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• 2023年, 44卷, 第3期
  刊出日期：2023-05-10

    

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  考虑驾驶员差异性的安全距离模型优化

  李胜琴， 杜鹏

  2023, 44(3): 249-253. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.001

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  针对传统模型中将驾驶员反应时间设为固定值、忽略驾驶员差异性这一问题进行优化，提出一种考虑驾驶员差异性的安全距离模型.选取驾驶员驾龄、驾驶风格识别系数、车速这3个因素作为特征值，采用模糊控制算法，对驾驶员反应时间进行计算.基于Honda模型建立考虑驾驶员差异性的安全距离模型，依据中国新车评价规程（Chinanew car assessment program，CNCAP），选取前车制动工况对所提出的安全距离模型进行仿真试验验证.结果表明：所提出的模型在上述工况下具有良好的实时性和适应性，安全距离模型在保证行车安全性的基础上，驾驶员反应时间能够体现不同类型驾驶员的差异性，提高了行驶安全性.
  
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  轮毂电动机驱动滑移转向车辆驱动力控制

  付翔， 赵熙金， 刘道远

  2023, 44(3): 254-261. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.002

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  为提高滑移转向车辆机动性和稳定性，以轮毂电动机驱动滑移转向车辆为研究对象，充分利用转矩矢量控制在车辆动力学中的优势，针对传统滑模控制存在抖振问题，提出了一种基于自适应模糊滑模控制（adaptive fuzzy sliding mode control,AFSMC）的直接横摆力矩控制方法.设计自适应模糊滑模控制器，计算跟随控制目标所需的附加横摆力矩，构建模糊系统实时逼近变增益符号函数，模糊自适应律通过Lyapunov方法导出，提高控制策略的鲁棒性并抑制输出控制量的抖振问题.对下层控制器，提出了一种基于优化分配的驱动力分配方案，根据轮胎负荷率和加权因子建立目标函数.所提出的策略充分考虑了车辆的非线性动力学特性.实车试验结果表明：所提出的控制策略能够在车辆操纵性和稳定性方面获得良好的性能，控制系统具有较强的鲁棒性.
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  基于双目近景图像的车体相对车位方位视觉检测方法

  张西良， 闫妍， 刘玉芹， 袁朝春

  2023, 44(3): 262-269. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.003

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  为了提高自动泊车领域单一应用机器视觉技术对目标空车位方位检测的适应性，研究了一种基于双鱼眼镜头近景图像的车体相对车位方位机器视觉检测方法.采用双鱼眼镜头采集车位近景图像，通过对图像校正、图像拼接、逆透视变换和图像二值化等图像处理，提取俯视平面上目标空车位线轮廓边缘和双鱼眼镜头位置点.建立车体相对目标空车位的坐标系，通过视觉识别和像素点坐标计算确定双鱼眼镜头在车位二维坐标系下的坐标.基于已知车位和车体尺寸、鱼眼镜头在车体上安放位置等信息，运用几何方法建立车体相对车位方位角与距离的计算关系模型.结果表明：方位角检测最大相对误差为916%，距离检测最大相对误差为389%，提高了目标空车位检测的适应性.
  
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  无人驾驶汽车路面自适应MPC轨迹跟踪控制

  郭盼， 于蕾艳

  2023, 44(3): 270-275. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.004

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  针对无人驾驶汽车轨迹跟踪工况范围狭窄、评价方法片面和路面自适应控制不足等问题，研究全车速和全道路附着系数工况轨迹跟踪精度和行驶安全性.提出路面自适应的多约束模型预测控制，由车辆3自由度非线性动力学模型得到离散化线性时变预测模型，根据传感器检测的道路附着系数实现路面自适应的车速范围匹配，制定车速增量约束条件.融合CarSim和Matlab软件进行研究，得到路径跟踪误差、侧向加速度、质心侧偏角、前轮侧偏角最大值和标准差随车速和道路附着系数变化的规律；结合轮胎侧偏机理评价行驶安全性，划分全工况轨迹跟踪稳定区和失稳区.结果表明：根据道路附着系数自适应调节车速大小，汽车在全工况下，轨迹跟踪精度较高，行驶安全性较好.
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  纯电动汽车动力电池脉动热管加热技术的试验

