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江苏大学学报（自然科学版）
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江苏大学学报（自然科学版）
 
2024年 45卷 1期
刊出日期：2024-01-10
车辆工程
农业与机械工程
计算机与通信工程
材料科学与工程
环境与土木工程
   
车辆工程
1 潘公宇， 徐申
考虑道路识别的四驱电动汽车再生制动策略
为了充分利用路面附着条件分配再生制动力，提高制动能量回收率，根据双电动机四驱结构电动汽车复合制动系统的特点，对其制动能量回收控制策略进行了研究.分析了驱动轮与地面附着特性，设计了道路识别器来计算每个轮胎与当前路面之间的峰值附着系数，并使用模糊控制策略确定每个车轮与8种道路的滑移率和附着利用率的相似输入.根据双电动机外部特性的制动力分配关系，提出了使更多制动能量回馈给电池的策略.结果表明：制动强度为0.3时，能量回收率为65.55%，具有较高的回收效率.
2024 Vol. 45 (1): 1-7 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 3163KB] ( 332 )
8 薛文平， 张春玲
基于遗传算法的汽车主动悬架变论域模糊PID控制
针对1/4车主动悬架系统，提出一种基于遗传算法（genetic algorithm，GA)的变论域模糊比例-积分-微分（proportionalintegraldifferential，PID)控制方法.在建立主动悬架系统模型的基础上，引入变论域思想设计模糊PID控制器.为进一步改善控制器减振效果，采用GA来优化变论域中伸缩因子描述函数的参数.结果表明：相比PID、模糊PID与未优化的变论域模糊PID等控制方法，基于GA的变论域模糊PID控制方法在降低车身垂向加速度、改善乘坐舒适性方面具有优越性；所提控制方法对簧载质量和车辆行驶速度不确定性具备较强的鲁棒性.
2024 Vol. 45 (1): 8-15 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1976KB] ( 246 )
16 李顺利， 蔡忆昔， 施蕴曦， 卢奕睿， 朱衎
 DOC+DPF系统对柴油机污染物排放特性的影响
对装有氧化催化器（diesel oxidation catalyst，DOC）和颗粒捕集器（diesel particulate filter，DPF）后处理系统的柴油机进行台架试验，利用烟气分析仪（Testo 350XL）和发动机废气排放颗粒物粒径谱仪（TSI EEPS 3090）研究不同负荷下柴油机原机、DOC后和DPF后排气中氮氧化物(NOx)和颗粒物（particulate matter，PM）的变化规律.结果表明:负荷大于50.0%时，DOC后的NO2体积分数φ（NO2）显著增加,柴油机原机氮氧化物中NO2体积分数φ（NO2/NOx）随负荷增加而减小，DOC后和DPF后的φ（NO2）、φ（NO2/NOx）随负荷增加先减小、后增大;柴油机原机PM排放取决于柴油机的运行工况,不同负荷下DOC的PM去除率为15%~30%，50.0%负荷下DOC的PM去除率最高，为26%；DPF的PM去除率超过90%，经过DPF后核态颗粒体积分数明显增加，聚集态颗粒体积分数明显减小.
2024 Vol. 45 (1): 16-23 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 2404KB] ( 213 )
24 徐立友，马可， 杨晴霞， 宋林涛， 马小斌
基于卡尔曼滤波的动力电池SOC估算 
  由于传统无迹卡尔曼滤波估算方法具有局限性，为了能准确估算动力电池荷电状态（state of charge，SOC），提出了一种基于无迹卡尔曼粒子滤波的动力电池SOC估算方法.以三元锂电池为研究对象，建立了电池二阶RC等效电路模型，通过对电池进行充放电试验辨识出模型参数，并验证模型准确性.采集了实际工况下的电池数据，分别用无迹卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法和无迹卡尔曼粒子滤波算法估算电池SOC，在MATLAB中进行了仿真试验，并对估算的电池SOC进行比较.结果表明：无迹卡尔曼粒子滤波算法可以快速准确地估算出电池SOC，误差小于2.5%，优于另外2种算法.
 
2024 Vol. 45 (1): 24-29 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 20874KB] ( 248 )
30 单春贤， 杨鹏， 唐爱坤， 夏灯富
 电动汽车电池组冷媒直冷系统工作特性的试验
 针对一种利用电动汽车空调制冷剂直接冷却电池组的锂离子电池热管理系统，设计了基于口琴管式冷板的电池模组.进行了直冷和液冷的比较，研究了环境温度、压缩机转速、阀门开度及放电倍率对制冷剂流量和蒸发温度的影响，以及对电池组散热特性的影响.结果表明：采用直冷方式在控制电池组平均温度上比液冷具有更好的冷却效果；压缩机转速增加对电池组有明显的控温效果，在3 500 r/min的转速下即使是2.0 C的高倍率放电也能控制温度在40.00 ℃以下；阀门开度增大有利于电池组平均温度的下降，但不利于电池组温差的降低；在电池组温差较大的情况下，单体电池温差能占到电池组温差的88%.
