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• 2019年, 40卷, 第3期
  刊出日期：2019-05-10

    

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  基于混合SA算法的智能汽车全局路径规划

  吴麟麟, 杨俊辉, 汪若尘, 叶青, 孙泽宇

  2019, 40(3): 249-254. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.001

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  针对目前智能汽车路径规划存在A*算法规划的路径精度高却搜索耗时长、搜索耗时短但精度差的矛盾问题,提出了一种既保证搜索效率又可提高路径精度的混合连接SA算法.在原有连接方式的基础上，提出了一种新型的连接方式和S算法，设计了混合SA算法的切换机制，确保了SA算法可获取保证搜索效率的次优路径.进行了路径规划单一地图仿真试验，验证了SA算法在不同的单一环境地图中，重复规划的路径具有一致性、耗时具有一定局限性；同时进行了路径规划普适性仿真试验，对比分析了混合连接SA算法与四连接A*算法的各项性能指标.结果表明：在全局工况下，SA算法相比于四连接A*算法，在保证搜索耗时优势的同时，提高了规划路径精度，尤其是在低百分比障碍物地图下，效果更为明显.
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  面向多工况的智能车换道轨迹规划方法

  王海, 徐康俊, 蔡英凤, 陈龙

  2019, 40(3): 255-260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.002

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  针对智能汽车在结构化道路上换道时存在的可行性和安全性问题,分不同工况进行轨迹规划的研究.在简单的无障碍换道时,提出一种新的改进余弦换道模型,使换道轨迹曲率连续、过渡平滑.当需要避障换道时,采用多项式来描述换道轨迹,提出基于评价指标的边界条件选取.同时,通过预测交通车的行驶轨迹,进行双5次多项式规划以避开交通车.在弯道换道时,也采用多项式的方法,考虑坐标的转化,得到以初始坐标系为基准的边界条件.仿真结果表明:提出的轨迹规划方法较已有算法在效率、舒适性、安全性等指标上具有良好的换道性能.
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  电动汽车用轮毂电动机前沿技术动态及展望

  李勇, 吴浩, 张博翰

  2019, 40(3): 261-268. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.003

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  介绍了国内外轮毂电动机技术的前沿动态与应用现状，系统叙述了永磁轮毂电动机的类型、结构与研究概况，归纳总结了永磁轮毂电动机磁场调节的3种方式，阐述了永磁轮毂电动机结构优化设计、转矩控制策略、轮毂电动机电磁振动与电磁噪声控制方法等关键技术.同时，对永磁轮毂电动机多物理场耦合效应等问题进行了分析.最后对电动汽车用轮毂电动机集成设计、容错、线控、多场耦合分析及整车优化设计等技术进行了讨论，并对其未来发展趋势进行了展望.
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  商用车混合动力电控转向系统的操稳性与节能性

  尹晨辉, 江浩斌, 唐斌, 朱宸, 林子晏, 尹玥

  2019, 40(3): 269-275. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.004

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  为了提高重型商用车的高速转向“路感”,并降低转向系统能耗,在电液复合式转向系统的基础上提出了一种带有助力矩耦合装置的混合动力电控转向系统(electronically controlled hybrid power steering system,ECHBPS)．阐述了ECHBPS的结构组成和工作原理,以降低转向系统能耗为目标,对液压助力子系统参数进行了重新匹配,根据驾驶员在不同车速下偏好的转向盘力矩,设计了电动助力子系统和液压助力子系统的助力特性曲线,建立了ECHBPS功率损耗模型．进行了Matlab／Simulink与Trucksim的联合仿真,结果表明:与传统的液压助力转向系统(hydraulic power steering system,HPS)比较,在原地转向工况下,ECHBPS转向轻便性提高了21.3％;在转向盘中心区转向工况下,ECHBPS的转向“路感”提高了108.96％;在转向工况及直线行驶工况下,ECHBPS能耗分别降低了15.74％和62.61％.
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  响应曲面法在柴油机配气相位优化中的应用