  陈萌， 罗鑫浩

  2023, 44(3): 276-282. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.005

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  为保证动力电池在低温下的使用性能，制备了以蒸馏水、乙醇为基液的纳米二氧化钛（TiO2）流体作为动力电池加热元件脉动热管（pulsating heat pipe，PHP）的工质，并进行了低温环境下动力电池相关加热性能的试验研究.结果表明：乙醇相比于蒸馏水在低温条件下性能更佳，当添加体积分数为2%的纳米TiO2流体，热管充液率为50%时，PHP加热性能显著提高，可获得最佳低温性能的PHP；最优工质配比的乙醇-二氧化钛纳米流体脉动热管（TiO2PHP）在低温环境的充/放电工作模式下，其电池容量最高可达6291 A·h；在-30 ℃极寒环境下，将所设计热管作为加热元件加热电动汽车动力电池，可实现由原来的无法放电到放出6156 A·h的提升，所设计的TiO2PHP加热、导热有效.
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  质子交换膜燃料电池阳极排放研究进展

  陈奔， 刘阳

  2023, 44(3): 283-292. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.006

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  质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）阳极工作模式主要包括开口模式、闭口模式和再循环模式.阳极工作模式不同，阳极排放方式也存在差异.对PEMFC在不同阳极工作模式下的排放研究进行总结.结果表明：阳极开口模式中尾氢直接从出口排出，造成了严重的氢气浪费，而通过采用bleeding模式和阳极级联等操作方式能有效提高燃料利用率；阳极闭口模式结构简单，燃料利用率高，但“水淹”和氮积聚影响电池的性能和耐久性，可通过优化阳极排放方式来加以改善；阳极再循环模式兼具高性能和高效率等优点，再循环模式包括基于机械循环泵或电化学氢泵的主动再循环方式和基于引射器的被动再循环方式，其阳极排放方式以定期吹扫排放为主.
  
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  基于叶片匹配的作物植株图像分离与计数方法

  张连宽， 肖德琴， 岑冠军， 于永浩

  2023, 44(3): 293-301. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.007

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  构建了从连续采集的田间图像中提取作物植株的算法，为图像采集植株微观生长信息提供算法支撑.首先，从图像中分割出叶片，根据叶片距离分离出单个植株；将连续相邻的两幅图像进行拼接获得拼接变换，并将两幅图像中各植株图像与空图像按照获得的拼接变换计算出植株拼接变换图；其次，求出各株拼接变换图的叶片图像质心，采用距离门限的方法判断两植株图像是否为同株作物；在此基础上，采用传递闭包获得各株作物在不同图像中的集合，并用距离中心最小的方法从各株集合中选择出最佳图像，用5种作物对该算法进行验证，结果表明：株数检测准确率达到了100%，提出的方法也成功地将各植株图像精确地提取出来，同时算法显示出高效的计算效率.
  
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  基于AMESim采棉机采摘头高度调节装置的仿真分析

  董剑豪， 于爱婧， 李文春， 毕新胜， 李娟娟， 谭菲

  2023, 44(3): 302-308. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.008

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  针对采棉机采摘头在田间进行采收作业时不能及时有效跟随地面高度起伏状况变化进行自动调节的问题，研究设计了一种采棉机采摘头地面高度调节装置，其关键部件包括仿形机构、升降机构和液压控制系统.通过理论分析得出液压油缸在运动的全过程中所受到的最大推力为62 28856 N，根据升降机构运动条件得到液压系统的各参数，并基于AMESim仿真软件建立了高度调节装置的升降机构和液压系统的模型，对仿真后采摘头高度调节装置液压系统的流量、位移、速度、活塞杆的受力和升降机构的运动特性进行分析.研究结果显示，仿真结果与理论分析相一致，满足采摘头高度调节工作的需求且验证了理论计算的准确性.
  
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  自动化沙柳种植机的设计与协调性试验

  王慧， 洪晨， 陈安雨， 赵新宇， 李雄飞， 张存奕

  2023, 44(3): 309-317. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.009

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  为实现沙柳林的自动化种植，设计一种适用于重度沙化地带的自动化沙柳种植机.根据沙柳的扦插要求，整合多种种植机械的功能，提出并设计了种植机的整体结构，包括储苗装置、开沟装置、推送装置、分拣与投苗装置、填土装置等，以实现扦插种植的主要功能；利用SOLIDWORKS软件建立模型，对活动平台强度进行了仿真分析，验证其结构的有效性；在整体结构的基础上，提供一种单片机控制系统方案，以实现种植机的自动化运转；基于上述设计，经结构简化，按照比例制作试验样机进行试验，以分析种植机工作过程中的协调性，试验验证了设计方案的有效性，种植机的各个装置能够协调工作，实现插条的安全化、高效化种植.
  
