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• 2022年, 43卷, 第1期
  刊出日期：2022-01-10

    

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  纯电动汽车双电动机耦合驱动系统效率最优控制策略

  李胜琴，丁雪梅，于博

  2022, 43(1): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.001

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  针对某型纯电动汽车，设计双电动机耦合驱动系统，并进行电动机参数匹配，提出了电动机耦合驱动效率最优控制策略.对驱动系统的工作模式进行分析，通过序列二次规划算法计算出电动机最优工作点以及驱动系统效率.基于驱动系统效率最优原则，通过比较每个工作点的4种工作模式下的驱动系统效率，提出多模式切换下双电动机耦合驱动系统的控制策略，重点对模式识别控制策略进行研究.建立联合仿真模型对所提出的效率最优控制策略进行试验验证.结果表明:提出的双电动机耦合驱动系统效率最优控制策略具有良好的控制效果，在整个NEDC（new European driving cycle）循环工况中，双电动机耦合驱动系统的平均效率为85.9%，驱动系统效率大于85.0%的电动机工作点占整个工作区间的55.0%，电动机可以工作在较高的效率区间内，电动机的负荷率更高，车辆动力性能和经济性能得到了提升.
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  轮毂直驱空气悬架系统垂向动力学特性分析

  李仲兴，陈鑫，宋鑫炎，薛红涛

  2022, 43(1): 8-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.002

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  针对轮毂直驱电动汽车簧下质量较大和电动机不平衡电磁力的问题，进行了轮毂直驱空气悬架（hub direct drive air suspension, HDD-AS）系统垂向动力学特性分析.构建了轮毂电动机与带附加气室空气悬架耦合模型，当轮毂直驱空气悬架系统在路面随机激励与电动机不平衡电磁力耦合作用下，附加气室容积和阻尼系数改变时，分析了电动机偏心距、电动机不平衡电磁力、簧上质量加速度、悬架动行程、轮胎动载荷和簧下质量加速度均方根值的变化规律，研究了附加气室容积和阻尼系数变化对电动机偏心距、簧上质量加速度、悬架动行程、轮胎动载荷和簧下质量加速度的频域影响.结果表明：附加气室容积和阻尼系数的变化对轮毂直驱空气悬架系统悬架性能和轮毂电动机振动具有较大的影响.
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  基于改进β样条理论的自主泊车路径规划

  吴飞龙，郭世永

  2022, 43(1): 15-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.003

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  针对现阶段驾驶员停车环境日益复杂、泊车时安全事故频发的现象，提出了一种基于改进β样条理论而实现自主泊车路径规划方法.建立了泊车运动学模型，综合考虑泊车环境中可能遇到的情况、车辆运动学以及EPS（electric power steering）的性能要求，建立了路径避障约束、车辆转向盘转角及角速度约束.通过Matlab/Simulink搭建泊车仿真模型，根据实际泊车场景，建立了3种工况下的平行泊车模式，并进行了仿真验证.结果表明：提出的泊车路径规划算法能指导车辆完成自主泊车，并最终到达指定的泊车位，且在自主泊车过程中无碰撞发生；提出的基于改进β样条理论规划的路径曲率连续、变化平缓，满足车辆运动学以及EPS的性能要求，泊车效率较高.
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  基于AEKPF算法对锂离子电池SOC与SOH的联合估计

  张新锋1，姚蒙蒙1，宋瑞1,2，崔金龙1

  2022, 43(1): 24-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.004

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   为了提高锂离子电池SOC（state of charge）和SOH（state of health）的估计精度，采用自适应扩展卡尔曼粒子滤波（adaptive extended Kalman particle filter, AEKPF）算法估算SOC和SOH，该算法通过修正噪声可以解决运用EKF（extended Kalman filter）算法时的噪声误差累积问题，并且AEKF（adaptive extended Kalman filter）算法作为PF（particle filter）算法的建议分布用来实时更新粒子，可以改善单独采用PF算法时的粒子退化问题.为了提高SOC的估计精度，提出考虑电池的劣化特征，联合SOH实现对SOC的修正估计.在Matlab环境下的仿真结果表明：AEKPF算法与AEKF算法相比，可以得到更加准确的SOC和SOH估计值，而且AEKPF算法联合SOH可以有效提高SOC的估计精度，仿真绝对误差不超过±1%.
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  亚/跨临界状态下不同组分燃油液滴蒸发特性分析