  孙旭, 何仁

  2019, 40(3): 276-281. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.005

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  使用AVLBOOST建立某186F柴油机的计算模型,通过计算模型产生响应曲面设计试验点的数据.采用中心复合设计将得到的响应数据建立响应曲面模型,并对响应模型进行方差分析及回归系数显著性检验,确保所建立的三元二次模型的可信度.由响应模型绘制等值线图、响应曲面图. 使用Minitab响应优化器求解标定转速处最优的配气相位,并采用优化后的配气凸轮进行柴油机试验验证.结果表明:进气迟闭角对该柴油机标定点的比油耗影响最为明显,排气提前角次之,适当增大进气迟闭角、排气提前角和气门重叠角可以提高柴油机高转速区的充量系数和经济性;当转速超过2 800 r·min-1时,充量系数和比油耗较原机均有不同程度的增大与减小,其中标定点处的比油耗降低了2.12％,充量系数增大了4.88％.
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  基于ANSYS的轴流泵转子系统有限元分析

  曹卫东, 张骞, 李伟, 徐玉敏

  2019, 40(3): 282-287. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.006

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  为了研究预应力对便携式轴流泵叶片的应力及应变的影响,基于有限元理论,在Workbench平台上,采用ANSYS CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构进行耦合求解.其中流场计算选用以雷诺平均方程为基础的SST kω湍流模型.结构计算采用弹性体结构动力学方程,对叶轮叶片在不同流量工况下的变形和应力分布以及各阶模态变化进行了计算.结果表明:在水体作用力和旋转离心力作用下,轴流泵叶片的最大变形发生在叶片进口轮缘处,且从轮毂到轮缘的径向方向上,变形程度逐渐变大;在叶轮压力面靠近轮毂附近区域出现应力集中,各工况最大应力值均远小于最大拉应力,能够满足强度要求;有无预应力对转子系统的各阶模态影响很小,且不同流量工况下各阶模态的变化也很小.
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  基于μCT的番茄穴盘苗根系结构及分布特征

  毛罕平, 刘洋, 徐静云, 韩绿化, 李亚雄, 李华

  2019, 40(3): 288-294. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.007

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  为了获得清晰的番茄穴盘苗根系原位三维图形和表达根系的分布特征,利用X射线μCT对番茄苗钵进行扫描和根系重构,当扫描电压、电流和分辨率分别为55 kV,72 μA,45 μm时,重构的根系体积与实测的体积相对误差为4.77％.垂直方向上,根系密度变化显著,苗钵在根系分布密度较低的中间区域易发生断裂,可以用各区域根系分布密度的最小和最大值的比值作为评价根系分布均匀程度的指标;水平方向上,侧根主要分布在苗钵外围,起到包裹育苗基质和防止苗钵散坨的作用,可以用苗钵外围的根系分布密度作为评价根系包裹基质紧密程度的指标.当育苗基质用草炭、蛭石和珍珠岩按3 ∶1 ∶1体积比混合制成,基质的压实度取1.2倍穴孔体积时,根系分布均匀程度为0.564,外围根系分布密度为0.021 1.
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  农业有机废弃物能源化利用现状及新技术展望

  陈天宇, 曹俊, 金保昇

  2019, 40(3): 295-300. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.008

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  我国农业有机废弃物产量大,不当处置会造成严重的环境污染.能源化利用是农业有机废弃物资源化利用的重大突破,符合生态、环保、可持续的社会经济和能源开发发展方向,应用潜力巨大.综述了农业有机废弃物能源化利用的产业现状和面临问题,同时分析了我国农业有机废弃物能源化利过程中的技术瓶颈,并结合社会、经济的发展目标,从我国能源政策、市场发展、法律法规等方面,对农业有机废弃物资源化利用新技术应用前景提出展望.
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  一种新型直动式钵苗分苗装置的设计与试验