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  基于改进Faster RCNN的驾驶员手持通话检测#br#

  王彬， 李小曼， 赵作鹏

  2023, 44(3): 318-323. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.010

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  针对现有驾驶员通话行为识别误判率较高的问题，提出一种基于改进Faster RCNN 的驾驶员行为检测方法，对驾驶员的违规手持通话进行检测.介绍了针对区域建议网络（RPN）及其损失函数的优化策略，并在原始 Faster RCNN 上运用多尺度训练、增加锚点数量以及引入残差扩张网络的方法增强网络检测不同尺寸目标的鲁棒性.基于车载平台上采集的驾驶员行为图像，对文中提出的方法进行仿真试验.结果表明：RPN和 Faster RCNN通过交替优化共享特征提取网络部分，实现高效的目标检测，相较于原始Faster RCNN，检测精确度提高了38%，对环境的适应性更强.
  
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  基于戴明回归和ROI细化的指针式仪表读数技术

  徐小强， 陈旭， 冒燕

  2023, 44(3): 324-329. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.011

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  为解决指针式仪表示数读取中识别精度低和算法读取速度慢的问题，提出一种基于戴明回归和感兴趣区域（region of interest，ROI）细化的指针式仪表读数技术.给出了仪表示数读取的算法流程：首先选择ROI，采用基于颜色通道的剪影法和二值化形态学操作进行图像预处理；接着运用图像帧差法消除指针的抖动；然后利用ROI细化算法对待识别仪表的指针进行细化；再使用戴明回归法拟合出仪表指针所在直线的方程和斜率；最后根据指针斜率利用角度法计算仪表的实时示数.通过3组试验，测试了该方法的可行性和防抖动能力，比较了戴明回归拟合直线与霍夫直线检测拟合直线的检测精度，还比较了ROI细化算法与全局细化算法的计算速度.结果表明该方法检测的平均误差比霍夫直线检测减小了3785%，每张图像的平均计算时间比全局细化算法减少了192717 s，同时具有防抖动能力.
  
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  基于RESO和复合滑模的永磁同步电动机调速控制

  李娟， 冯波， 李生权， 王书旺， 哀薇

  2023, 44(3): 330-336. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.012

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  针对永磁同步电动机存在建模误差、参数和负载变化等内外干扰问题，提出一种基于降阶扩张状态观测器的复合滑模调速策略.首先，基于永磁同步电动机的状态空间模型，考虑到光电编码器可测量永磁同步电动机的转速信号，只需要设计观测器对系统的总干扰进行估计和消除，并分析降阶扩张状态观测器的性能；接着，引入滑模控制，设计滑模面和控制律，提高系统的抗干扰能力，并用Lyapunov方法证明控制器的稳定性；最后，基于DSP芯片TMS320F28335为控制核心和MATLAB环境下的控制模块，搭建半实物调速控制系统平台，并与传统PI控制和线性自抗扰控制进行对比验证.结果表明，所提出的复合滑模控制策略相较于传统方法在加载时转速变化量减少了60%以上，具有优越的抗干扰和调速性能.
  
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  风力发电机最大功率模型自校正复合自抗扰控制

  莫岳平， 徐迪， 史宏俊， 朱其新

  2023, 44(3): 337-343. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.013

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  为了进一步提高永磁同步风力发电机在变工况下实现最大功率跟踪的效率，设计了一种基于最佳叶尖速比法的模型自校正复合自抗扰控制器(model selfcorrecting composite active disturbance rejection control，MSCADRC)对发电机转速进行实时跟踪.速度环ADRC控制采用可在线性与非线性间自由切换的扩张状态观测器(extended state observer, ESO)对系统因参数摄动或其他不确定因素引起的总扰动进行实时观测和估计，采用实时预测转矩和转动惯量观测器补偿控制器中参数扰动对ADRC的影响.在电流环ADRC控制中，通过加入q轴电流的补偿因子消除d轴电流的干扰，并采用基于转矩观测器的反馈补偿控制方法实现对q轴电流的实时补偿，加快系统响应速度.最后结合风速、风力机和永磁同步发电机的数学模型设计风力发电模型自校正最大功率跟踪系统，利用Matlab/Simulink进行仿真分析.仿真结果表明：模型自校正复合自抗扰控制器具有一定的优越性，模型自校正下的风力发电系统在风速急剧变化时可进行更好的功率跟踪控制，进一步提升系统的响应速度和抗外界干扰能力.
  