2024 Vol. 45 (1): 30-37 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 9589KB] ( 225 )
农业与机械工程
38 文韬， 代兴勇， 李浪， 刘豪
 基于机器视觉与光谱融合的柑橘品质无损检测分级系统设计与试验
 针对柑橘果径、着色率和内部糖度3项关键品质指标，基于双锥滚子式果杯传输线设计了一套柑橘综合品质无损检测分级系统，该系统主要包括喂料部分、机器视觉检测模块、近红外光谱检测模块和分级执行部分.机器视觉检测模块采用单相机拍摄不断翻滚的柑橘视频来获取大量不同姿态的柑橘图像，并进行轮廓提取，以单个柑橘所有帧图像的最小外接圆直径的平均值计算果径，以每一帧图像得到的其二维黄色占比的平均值作为全表面着色率.在近红外光谱检测模块中设计了透射式光路，采集柑橘透射率光谱，并按在线检测时柑橘出现的两种高频姿态建立了混合姿态糖度检测模型，对比不同预处理方法下的建模结果，选取应用效果较优的多元散射校正（MSC）后建立的偏最小二乘法（PLS）模型.在线试验结果表明：果径检测的最大绝对误差为-1.42 mm，着色率检测的最大绝对误差为0.048，糖度检测结果的相关系数为0.817，均方根误差为0.658%.内外品质的联合检测分级按判别树决策方法确定了3种品质的联合分级方式，在分选速度为5个/s时，综合分级的平均准确率可达到91.16%，该检测分级系统整体结构简单，对于类球形水果具有较强的适用性，在产业化应用上有很大的潜力.
2024 Vol. 45 (1): 38-45 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 3382KB] ( 272 )
46 商高高， 姜锟， 韩江义， 倪万磊
 一种轻量型果园环境果实检测方法
 果园环境下柑橘的快速准确检测是自主采摘机器人作业的关键.针对现有的模型过于冗余、检测速度与精度不平衡等问题，提出一种轻量型果园环境果实检测方法.在YOLOv4算法的基础上引入焦点损失函数（Focal Loss）来提高模型在二分类检测任务中的负样本挖掘能力，并针对模型参数冗余等问题提出一种优化的模型剪枝方法.试验结果表明：提出的方法在果园环境中柑橘果实数据集检测得到的平均精度均值（mean average precision，MAP）达到94.22%，相较于YOLOv4模型提高了1.18%，模型参数减小了95.22%，模型尺寸为原来的4.84%，检测速度为原来的4.03倍.
2024 Vol. 45 (1): 46-52 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 10122KB] ( 295 )
53 潘中永， 张帅， 刘月伟， 杨孟子
喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性分析
 为了研究喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性，以轴流式喷水推进器为研究对象，对喷水推进器在不同来流含气条件下进行全流域定常数值仿真，得到了不同来流含气条件下进水流道各截面气相体积分数分布特征和不均匀度变化规律.计算结果表明：在低航速区间时，进水流道内流量小、流速低，受管道几何结构影响，下部弯管处流体堆积现象明显，随着航速的升高，流量增大、流速提高，流体在上部弯管处产生流动分离，导致堆积区向上部弯管转移；在来流含气条件下，进口含气率和气泡直径的增大，会导致气液两相干涉作用变强，造成气体堆积现象加剧，影响流面的不均匀度.
2024 Vol. 45 (1): 53-59 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 4121KB] ( 230 )
计算机与通信工程
60 惠红军， 杨洋， 詹永照， 朱韵晨， 曾兰玲
 双边加权引导图像滤波
  针对经典方法对光晕等伪影抑制能力不足的问题，将双边权重嵌入到引导滤波中，提出一种新型局部方法称之为双边加权引导图像滤波.该方法目标函数为双边加权岭回归模型，此模型可通过双边滤波的迭代执行来求解.为提高计算效率，采用双边滤波的近似加速版本.通过对滤波核进行分析，可知双边加权引导图像滤波提供了比传统方法更灵活的保边及滤波控制.最后将该滤波方法的适用范围拓展到彩色图像上.为评估双边加权引导图像滤波，在保边模糊与人像磨皮这2种图像处理应用上进行试验，并进行了计算效率的对比分析.结果表明：与多数经典保边滤波方法相比，双边加权引导图像滤波产生的结果具有更好的视觉效果，所提出方法的指标BIQI、IL-NIQE、SSEQ分别达到20.082、47.026、53.103.
