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• 2023年, 44卷, 第4期
  刊出日期：2023-07-10

    

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  基于PINet+RESA网络的车道线检测算法

  范英， 石磊， 苏伟伟， 闫浩

  2023, 44(4): 373-378. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.001

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  实例点网络（point instance network，PINet）在物体遮挡、光照变化和阴影干扰等场景中检测准确性高，但实时性表现不佳.在保证PINet模型精度的前提下，为提升网络的推理速度，提出一种结合循环特征移位聚合器（recurrent feature-shift aggregator，RESA）算法的车道线检测模型.通过算力分析，只采用1个瓶颈网络(bottle-neck)作为预测网络（predicting network），目的是为了去除冗余的多尺度操作，以加快模型的推理速度.为了弥补模块剪枝造成的精度下降，引入了RESA模块以捕获图像中跨行、列的空间信息，增强骨干网络提取到的车道线特征.将改进后的模型在Tusimple、CULane、Custom数据集上进行测试.结果表明：改进后的网络模型在物体遮挡、光照变化、阴影干扰等多种复杂场景下表现突出，对车道分割准确率、实时处理速度有大幅改善，检测识别效果优于传统PINet网络算法,除F1指标提升较小外，推理速度在3个数据集下分别提升20.3%、52.9%及13.9%.
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  引入载荷识别的电动后驱商用车制动能量回收策略

  吕毅恒1， 王陶1， 陈刚1， 张国芳2， 王良模1

  2023, 44(4): 379-385. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.002

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  针对某纯电动后驱商用车电耗较高、续驶里程不足的问题，提出一种后驱纯电动商用车制动能量回收方法.该方法保持原有制动系统H形液压管路布局，及前、后轴液压制动力固定比值分配不变，只增加1个制动踏板力传感器，提出基于ECE R13与I曲线的制动能量回收策略.利用AVL Cruise和Simulink建立整车联合仿真平台，同时构建策略模型及需大幅提高成本的典型串联方案模型，并进行对比分析.在3种典型工况下，进行了整车制动能量回收仿真试验.结果表明：提出的引入载荷识别的制动能量回收控制策略可低成本地接近安全限度内的回收率上限，满载时比原设计增加21.00%以上的续驶里程.
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  基于多特征融合和窗口搜索的新型车道线检测算法

  蔡创新1， 邹宇1， 潘志庚1， 刘志彬1， 高尚兵2

  2023, 44(4): 386-391. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.003

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  针对现有车道检测算法准确性和实时性较难平衡的问题，提出了一种基于多特征融合和窗口搜索的新型车道线检测算法.采用多边形填充方法确定车道线的感兴趣区域（region of interest，ROI），融合车道线的颜色、直方图和梯度特征，以消除ROI中的复杂背景.通过单应性变换得到车道线的二值图像，基于其像素密度分布寻找车道线初始位置，以窗口搜索方式提取整个车道线上的所有候选像素点.通过拟合像素点构建车道线数学模型.结果表明：提出的算法具有较高的准确性和实时性，算法对黄色车道线、树木阴影遮挡、光照变化、车道线缺损和地面交通标志干扰具有较好的鲁棒性.
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  基于五次多项式的智能车辆轨迹规划

  李胜琴， 丁雪梅

  2023, 44(4): 392-398. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.004

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  针对智能车辆换道轨迹中存在的侧向加速度过大或轨迹曲率不连续的问题，在对传统车辆换道模型进行比较分析的基础上，提出基于五次多项式换道模型的轨迹规划方法.基于换道轨迹安全性和效率性的要求，以车辆换道时的侧向加速度、换道时间和车辆横摆角速度为优化变量，设计目标函数.通过求解目标函数得到最优换道时间，进而得到最优换道轨迹.对等速偏移+正弦函数换道模型和五次多项式换道模型进行仿真对比.结果表明：利用五次多项式换道模型的轨迹规划方法，当路面附着系数为0.2时，侧向加速度最大值为0.45 m/s2,轨迹的曲率最大值为2.02×10-3 m-1；路面附着系数为0.6时，侧向加速度最大值为0.70 m/s2, 轨迹的曲率最大值为1.12×10-3 m-1；路面附着系数为0.8时，侧向加速度最大值为0.81 m/s2, 轨迹的曲率最大值为0.90×10-3 m-1,均小于等速偏移+正弦函数换道模型轨迹曲线的侧向加速度和曲率，验证了该模型的有效性.
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  基于温度失效工况的分布式轮毂电动机驱动车辆容错控制

