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• 2023年, 44卷, 第5期
  刊出日期：2023-09-10

    

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  人机共驾智能汽车紧急工况下的驾驶员应激反应

  袁朝春， 夏林， 陈龙， JIE Shen， 何友国

  2023, 44(5): 497-504. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.001

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  基于L2-L3级别智能汽车在人机共驾工况下驾驶员的认知特征，建立人机共驾智能汽车紧急工况下的驾驶员应激转向模型，该模型反映了驾驶员在应激过度状态下的转向特性.通过应激转向曲线中转向盘转角幅值与转向频率之间的拟合关系来表征驾驶员的应激程度.考虑高速大转角下的车身侧倾，并引入非线性轮胎模型，建立3自由度非线性整车动力学模型，通过侧向加速度的跟踪仿真对驾驶员应激转向模型进行验证.结果表明：驾驶员在应激过度行为下会使车辆产生过度的前轮转角；模型输出结果和实车试验结果有较好的匹配度，模型可以描述驾驶员应激转向特征.
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  前、后轴双电动机驱动电动车的 平顺性分析与优化

  田韶鹏， 赵国强， 任文琪， 杨灿， 赵尚义

  2023, 44(5): 505-510. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.002

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  为了评价汽车的平顺性，以某款前、后轴双电动机驱动电动车为研究对象，在考虑其4个车轮的垂直自由度、驾驶员与座椅的垂向运动以及车身的垂向运动、俯仰运动、侧倾运动的情况下，基于MATLAB/Simulink软件，建立了前、后轴双电动机驱动电动车的8自由度动力学模型.在C级路面白噪声激励输入下，分别对车身的质心加速度、侧倾加速度、俯仰加速度和车身俯仰角以及座椅加速度进行了仿真分析.使用粒子群算法对系统参数进行优化设计，得出优化后的最优前、后悬架刚度以及最优前、后悬架阻尼系数，并对优化后的模型进行仿真验证.结果表明：优化后的前、后轴双电动机驱动电动车平顺性得到了改善，优化后座椅处的加权加速度均方根值有显著减小，理论最优值仅为优化前的43.8%，在舒适界限内；脚部和背靠处的加权加速度均方根值也有不同程度的减小，理论最优值分别为优化前的42.1%、44.0%.
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  基于拓扑优化的机械弹性车轮轻量化分析

  冯兆龙，赵又群，张陈曦

  2023, 44(5): 511-516. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.003

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  为了减轻机械弹性车轮的质量，利用有限元分析软件Abaqus对其进行了轻量化研究.考虑到车轮一直承受的弯矩载荷和径向载荷工况，建立机械弹性车轮的有限元模型，并对其进行有限元仿真分析，由仿真结果提取单元节点的受力数据，确定轮毂和铰链组的载荷大小.利用加权后的变密度法对机械弹性车轮的轮毂和铰链组进行拓扑优化，优化后重建三维模型.结果表明优化后的轮毂、铰链A和铰链B的质量分别减少了15.1%、27.9%和22.6%.
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  汽车温差发电系统的多物理场建模分析与试验

  汪若尘， 陈杰， 罗丁， 孙泽宇， 周卫琪

  2023, 44(5): 517-523. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.004

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  为了得到沿尾气流动方向汽车温差发电系统各温差发电片之间的温度分布差异，建立了汽车温差发电系统的流热电多物理场数学模型，该模型充分考虑了尾气流动和热电材料的温度依变性.分析了尾气温度和流量对温度分布差异的影响，并进行了汽车温差发电系统台架试验.结果表明：尾气温度的增加会加剧尾气流动方向系统各区域温差发电片之间的温度分布差异，当尾气温度从450 K增加到600 K时，差异相对增加105%；尾气流量的增加有益于减小温度分布差异，相比之下尾气温度是影响温度分布差异的主要因素；该多物理场数学模型计算精度可达97%．
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  基于多尺度数据融合的锂电池健康状态评估