2024 Vol. 45 (1): 60-66 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [PDF 9717KB] ( 206 )
67 黄金钾， 詹永照， 赵逸飞
 整体与局部相互感知的图网络时序动作检测
 针对目前动作检测与定位方法未综合利用整体与局部相互感知的时空关系信息、不利于提升动作检测与定位性能的问题，提出整体与局部相互感知的图网络时序动作检测方法.该方法综合利用各动作提案的特征相似性和时序重叠度构建整体关系图推理子网络，通过学习获得提案，该提案包含更丰富的整体时空特征表示；利用提案发生的时间偏序关系，构建局部关系图推理子网络，该子网络包含多个级别三体相似图和三体互补图的结构，通过学习获得不同时间尺度下提案的局部关系信息；最后构成整体与局部关系相互感知的丰富特征表达，用于动作检测与定位.采用平均精度均值作为评价指标在2个公开数据集（Thumos14和ActivityNet1.3）上进行了试验.结果表明，与PGCN、G-TAD、TAL-Net、CDC等先进方法相比，文中方法能有效提高动作检测的性能.
2024 Vol. 45 (1): 67-76 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 1750KB] ( 222 )
77 王进， 王猛旗， 张昕跃， 孙开伟， 朴昌浩
基于多头注意力机制字词联合的中文命名实体识别 
  针对现有基于字词联合的中文命名实体识别方法会引入冗余词汇干扰、模型网络结构复杂、难以迁移的问题，提出一种基于多头注意力机制字词联合的中文命名实体识别算法.算法采用多头注意力机制融合词汇边界信息，并通过分类融合BIE词集降低冗余词汇干扰.建立了多头注意力字词联合模型，包含字词匹配、多头注意力、融合等模块.与现有中文命名实体识别方法相比，本算法避免了设计复杂的序列模型，方便与现有基于字的中文命名实体识别模型结合.采用召回率、精确率以及F1值作为评价指标，通过消融试验验证模型各个部分的效果.结果表明，本算法在MSRA和Weibo数据集上F1值分别提升0.28、0.69，在Resume数据集上精确率提升0.07.
2024 Vol. 45 (1): 77-84 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 1583KB] ( 241 )
85 刘庆强， 孙艳茹， 刘远红， 吴丽
 基于共享近邻加权局部线性嵌入的轴承故障诊断
 针对传统局部线性嵌入算法在挖掘局部流形结构时未充分考虑样本邻居分布信息，且在降维过程中默认样本具有相同的重要性导致提取鉴别特征不明显的问题，提出基于共享近邻的加权局部线性嵌入（weighted local linear embedding based on shared neighbors, SN-WLLE）算法，并用于滚动轴承故障诊断.该算法首先使用余弦距离划分样本邻域；其次计算样本邻域对相似度用以评估样本共享近邻信息，并结合样本的6种邻居分布修正局部结构挖掘，提高多共享近邻的k近邻重构准确性；接着从多流形的角度评估样本点与近邻点间的稀疏分布一致性，以获得样本的重要性指标，并在低维空间保持该信息，进而提取准确的鉴别特征；最后结合KNN分类器构建出完备的轴承故障诊断模型.采用凯斯西储大学轴承数据集和实验室测试平台轴承数据集，从可视化评估、定量聚类评估、故障识别精度评估及鲁棒性评估等方面进行分析.结果表明：SN-WLLE算法的F值保持在108以上水准，平均故障识别精度最低可达0.973 4，不仅具有较好的类内紧致性与类间可分性，还对近邻参数k具有低敏感性.
2024 Vol. 45 (1): 85-91 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 1665KB] ( 200 )
材料科学与工程
92 袁新华， 刘帅， 孟付良， 陈泽宇， 覃远， 徐春雨， 费宏伟
 DES磁性分子印迹材料的制备及其吸附分离性能
 利用溶剂热法制备纳米Fe3O4，并将其分散在正硅酸乙酯（TEOS）水解液中，在表面沉积一层SiO2.用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）对SiO2-Fe3O4表面改性，得到MPS-SiO2-Fe3O4.将甲基丙烯酸（MAA）与己烯雌酚（DES）以摩尔比4 ∶1加入乙腈溶剂中，进行12 h自组装，再加入MPS-SiO2-Fe3O4、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）和偶氮二异丁腈（AIBN），进行超声分散30 min，65 ℃条件下机械搅拌，反应24 h，制得DES磁性分子印迹聚合物（MMIP）.采用透射电镜、振动样品磁强计和吸附试验等方法进行表征分析.结果表明：MMIP的饱和磁化强度为268 kA/m，无磁滞现象，矫顽力为0，表现出超顺磁性，在磁铁作用下17 s就可与溶液分离；室温下，MMIP对DES的静态最大吸附量为7.1 mg/g，动态吸附时MMIP在60 min时可以达到静态最大吸附量的90%以上；MMIP对DES的印迹因子为3.70，因而对DES有较大的识别能力；MMIP可重复使用6次以上，具有良好的再生循环性能.