  付翔1,2,3,4, 黄钰凯1,2,3,4, 孙录哲1,2,3,4, 张强辉1,2,3,4

  2023, 44(4): 399-407. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.005

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  轮毂电动机驱动车辆各轮转矩独立可控，动力响应迅速，驱动系统冗余配置，在车辆动力学集成控制方面有显著优势，但其复杂的行驶工况和较高的功率需求容易使电动机发生温升故障，最终影响驱动效率.为了研究轮毂电动机温度故障诊断以及温度失效情况下的各轮转矩分配策略，保证整车稳定性及动力性，设计了模糊逻辑检测算法用于诊断电动机温度故障，提出温度失效因子量化表征轮毂电动机失效状态，根据期望速度和前轮转角计算纵、横向力需求，设计容错控制策略实现转矩重构优化分配.对所设计的算法进行实车试验验证.结果表明:故障诊断和处理策略能及时判断电动机失效状态并进行转矩重构分配，提高了行驶安全性，实现了整车动力性与稳定性的协调控制.
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  基于变时域模型预测的混合电磁悬架控制方法

  汪若尘1， 郭一鸣1， 王炜2， 丁仁凯3， 孙泽宇4， 孟祥鹏1

  2023, 44(4): 408-414. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.006

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  针对固定预测时域模型无法在不同路面条件下获得最优悬架控制性能的问题，设计了一种基于可变时域模型预测的混合电磁悬架控制方法.模拟分析了以不同频率进行外部激励下预测时域与模型预测主动悬架控制效果之间的关系，选择了减速路面和随机路面的最优预测时域.针对随机路况下模型预测的主动悬架控制较差的问题，引入被动阻尼器构建混合电磁悬架，并对被动阻尼值进行优化选择.设计了一种基于可变时域模型预测的混合电磁悬架控制方法，该方法可根据不同的行驶路面自动切换预测时域.利用MATLAB对该方法进行模拟分析.结果表明，这种控制方法能有效提高车辆在复杂路况下的平顺性.
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  农业自动化机械障碍物检测研究进展

  成科扬1，2，3， 朱雪森1， 裴运申1， 詹永照1

  2023, 44(4): 415-425. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.007

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  农业机械自动导航技术在智慧农业领域饱受关注，而障碍物检测则是其中的重要环节.首先分析了早年传感器检测技术的不足，然后对计算机视觉应用于农业机械智能障碍物的检测方法以及应用前景进行了综述.传感器技术由单一传感器到多传感器信息融合，虽然已经十分成熟，但仍存在受障碍物表面影响以及检测成本过高等不足.计算机视觉和深度学习在近两年不断被用于农业领域，例如卷积神经网络等，但在遮挡、远距离检测、移动障碍物检测等多个方面仍有很大的提升空间.对二十几年来的农业障碍物检测技术进行了概括，总结了现有问题，并提出了符合未来我国智慧农业发展的新思路.
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  钛合金Ti750切削力和刀具磨损试验

  樊曙天， 范一凡， 许晓静， 王佳琪

  2023, 44(4): 426-430. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.008

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  研究了新型耐高温钛合金材料Ti750在切削试验中的表现，采用单因素试验法和正交试验法分析了背吃刀量、进给量和切削速度对Ti750切削力的影响，并通过多元非线性回归建立切削力经验公式.探究了山高TS2000、山高TH1000以及PCBN 3种刀具切削Ti750材料时的刀具耐用度.试验结果表明：背吃刀量对Ti750的切削力影响最大，其次是进给量，切削速度对切削力的影响较小； PCBN切削Ti750易崩刃，TH1000表现良好，TS2000的磨损量最小且耐用度最好.
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  基于视觉检测定位的刷头上料系统设计

  王化明， 朱雄伟， 杨雪峰， 徐轲， 于金龙

  2023, 44(4): 431-436. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.009

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  针对传统刷头上料系统结构复杂、效率低下的问题，研发了一种基于视觉检测定位的刷头上料系统.通过最大类间方差法和基于图像的矩对刷头进行分割和姿态计算；对刷头头部进行椭圆拟合，以椭圆中心作为刷头的位置，并通过支持向量机判断刷头正反；采用3-4-5次多项式运动规律进行轨迹规划，控制机器人平稳运行；构建了刷头上料系统，试验结果表明：系统可以快速准确地检测定位刷头中心，误差不超过0.3 mm，能以5 s/支的节拍进行上料，满足实际需求.
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  基于深度学习的水下射流流型识别