  石新异, 杨启志, 徐莉, 孙梦涛, 毛罕平

  2019, 40(3): 301-306. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.009

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  目前蔬菜移栽机的分苗装置普遍采用旋转托杯(苗杯)的方案,这种方案为动态投苗，易挂苗、动力传动系统复杂、传动力矩大．为解决上述问题,提出了一种新型直动式钵苗分苗装置．阐述了分苗装置的工作原理,对分苗装置的主要零部件（直线移动装置、落苗装置、苗杯）进行了具体的结构和驱动设计;进行了定位误差试验与分苗成功率试验,并对分苗的效果进行了检验．试验发现:直动式分苗装置可以很好地实现瞬态静止接苗与分苗,接苗、分苗成功率高,且不易挂苗．苗杯直线移动的定位精度随着分苗速度的提高而逐渐下降,通过给电动机设定不同的脉冲频率优化之后,产生的误差数值保持在 0.2～0.8 mm,满足分苗定位要求;对分苗装置进行了分苗试验,分苗成功率随着分苗速度的增加而逐渐下降,当分苗频率为70株·min-1·行-1时,分苗的成功率为95.03％．表明该分苗装置能够满足目前多行全自动移栽机的分苗速度及精度要求．
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  设施农业喷雾机器人的组合视觉导航方法

  王鹏, 耿长兴, 王蓬勃

  2019, 40(3): 307-312. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.010

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  温室环境下,针对喷雾机器人在直线路径行驶时会存在偏差,在转弯路径处又需迅速获得导航信息的情况,设计一种导航线和QR码组合的视觉导航算法.在直线行驶路径贴上红色导航线,对采集到的图像处理后获得偏差、偏角进行方向修正,实现直线行驶精准导航.但导航线导航在转弯行驶时存在转弯效率低、偏差大等问题,因此设计QR码导航方法,通过识别贴在转弯处的存储有导航和决策信息的QR码,完成转弯处的迅速精准导航的要求.采集各种工况下导航线和QR码图像各120幅进行算法验证,导航线的平均纠正率为93.33％,QR码平均识别率为92.50％.导航试验结果表明:行驶速度在2.0 m·s-1时,导航线和QR码的最大导航偏差分别为2.0和3.5 cm,满足喷雾机器人导航的实时性和准确性要求.
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  基于覆盖率的面向对象软件自适应随机测试方法

  谢网根, 陈锦富, 葛宏河, 张祖法, 曾智锋, 周敏敏

  2019, 40(3): 313-319. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.011

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  针对现有面向对象软件(OOS)自适应随机测试中挑选测试用例的有效性及错误检测率不高的问题,提出了基于覆盖率的面向对象软件自适应随机测试方法.新方法在生成候选测试用例集时考虑了代码覆盖率信息,将语句覆盖率同测试用例差异性信息综合考虑来挑选将执行的测试用例,从而提高错误检测率.给出了覆盖率动态排序监测技术整体框架、预处理模块、程序插桩模块及排序模块;叙述了DTCGOOSCov算法.采用ID3Manage,RabbitAndFox,SATM,SchoolManagement,WaveletLibrary以及WindShieldWiper这6个被测类库,将新方法与传统自适应随机测试方法和纯随机测试方法进行了对比试验.结果表明:基于覆盖率的OOS自适应随机测试方法在Fm和Em这2项指标上要优于其他2种方法.
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  基于生产函数理论的碳排放量模型及应用

  吴剑, 许嘉钰

  2019, 40(3): 320-324. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.012

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  为了准确预测经济社会发展及能源消费的二氧化碳排放量(简称碳排放量),提出了基于生产函数理论的碳排放量模型.首先,以生产函数为理论基础,结合碳排放量与经济社会发展及能源消费相关的事实,构建了碳排放通用模型;利用经典的碳排放模型,验证了通用模型模型的合理性.其次,根据我国可能出现的发展情况,以人口、GDP、城市化率、能源强度、能源结构和产业结构等作为驱动因素,推导出适合我国的碳排放系列模型.最后,将国家统计局历史数据和外推法驱动因素数据带入碳排放预测模型中,实现对我国碳排放量预测.结果表明:新碳排放量模型更加符合实际情况;人口、GDP和城市化率是碳排放的主导驱动因素;用新模型预测得出我国碳排放在2027年左右达到峰值,经济社会发展将在2030年前实现脱碳.
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  增氧地下滴灌对温室紫茄土壤通气性的影响