2024 Vol. 45 (1): 92-98 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 4912KB] ( 258 )
99 吴卫国， 毕佳楠， 魏崴
 变截面消声管道耦合Helmholtz腔结构的声学性能
 
 基于局域共振理论与管道消声理论，设计了一种变截面消声管道耦合Helmholtz谐振腔的声学超材料结构，并运用COMSOL软件进行仿真研究.在此基础上，探讨了变截面声学超材料结构的几何参数对吸声系数峰值的影响，运用声学试验测试了该声学超材料结构的声学性能.结果表明：该变截面声学超材料结构在低频范围（200~600 Hz）内可实现良好的吸声效果；通过改变管道小孔的截面半径，可以实现声学超材料结构固有频率的定向调节；与普通Helmholtz腔相比，该声学超材料结构的吸声系数峰可在一定低频范围内移动，提高了结构在低频范围内的吸声效果，拓宽了吸声系数峰值对应频率的范围；声学超材料结构的几何参数得到了优化，具有良好的吸声效果.
2024 Vol. 45 (1): 99-104 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 25448KB] ( 160 )
105 朱军， 南怀春， 郭向伟， 刘鹏辉， 杨明
 新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG设计与分析
  为解决传统Halbach永磁阵列无铁芯轴向磁通永磁发电机（AFPMG）由于磁极永磁体用量增加而导致功率密度降低的问题，提出了一种变辅助磁极参数（极角和充磁夹角）的新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG.采用三维有限元法，对新型三段Halbach永磁阵列辅助磁极极角和充磁夹角进行了多目标优化设计，从而确定了最佳辅助磁极参数.最后对比了无铁芯AFPMG中采用不同磁极结构对发电机电压波形质量和功率密度的影响.结果表明：新型永磁发电机可以使发电机电压正弦波畸变率由2.40％下降为0.44％；相较传统两段Halbach和传统三段Halbach永磁阵列的无铁芯AFPMG，新型永磁发电机功率密度得到显著提高；新型永磁发电机的永磁体用量减少了16.68%，进而减轻了转子盘质量，使发电机更加适于低风速下稳定发电.
2024 Vol. 45 (1): 105-111 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 2044KB] ( 196 )
环境与土木工程
112 韩志湘， 代晓婷， 熊杰
一种用于过氧亚硝酸根检测的近红外比率荧光探针的研制
  设计合成了一种基于半花菁的近红外比率荧光探针分子Cy-P，并将其用于活细胞中的外源性和内源性过氧亚硝酸根（ONOO-）荧光成像检测.研究结果表明：探针分子Cy-P自身具有较大的π共轭结构，其最大发射波长在近红外区域；加入ONOO-后，强氧化性的ONOO-会导致Cy-P的π共轭体系被破坏，并生成蓝色荧光物质，最大发射波长蓝移了268 nm；探针分子Cy-P对ONOO-线性检测范围为0~15 μmol/L，检测下限为13 nmol/L；该探针分子对ONOO-的识别性能优于其他各种可能干扰的生物分析物；该探针分子具有低细胞毒性，适用于活细胞中的外源性和内源性ONOO-的成像检测.
2024 Vol. 45 (1): 112-118 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 4828KB] ( 225 )
119 刘宁， 李迪安， 刘黎萍， 朱奇， 张志涛， 黄羽， 门光誉
 EC130温拌剂对SBS改性沥青高温性能及抗疲劳性能的影响
 作为制备沸石发泡沥青的发泡剂，EC130温拌剂释放的发泡水和残留的沸石矿物对沥青的性能有着不同的影响.为研究EC130温拌剂对SBS改性沥青高温性能和抗疲劳性能的影响，采用石灰岩矿粉、EC130沸石矿物和EC130温拌剂等3种添加物，设计了以添加物掺量为变量的单因素试验.以石灰岩矿粉为参照对象，通过温度扫描试验、多重应力蠕变恢复试验和线性振幅扫描试验，分析了EC130沸石矿物和EC130温拌剂释放的发泡水对SBS改性沥青高温性能和抗疲劳性能的影响.结果表明：同石灰岩矿粉一样，沸石发泡沥青中的EC130沸石矿物使沥青弹性增大、黏性减小，有利于抗车辙性能的提升，但不利于抗疲劳性能；沸石发泡沥青中的发泡水使其黏性增大、弹性减小，有利于抗疲劳性能的提升，但不利于抗车辙性能.
 
2024 Vol. 45 (1): 119-124 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 1829KB] ( 226 )
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