  王莹， 沈洋， 戚二帅， 杨斌

  2023, 44(4): 437-443. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.010

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  针对水下气体射流流型识别比较困难的问题，提出一种基于直接数字图像处理和卷积神经网络相结合的流型识别方法.通过水下气体射流试验系统来直接获取原始图像数据集，使用流量控制和采集系统获得不同工况下的水下射流形态.然后对图像进行预处理，首先通过图像裁剪去除图像中不需要的信息，采用二维中值滤波算法对图像的噪声进行抑制.然后采用最大类间方差算法进行二值化，为卷积神经网络的流型识别提供直接气泡图像数据集.最后利用3种不同的经典卷积神经网络（LeNet、AlexNet、ResNet）对处理后不同流型的图像进行训练，通过不断调节参数使分类模型达到最优，并以精确率、灵敏度、特异度和准确率作为水下射流流型分类的评价指标.结果表明：ResNet在过渡区和射流区分别取得了最高的精确率、灵敏度和特异度； ResNet在泡流区的精确率和特异度上取得最优； ResNet对流型识别效率最好，且识别准确率达到96.2%.
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  基于多头自注意力机制的大气数据系统多故障识别

  王力1， 金辉2

  2023, 44(4): 444-451. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.011

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  针对大气数据具有时变性强、类型多、故障复杂等问题，提出一种基于多头自注意力机制的故障诊断方法.首先，使用LSTM提取故障数据的时域特征；然后，结合MSA提取不同类型数据间的空间位置特征；最后，利用MLP提升模型泛化能力,给出了故障诊断流程.该方法在不同类型数据间形成故障互判，实现多故障识别，并利用大气数据对该方法有效性进行充分验证.给出了试验设置，采用带k折交叉验证的网格搜索法确定最优模型参数；为验证LSTM-MSA模型的性能，构建MSA-LSTM、LSTM-MSA-P、LSTM-CNN、RNN-MSA共4种深度学习模型进行对比试验；为验证诊断模型能否精确定位故障，使用验证集的预测标签和真实标签构建故障分类混淆矩阵；为进一步验证文中方法的诊断能力，基于t-SNE进行了可视化试验.结果表明，所提出方法的故障识别准确率达96.696%，F1达96.777%，且各类故障的误判率均控制在10%以下，诊断模型具有较高的鲁棒性.
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  基于SOA的跨平台物联网框架设计与实现

  陆翔1， 吕新政1， 郝刚2， 陈赓1

  2023, 44(4): 452-458. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.012

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  为拓展物联网技术在跨平台和即插即用等方面的应用，设计了基于SOA的开发框架.为了实现接口统一与服务封装，提出了服务模板概念，用以规范化生成服务及实例化服务实例；为了提高开发效率，设计了服务实例的发布、查询及订阅机制；以TCP协议为基础，提出了上层服务内容的传输编码规则，确定了服务在网络上的传输形式，并对会话层、表示层、应用层逐层设计，将上层服务内容转换为格式化数据对象；为了实现即插即用，设计了一套完整的生命周期管理系统，以实现物联网设备及所提供服务在整套系统中的动态管理；考虑到不同子网间通讯困难，框架中还设计了镜像服务，以实现不同子网间设备间接通讯；通过在不同平台设置服务提供者和服务请求者进行测试，验证其在不同应用场景下的通用性.结果表明：SOA架构实现了物联网系统的松耦合并提高了可重用性；SOA架构的自治性与可组合性得到了进一步提高.
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  超薄交替变径通道平板脉动热管的传热特性

  屈健, 吕尧杰, 周国庆, 花宇

  2023, 44(4): 459-466. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.013

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  采用印刷电路工艺，设计制作了厚度为1.00 mm的铜基平板脉动热管.宽度分别为1.00和2.20 mm的通道在平板脉动热管内交替排布，宽通道底部为刻蚀有平行微槽的阵列结构.以HFE-7100为工质，在充液率为30%~50%条件下，对有、无微槽结构的交替变径通道平板脉动热管的启动和传热性能开展比较研究.研究结果表明：平板脉动热管在水平和竖直放置时均可以正常启动，且实现稳定运行，引入微槽结构可以显著改善脉动热管的启动和传热性能，降低蒸发段温度，并增强其抗重力性能；在加热功率为24 W、充液率为30%条件下，超薄脉动热管分别呈水平和竖直放置时，其等效导热系数可分别达到1 241和1 226 W/(m·℃)，比无微槽脉动热管分别提高25.6%和18.7%，能够较好满足部分芯片器件散热冷却的需要.
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  基于均热板冷却的聚光光伏和温差电热联产系统的动态性能分析