  雷宏军, 金翠翠, 胡世国, 潘红卫, 李彦彬, 王露阳

  2019, 40(3): 325-331. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.013

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  以郑州壤质黏土为供试土壤,紫茄为供试作物,设置常规地下滴灌(CK)为对照,研究以循环曝气为增氧方式的增氧地下滴灌(ASDI)对温室紫茄生长及土壤通气状况的影响.结果表明,与CK相比,ASDI处理下15 cm土层Eh最大提高47.92％,DO最大提高26.95％,而开花期Rs最大提高39.24％,紫茄根长增加23.89％,根系活力提高28.61％,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度分别提高11.76％,8.02％,16.67％,叶绿素含量增加7.34％,株高增加22.04％,产量增加25.71％,水分利用效率提高25.82％,作物氮、磷、钾利用效率分别提高55.56％,42.86％,43.75％,且存在显著性差异(P<0.05).增氧地下滴灌显著改善了土壤通气状况,促进温室紫茄的生长状况,提高作物水分、养分利用效率,进而可实现作物增产的目的.
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  基于Meta评价控制性分根交替灌溉的作物水分利用效率

  郑健, 潘占鹏, 颜斐, 冯正江, 马彪

  2019, 40(3): 332-337. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.014

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  为了确定控制性分根交替灌溉(CRDI)对作物水分利用效率(WUEC)的作用,收集CRDI的相关试验数据,应用Meta分析方法定量分析了不同区域、气候条件、种植条件、灌溉制度和作物类型下CRDI对WUEC的影响.结果表明:在中国范围内,CRDI提升WUEC为28.9％,西北地区WUEC提升最为显著达到了49.29％;年均降水量在200～800 mm的区域,CRDI能够使WUEC提升29.92％,而在南方地区和年均降水量>800 mm的区域,WUEC提升不显著;在年均气温高于12 ℃的区域WUEC提升更明显,可以达到36.98％;CRDI在温室大棚中WUEC提升最为显著,达到了53.45％;CRDI技术应用到地面畦灌、固定灌溉、沟灌和滴灌后,其WUEC分别提升37.03％,21.41％,16.59％和32.56％.可见控制性分根交替灌溉能有效提高WUEC,但提升率会受到作物种植条件、种植区域的气候条件、灌溉方法和作物种类等因素的影响.
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  6061铝合金焊接前纳秒激光预处理机制与试验

  佟艳群, 陆勤慧, 李瑞峰, 周建忠, 陈小明, 任旭东

  2019, 40(3): 338-343. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.015

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  利用高效、无损、绿色环保的激光清洗技术进行焊前预处理,采用热传导偏微分方程,理论分析6061铝合金焊前激光预处理氧化层机制.结果表明:激光作用下,材料表面温度迅速增加;Al2O3吸收相同激光能量的温度峰值为铝合金基体的4倍;激光脉宽越宽,热效应越明显;激光预处理6061铝合金表面氧化层的机制为气化机制.采用纳秒短脉冲光纤激光器预处理,研究焊前激光预处理表面的形貌及氧元素质量分数等特征,结果表明:由于高激光能量的热效应,预处理过程容易造成二次氧化,随着激光功率增大,坑深趋于稳定;激光功率15～25 W时,可以有效去除表面氧化层;激光功率小于15 W时,表面仍有氧化层残余.
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  磁场处理2024铝合金的塑性和微观机制

  李桂荣, 李超群, 韩松, 王宏明, 程江峰

  2019, 40(3): 344-349. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.016

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  在不同磁感应强度B和脉冲数N下,用强脉冲磁场处理2024铝合金试样,进行力学性能和电子顺磁共振波谱测试.结果显示:合金延伸率和未成对电子数之间呈现对应关系;当B=1 T,N=30个时,合金延伸率最大,此时波谱曲线上吸收强度最大,对应未成对电子数最多.分析认为:在优化参数条件下,因磁场能量满足电子激发条件,促使未成对电子数增高,材料顺磁性增强;未成对电子来自位错和合金相等位错钉扎中心,含有这些未成对电子的结构单元构成自由基对,在磁场作用下,自由基对从单线态向三重态发生转化,对应位错和钉扎中心结合键能由强变弱,有助于位错退钉扎和塑性提高.
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  水泥混凝土路面板再生集料工程特性强化方法