  唐纯逸1，李瑞娜1，刘帅1，王忠1，李立琳2

  2022, 43(1): 32-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.005

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  亚/跨临界状态对不同燃油液滴的蒸发规律有很大影响，通过搭建高温定容液滴蒸发测量装置，测量了处于不同临界状态的C12H26、C14H30、柴油和生物柴油液滴的液滴寿命、液滴直径、液滴蒸发速率等参数，分析了4种不同组分液滴的蒸发过程、蒸发特性.结果表明：与亚临界状态（温度为573 K）相比，4种液滴处于跨临界状态（温度为973 K）时，蒸发速率分别增加了1.25、1.03、0.71、0.51 mm2·s-1，单组分液滴的蒸发速率高于多组分液滴；液滴寿命降幅较大，分别降低了86%、89%、93%、89%；跨临界状态时，生物柴油液滴蒸发的膨胀阶段较短，液滴直径d的平方不随时间线性减小，不符合d2定律；C12H26、C14H30、柴油液滴不存在膨胀阶段，液滴直径d的平方随时间线性减小，符合d2定律.
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  双毛细管静电雾化模式演化过程分析

  王其锶，王贞涛，杨诗琪，张永辉，夏磊，蒋轶敏

  2022, 43(1): 38-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.006

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  基于高速摄像技术对不锈钢双毛细管产生的静电雾化进行了可视化研究，探讨了液滴分离周期与电压以及雾化模式的关系.结果表明：随着电压的增加，乙醇双毛细管静电雾化过程中依次出现了滴状（倾斜滴状）、纺锤、脉动锥射流、鞭式射流与多股射流等多种雾化模式；雾化射流中心线与毛细管轴线之间的夹角与雾化模式紧密相关，滴状模式下夹角随着电压的增大而增大，纺锤模式下夹角变化较小，射流模式下夹角变化较为剧烈；液滴分离周期与雾化模式相关，在滴状与纺锤模式下，液滴分离周期随电压的增加而线性下降；在脉动与鞭式射流模式下，雾滴分离周期极短；雾化液滴粒径变化较大，在滴状与纺锤模式下雾滴粒径较大，而在连续射流模式下雾滴粒径较小.
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  基于临时加固策略的日光温室极端风雪灾害对策

  杨升华，刘雪迎，蒋秀根

  2022, 43(1): 45-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.007

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  为研究极端风雪灾害下日光温室结构的加固对策，利用ANSYS有限元分析软件，考虑材料非线性、几何大变形以及结构非线性条件，建立日光温室单榀骨架模型.分别模拟风荷载、雪荷载、风主导风雪荷载、雪主导风雪荷载4种荷载工况下日光温室结构失稳破坏的全过程，得到了其失稳模式与结构荷载位移关系曲线，并根据失稳模式提出相应临时加固办法.结果表明：临时加固对日光温室抗风雪灾害能力提升明显，加固后日光温室结构对风荷载承载能力提升154%～300%，对雪荷载承载能力提升11%～129%，对风主导风雪荷载承载能力提升245%～273%，对雪主导风雪荷载承载能力提升203%～264%.
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  小型穴盘苗全自动移栽机取苗机构的设计与试验