  韩新月， 吕丫丫

  2023, 44(4): 467-474. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.014

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  针对聚光下电池温度急剧上升造成电池转换效率下降的问题，在高热流密度电子器件冷却研究的基础上，优化设计了两种基于均热板冷却的聚光光伏/光热-热电发电机（concentrated photovoltaic/photothermal-thermoelectric generators, CPV/T-TEG）系统和聚光光伏/光热-太阳能热电发电机(concentrated photovoltaic/photothermal-solar thermoelectric generators, CPV/T-STEG) 系统.根据能量守恒原理，建立了2种系统的动态模型.利用MATLAB软件，研究了不同热电发电机（thermoelectric generators, TEG）组件对系统动态性能的影响规律. 结果表明：CPV/T-STEG系统全天的平均热功率达到了258 W，明显高于CPV/T-TEG和基于均热板冷却的CPV系统；CPV/T-STEG系统中CPV电池组件可维持在较低的温度下工作，且系统能输出更多的热水；1 d中，CPV/T-STEG和CPV/T-TEG系统中，CPV电池的电效率最小值分别为13.73%和13.00%，TEG组件的电效率最大值分别为0.31%和1.63%；CPV/T-STEG系统1 d能产生130 kg温度为321.05 K的热水，而CPV/T-TEG系统仅能产生110 kg温度为320.00 K的热水.
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  钢渣沥青混合料超薄磨耗层路用性能及其时变性

  张争奇1， 谢菲1， 张天天2， 徐玉峰3， 谈俊卿3

  2023, 44(4): 475-482. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.015

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  结合钢渣特性，采用浸渍法实测钢渣的有效相对密度.采用体积替代法，制备不同钢渣掺量的沥青混合料来替代粗集料.根据超薄磨耗层技术要求，对钢渣沥青混合料磨耗层的路用性能和表面功能进行了试验研究和对比分析.试验结果表明：随着钢渣掺量的增加，沥青混合料的动稳定度、破坏弯拉应变及劈裂强度比等路用性能指标均呈现先增大、后减小的变化趋势，且当钢渣掺量为50%时，混合料综合性能最优；钢渣沥青混合料路用性能具有时变性，随着试件放置时间的增加，其高温性能指标略有上升，低温抗裂性能指标和水稳定性指标均有所衰减；钢渣的掺入能够显著提升沥青混合料的抗滑和抗磨耗性能，虽然抗渗性能有所下降，但仍满足JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的技术要求.
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  基于流变特性的温拌阻燃沥青的高、低温性能

  林钰1， 刘圣洁1， 黄慧2， 史文宇1， 李梦然3

  2023, 44(4): 483-489. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.016

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  为研究温拌阻燃沥青的高、低温流变性能，将Sasobit温拌剂、氢氧化铝（ATH）和有机蒙脱土（OMMT）加入70#基质沥青和SBS改性沥青中，制备两类温拌阻燃沥青.针对不同阻燃剂掺量的温拌阻燃沥青进行动态剪切流变试验、多应力蠕变恢复试验和弯曲梁流变试验，分析了阻燃剂掺量对两类沥青高、低温性能的影响.研究结果表明：随着阻燃剂掺量的提高，两类沥青的复合模量、车辙因子和蠕变恢复率逐渐增大，不可恢复蠕变柔量减小，蠕变劲度增大，蠕变速率减小，沥青的高温性能得到提升，但阻燃剂对沥青的低温性能有一定的负面影响；综合考虑温拌阻燃沥青的高、低温流变特性和经济性，推荐复配阻燃剂（m（ATH） ∶m（OMMT）=3 ∶1）的最佳掺量为8%.
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  基于深度学习和ArcMap的路面病害智能综合检测方法

  韩豫1， 张萌1， 李宇宏1， 顾盛2

  2023, 44(4): 490-496. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.04.017

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  为了提升路面病害检测效率，实现路面病害检测结果的可视化显示，结合深度学习技术和ArcMap地理信息系统，设计一种适用于沥青路面的路面病害智能综合检测方法.该检测方法首先利用基于视觉几何组（visual geometry group，VGG）模型的卷积神经网络进行路面图像分类，再利用基于单步多框检测（single shot MultiBox detector，SSD）模型的目标检测网络实现路面病害识别，最后利用ArcMap地理信息系统生成道路健康地图.测试结果表明：基于VGG-16模型的路面图像分类准确率为94.60%，能够判别正常路面和病害路面；基于SSD模型的路面病害识别平均精确度为87.36%，能够有效识别坑槽、松散、车辙、裂缝、泛油和修补等6类病害类型；基于ArcMap系统的道路健康地图能够实现病害定位与结果显现.