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  针-板电极间静电雾化微射流的动力学特性

  王贞涛， 陈永钟， 孔茜， 杨诗琪， 王其锶， 岑旗钢

  2023, 44(3): 344-350. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.014

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  为实现静电锥射流雾化所产生液滴的粒径、速度及其空间分布特性的可控性，研究了不同雾化基液、施加电压和供应流量下静电射流的动力学特性.通过高速摄影机记录和分析了不同雾化液体在针-板电极作用下的静电雾化瞬态过程.基于大量高速图像的离线分析，获得了不同物性参数下液滴与弯液面之间液丝形态的差异、脉动锥与稳态锥射流等几种典型射流形态以及丙二醇与正辛醇雾化模式存在的参数范围等结果.研究结果表明：锥射流模式下，射流初始喷射速度接近理论值；丙二醇与正辛醇仅能产生曲张不稳定性破碎；射流破碎点位置随时间变化而改变，主要集中于量纲一的破碎长度（射流破碎长度与毛细管喷嘴外径之比）约等于12的位置；当施加电压或液体供应流量过大时，稳态锥射流模式难以保持，逐渐向分叉射流、非稳态多股射流及摆动射流等非稳态模式转变.
  
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  氯化钠溶液预腐蚀对304不锈钢表面空蚀的影响

  刘海霞， 欧阳亚东， 陈杰， 刘光磊， 余辉

  2023, 44(3): 351-358. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.015

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  为探究腐蚀作用对空蚀的作用机理，借助符合美国材料与试验协会发布的ASTM G134—95《空化液体射流对固体材料侵蚀的标准试验方法》相关规定的射流空蚀实验台，从累计质量损失、表面形貌、表面粗糙度等方面，对被不同质量分数氯化钠溶液腐蚀的304奥氏体不锈钢试样的空蚀特征进行综合分析.分析结果表明：304不锈钢试样的腐蚀程度随NaCl溶液质量分数的升高，呈现先变弱、后增强的趋势；一定质量分数的NaCl溶液腐蚀作用对空蚀有延缓作用，其延缓程度随着NaCl溶液质量分数的增加呈先增大、后减小的趋势，并在NaCl溶液质量分数为3.5%时空蚀程度达到极小值；随着NaCl溶液质量分数的增加，在腐蚀时间和射流空蚀时间均相同时，304不锈钢试样塑性变形加剧，孪晶层厚度逐渐增加，其累计质量损失和表面粗糙度均呈现先减小、后增大的趋势；与直接空蚀的试样相比，被腐蚀后、再发生空蚀的试样被破坏程度较小，试样表面粗糙度也较小；由于受到空蚀作用，晶粒发生择优取向和细化现象.
  
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  嵌岩桩水平承载力计算方法的分析比较

  赵学亮， 张景斐， 黄钺， 何润财， 王洪庆， 田伟辉

  2023, 44(3): 359-366. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.016

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  对现有的嵌岩桩水平承载力的计算方法及理论，包括地基反力法和弹性连续体法等进行了分析阐述，基于现场原位试验数据，对不同计算方法得到的结果进行了比较，在此基础上讨论了不同计算方法的适用范围和局限性.分析结果表明：地基反力法经验性较强，其中常数法、Matlock法（m法）等单一参数的弹性地基反力法较为简便，且m法的计算结果与实际情况更为接近，但对于嵌岩桩在缺乏现场试验数据时其参数选取较为困难；py曲线法考虑了地基的非线性反应，更适合大变形桩，但也存在高估岩体刚度的情况，缺乏更多验证；弹性连续体法考虑了岩石地基的连续性，但未能考虑到实际工程中的复杂效应.
  
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  SAP内养护机制砂混凝土力学性能及其BP神经网络预测

  刘荣桂， 陈浩， 崔钊玮， 陈业强， 张邵峰， 闫乾勋

  2023, 44(3): 367-372. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.03.017

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  为研究高吸水性树脂（SAP）对不同石粉掺量机制砂混凝土力学性能的影响规律，在机制砂混凝土中掺入不同掺量的SAP和石粉，对其开展抗压强度与抗折强度的试验，并用BP(back propagation)神经网络对抗压强度进行预测.研究结果表明：机制砂混凝土各龄期抗压强度随SAP掺量的增加呈先升高、后降低的趋势，当SAP掺量为008%时，抗压强度最高；不同石粉掺量下，掺入掺量为008%的SAP能够显著提高混凝土抗压强度，特别是与掺量为9%石粉复掺时，抗压强度提升效果最好；不同石粉掺量下，混凝土抗折强度均随SAP掺量增加呈先降低、后升高、再降低的趋势；当SAP掺量为016%时，抗折强度达到最大值.因而复掺时的最佳掺量组合为016%SAP与6%石粉；通过对48组抗压强度试验数据进行预测，发现预测值与试验值的结果较为吻合.