  赵晓琪1，杨启志1，2，黄冠龙1，赫明胜1，毛罕平1

  2022, 43(1): 54-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.008

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  针对国内低矮温室蔬菜大棚的尺寸限制问题，设计一种小型全自动移栽机，为提高取投苗成功率，减少穴盘苗损伤，重点对取苗机构进行了设计.该取苗机构使用气动加刹车线柔性变距机构实现变距投苗功能，与直动往复式分苗机构配套使用，可以实现静态投苗、静态接苗，提高取投苗成功率，避免出现挂苗现象，并通过试验对取投苗效果进行了检验.试验发现：针对须根类幼苗，当栽植频率为40株·min-1·行-1时，黄瓜苗的取苗成功率为99.31%，投苗成功率为99.31%，综合取投苗成功率达到98.61%，当栽植频率为60株·min-1·行-1时，黄瓜苗的取苗成功率为98.61%，投苗成功率为99.29%，综合取投苗成功率达到97.22%；针对直根类幼苗，当栽植频率为60株·min-1·行-1时，辣椒苗的取苗成功率为97.92%，投苗成功率为99.29%，综合取投苗成功率达到95.83%.试验结果表明，该机构满足蔬菜穴盘苗取投苗要求，且适用于不同品种蔬菜钵苗的取投苗.
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  基于复合摆线轨迹的四足机器人稳定性分析

  张良安1，唐锴1，李鹏飞1，桂文珺1，赵永杰2，王孝义1

  2022, 43(1): 62-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.009

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   为了缩短四足机器人的研发周期，进一步提高其运动稳定性，基于复合摆线轨迹对不同步态周期下四足机器人的稳定性进行了研究.给出了四足机器人结构设计，并建立运动学模型进行运动学分析.采用复合摆线法进行轨迹规划，然后进一步结合运动学模型得到各关节驱动函数，并将其导入到ADAMS模型中设置相关约束进行动力学仿真.将机体翻转角作为主要性能评价指标，通过适当调整步态周期对不同步态周期下的四足机器人稳定性进行测试和分析，并通过物理样机对所提方法进行验证.结果表明，当步态周期为1.3 s时，机体最大翻转角较优化前下降1.014°，且质心波动范围也随之减小，从而验证了基于目标轨迹下的四足机器人可通过适当调整步态周期进一步提高其稳定性.
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  基于浅层空间特征融合与自适应通道筛选的目标检测方法

  陈乔松1，周丽1，毛彦嵋2，王进1，邓欣1

  2022, 43(1): 67-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.010

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  为解决加深主干网络造成的检测速度下降问题,提出了一种基于特征融合与通道筛选的目标检测方法.首先,该方法合理地复用了每个下采样阶段内的子空间信息,在每个下采样阶段，利用所设计的8倍、4倍、2倍下采样模块进行特征融合.然后,将融合后的特征图谱进行自适应通道筛选后组装到SSD的网络中,强化全局信息在目标检测模型中的作用.最后,设计了基于余弦距离的分类损失函数,使目标分类的准确度更高.以VGG网络为主干网络，参照SSD目标检测网络,加入了提出的下采样特征融合模块、自适应通道筛选模块以及改进的损失函数,进行了多组对比试验.结果表明,当网络的图像输入尺寸为512×512时，该方法在Pascal VOC 2007与Pascal VOC 2012数据集上对于目标检测的平均精度均值达到了82.2%,优于所对比的单级目标检测模型.该方法在保证实时检测速度的条件下,达到与拥有较深主干网络的检测模型同级别的性能.
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  元胞机制下机坪机会网络缓存控制策略

