G. 与 Underwood, S.