  李强, 王志兵, 叶万涛, 李国芬, 商健林

  2019, 40(3): 350-354. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.017

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  为改善水泥混凝土路面板再生集料的工程特性,分别采用物理磨耗法与化学试剂喷涂法,对再生集料进行了强化处理,研究了钢球数量、转动圈数、化学试剂类型、试剂用量和拌和时间对再生集料吸水率和压碎值的影响,并对强化前后表面形貌进行了微观扫描分析．结果表明:采用物理和化学强化法均可以显著改善再生集料的工程特性;最优的物理磨耗试验条件为采用8个钢球和转动300圈,最优的化学强化试剂为有机硅树脂,最佳用量和拌和时间分别为2％和30 s;物理磨耗可以去除再生集料表面的硬化水泥浆体,化学试剂通过固化成膜来修复再生集料微观损伤,均可有效地降低其吸水率和压碎值.
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  混凝土内锈蚀钢筋的漏磁信号分析

  周建庭, 张森华, 张洪, 黎小刚, 张泽宇

  2019, 40(3): 355-359. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.018

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  将漏磁检测技术应用于混凝土内部钢筋的锈蚀检测中，以磁偶极子模型为理论依据，在对锈蚀钢筋进行数值模拟的基础上，完成了对10个试件的加速锈蚀、磁信号采集及分析.提出了基于磁偶极子模型的钢筋锈蚀损伤漏磁场空间分布计算理论，计算了锈蚀钢筋的漏磁场的空间分布，分析得到沿试件纵向的磁感应强度Bxx曲线图和磁感应强度梯度Kxx曲线图.数值模拟和试验结果表明：根据磁感应强度Bxx曲线的峰值可半定量评估钢筋的锈蚀程度，根据磁感应强度梯度Kxx曲线的零点间距可定量判断钢筋的锈蚀区域，且箍筋及混凝土保护层厚度对于钢筋锈蚀损伤检测的影响较小，可以忽略不计.
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  纳米Al2O3／PI三层复合薄膜的制备与表征

  巩桂芬, 徐阿文, 张亮, 张帆, 李泽

  2019, 40(3): 360-365. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.019

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  以3,3′,4,4′二苯酮四甲酸二酐(BTDA)和4,4′二氨基二苯醚(ODA)为缩聚单体,利用高压静电纺丝技术制备出纳米Al2O3／PAA(聚酰胺酸)复合薄膜.以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′二氨基二苯醚(ODA)为原料制备出聚酰胺酸铺膜胶液,在电纺膜的两侧进行流延成膜,并热亚胺化处理.对复合薄膜进行化学组成、微观形貌、耐电晕性能、力学性能和热学性能测试分析.结果表明:复合薄膜的亚胺化较完全,纳米Al2O3均匀地分散在聚酰亚胺基体中,在纳米氧化铝掺杂量为6％时综合性能最佳,耐电晕老化时间为12.3 h,是未掺杂纳米氧化铝三层复合薄膜的3倍以上,拉伸强度达到最大值（174 MPa）,同时断裂伸长率达到21％.纳米Al2O3的加入使得复合薄膜的热稳定性有所提高,起始热分解温度从578.7 ℃提高到591.3 ℃.
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  超微表处配比设计及功能特性

  李微, 韩森, 邵鹏康, 姚腾飞, 薛雪

  2019, 40(3): 366-372. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.03.020

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  在两类离子乳化沥青中加入6种添加剂和8种填料，确定两者最佳质量分数，对超微表处材料进行性能优化设计；为进一步研究超微表处材料的路用性能，对其抗滑性、融雪性、降噪性和耐磨耗性进行试验，利用软化系数评价其耐水性.结果表明：当悬浮剂、增稠剂、增韧剂、成膜剂、润湿剂及SBS胶乳掺量分别为5.0%, 2.0%, 20.0%, 15.0%, 0.6%和15.0%时，乳液性能最优；加铺超微表处材料的路面构造深度减小，摩擦系数明显增大，且在0 ℃饱水100.0 h后融雪盐持续均匀析出；加铺超微表处混合料路面的噪音值较原路面减小了2.4~2.8 dB；湿轮磨耗值和加载磨耗值明显减小，显著提高了路面的抗滑性、融雪性、降噪性和耐磨耗性；对比原路面，加铺超微表处路面饱水100.0 h的软化系数可达86.3%，具有优异的耐水性.