  陈维兴，苏景芳，孟美含

  2022, 43(1): 75-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.011

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  针对机坪感知机会网络中节点缓存空间的限制导致的数据拥塞问题，提出元胞演化规则下机坪机会网络缓存控制策略（ACER）.建立基于节点拥塞度的路由通信模型，对节点拥塞度进行判断，在拥塞度较低节点中进行基于概率的数据路由通信，对于拥塞度较高的节点使用元胞自动机的消息丢弃策略，有效地缓解了因数据拥塞产生的网络投递率低等问题，使节点负载均衡地进行数据传输.基于机会网络环境（ONE）仿真平台，采用天津滨海国际机场地图来进行试验，进行不同节点数量下、不同缓存空间下的算法性能分析.结果表明，在机坪网络仿真环境中，不同节点数量以及不同缓存空间下，相对DY、DL缓存管理策略，ACER投递率最高提高97%，网络开销最多可降低70%，并且传输时延具有一定程度的改善.
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  一种基于有限状态机的分布式框架配置属性校验方法

  刘怡然1，谢鹏飞2，邓雪峰1

  2022, 43(1): 83-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.012

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  针对动态配置技术提供灵活方便配置方式的同时有潜在配置错误风险、可能导致系统崩溃、降低软件服务质量的问题，提出了一种基于有限状态机的分布式框架动态配置属性校验方法.该方法利用数据类型间的转换进行数据类型校验，运用有限状态机的状态转换逻辑实现多种数据类型之间的转换，并以Spring Cloud的动态配置为例实现了一个分布式框架配置校验器.为避免不必要的文件读写，改进了Java compiler，使动态编译所得字节码的加载在内存中进行.基于Spring Cloud Config框架对配置校验功能进行测试，设计了原始数据类型和包装数据类型配置错误的测试用例.结果表明，该方法可检测简单数据类型不匹配、数据溢出、容器类型未闭合、容器类型内数据类型错误、容器类型嵌套错误等错误类型，提供了一种比较清晰的配置属性校验逻辑，基于有限状态机的实现解耦了代码，为实现框架配置管理的校验功能提供了参考.
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  一种高速多体船的纵向减摇预测控制方法

  温昊1, 张军1, 胡浩俊1, 李国胜2

  2022, 43(1): 88-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.013

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   针对高速多体船在航行中纵摇和升沉运动幅度过大，以及减摇附体有严格的输入约束问题，提出一种有限时间观测器和单步预测控制相结合的纵向减摇方法.首先，建立由T型水翼和压浪板作为减摇附体的高速多体船控制模型，分析升沉运动和纵摇运动的耦合性，将控制模型分解为降维的单入单出模型和耦合量2项.其次，设计有限时间扩张观测器在线快速估计纵摇和升沉运动的时变耦合项，实时前馈补偿.在此基础上，针对补偿后的纵摇及升沉的运动模型，提出局部单步预测控制以提高系统的减摇性能，保证减摇附体满足约束.最后，将反馈预测控制量和补偿耦合量进行综合，通过减摇附体制分配矩阵得到T型水翼和压浪板的攻角.通过仿真验证该算法的有效性，结果表明升沉减少40%~50%，纵摇减少50%~65%.
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  基于漏磁信号的持荷钢绞线锈蚀检测试验

  李志刚1，马惠香2，周建庭3，赵亚宇4，张洪3

  2022, 43(1): 95-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.014

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  为检测持荷钢绞线的锈蚀情况，引入磁记忆技术，通过持荷钢绞线锈蚀检测试验，对钢绞线漏磁信号进行剖析，构建基于漏磁信号的持荷钢绞线锈蚀检测判别准则.研究结果表明：随着锈蚀程度的增加，持荷钢绞线漏磁信号随之增强，磁感应强度切向分量在锈蚀区域两端交汇于一点，且在锈蚀中间位置具有最大值，磁感应强度法向分量在锈蚀两端具有反向极大值和极小值，由此可定量判定钢绞线锈蚀位置及范围；进一步剖析持荷钢绞线锈蚀漏磁信号的磁感应强度切向和法向分量量纲一化的峰值与锈蚀程度、拉力之间关系，发现其关系曲线均呈Boltzmann函数分布，由此可定量判定钢绞线锈蚀程度与拉力大小.
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  级配碎石变形特性的试验

  康兴祥1，马骉1，李宁2，司伟1，王小庆1

  2022, 43(1): 101-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.015

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  针对级配组成、水的质量分数及密实度等3个因素对级配碎石的影响，采用精密非粘结材料分析仪（precision unbound materials analyzer, PUMA）试验和重复荷载加州承载比（California bearing ratio, CBR）试验方法，研究了级配碎石的抗变形能力.借助累积塑性变形和弹性形变指标，对比分析2种试验异同点.试验结果表明：在荷载作用前期，级配碎石材料抗变形能力受荷载作用的影响显著，随着荷载作用次数不断增大，其影响逐渐减小；PUMA试验与重复荷载CBR试验累积塑性变形结果基本一致，而弹性应变指标存在差异；PUMA试验中弹性应变受级配碎石材料上述3个因素共同影响，重复荷载CBR试验中弹性应变受级配碎石密实度的影响；对级配碎石变形特性精度要求较低时，可选择重复荷载CBR试验研究级配碎石材料变形特性；由于PUMA设备和加载均接近实际工况，因此对级配碎石变形特性精度要求较高时，推荐选用PUMA试验测试方法.
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  液化过程中饱和砂土的电阻率测试及其计算方法

  肖兴，王炳辉，王丽艳， 张雷

  2022, 43(1): 107-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.016

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  为了将电阻率测试技术运用于砂土液化室内试验，自主研发了与动三轴配套的电阻率测试装置，分析了饱和砂土试样在循环荷载作用下电阻率的计算方法，提出了2种电阻率计算模型，即等直径模型和余弦模型.对比分析结果表明：余弦模型更符合实际试样的变形，其电阻率计算结果更为可靠；液化过程中饱和砂土试样的电阻率总体呈下降趋势，初始液化之后，饱和砂土试样的电阻率处于峰值阶段时，动孔压几乎都处于降低阶段，即土体出现了一定程度的剪胀特性.
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  基于CZM的FRP约束空心组合柱的承载性能预测

  刘炀，谢桂华，朱宇杰，严鹏，陶子安

  2022, 43(1): 112-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.017

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  基于内聚区模型（CZM），研究了纤维增强复合材料（FRP）约束空心钢管混凝土组合柱的轴压性能数值分析方法和模型，并与试验结果对比，验证了数值模型的有效性.在此基础上，研究了主要设计参数对组合柱轴压性能的影响.研究结果表明：CZM适用于FRP约束空心钢管混凝土组合柱的FRP粘结界面性能的研究；增大混凝土强度等级、FRP的层数和钢管厚度，能够使结构承载性能提高，但同时可能增大FRP粘结层的横向变形，从而导致FRP脱粘风险增大；同等条件下，相对于玻璃纤维复合材料(GFRP)，碳纤维复合材料(CFRP)更有利于提高结构的力学性能；FRP约束空心钢管混凝土组合柱的内边界几何形状对结构性能具有重要影响，提高内边界的光滑程度能优化结构的内应力分布，从而提高其承载性能.
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  沥青多次再生后的性能与其组分的关系分析

  曾蔚，王杰，秦永春，王维营，张艳鸽

  2022, 43(1): 119-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2022.01.018

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  为研究沥青多次再生机理，通过沥青化学组分试验（四组分法），测试并分析了沥青多次再生过程中各个组分及胶体不稳定指数变化规律，并探讨了各组分与针入度、延度等物理性质的关联性.基于再生剂的掺量与化学组分、物理性质的关系，揭示了再生剂在沥青多次再生过程中所起到的改善作用.研究结果表明：随着再生次数的增加，沥青中的沥青质质量分数增大，芳香分和胶质质量分数降低，饱和分质量分数较为稳定，胶体不稳定指数增大，沥青的常规性能指标总体上可以恢复；沥青的多次再生设计中，应重点关注化学组分的协调与匹配，以提高其路用性能.