  郝刚， 金涛

  2023, 44(5): 524-529. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.005

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  针对锂电池健康状态评估问题，提出一种以人工神经网络为核心多尺度数据融合框架下的锂电池健康状态评估方法.选取内阻、充电电压样本熵和等压降放电时间作为典型特征参数，建立3层分布式人工神经网络对特征参数进行多尺度融合计算，以计算拟合输出结果作为评估健康状态的参考值，并通过美国国家航空航天局（national aeronautics and space administration，NASA）试验数据集进行验证.结果表明：提出的评估方法能够基于锂电池充放电测量数据和解算特征参数，利用多尺度数据融合框架迅速迭代收敛，完成锂电池健康状态评估拟合；该评估方法的计算结果与测试平台实测值相比，平均误差小于3%，评估性能衰退趋势与实际劣化趋势一致.
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  基于单线激光的果园机器人自主导航方法

  吴城， 李晓娟

  2023, 44(5): 530-539. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.006

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  以四轮差速机器人作为试验平台，提出一种基于单线激光雷达获取环境信息的方法，研究机器人在树行中心线的导航性能以及机器人到达行尾进行自主换行的能力.首先，由单线激光雷达获取环境信息，利用距离阈值法、自适应密度聚类算法、改进的最小二乘法等算法处理激光数据，得到树行中心线作为机器人理论导航路径，以机器人与导航路径的横向偏移量、航向偏角和线速度作为输入量来设计控制模型实时跟踪导航路径，到达行尾时能够自主感知并执行掉头转弯至下一行动作；行间自主导航试验中，机器人线速度分别为0.2、0.4 和0.6 m/s，且机器人初始位置横向偏移量不大于0.8 m、航向偏角不大于15°时，导航轨迹与树行中心线的平均横向偏差为3.69 cm,最大横向偏差为11 cm；在自主换行测试中，机器人能够准确进行掉头转弯到下一行，然后继续进行行间导航.果园自主导航系统具有良好的运行稳定性和较高的导航精度，能够满足果园作业机器人的自主行驶精度要求.
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  基于激光诱导荧光光谱的酸奶乳酸菌数快速检测

  马劭瑾， 李永玉， 彭彦昆， 王绮

  2023, 44(5): 540-546. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.007

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  以市售搅拌型酸奶为研究对象，利用自行搭建的激光诱导荧光（LIF）采集系统，获取不同乳酸菌数酸奶样品的荧光光谱，探讨酸奶中各种荧光物质的荧光峰强度随乳酸菌数变化的响应关系，结合光散射校正算法建立了酸奶中乳酸菌数定量预测模型.结果显示，不同乳酸菌数酸奶样品均在435、485和520 nm附近出现了荧光特征峰，且均随乳酸菌数的变化呈现规律性变化.利用4种光散射校正方法对酸奶原始荧光光谱进行了校正，其中，OPLEC+SR光散射校正算法能够有效消除与波长相关的基线漂移的影响，所建立的PLSR预测模型结果最优，其校正集、验证集相关系数Rc、Rp分别为0.965 4和0.953 3，均方根误差CRMSE、PRMSE分别为0.152 5 logCFU/mL和0.236 2logCFU/mL.为验证模型的稳定性与可靠性，利用未参与建模的8个酸奶样品对最优模型进行外部验证，实测值与预测值线性拟合后的相关系数R可达到0.951 0，拟合残差模为0.860 6，说明所建预测模型可以实现酸奶中乳酸菌数的实时监测.
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  局部遮挡下光伏组件MPPT复合算法

  葛强， 李振志， 仇宝云， 徐金， 徐逍帆

  2023, 44(5): 547-553. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.008

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  当光伏组件受到局部阴影遮挡时，其最大功率点跟踪(maximum power point tracking, MPPT)过程常出现误跟踪、跟踪速度慢、光伏组件输出功率低等问题.为使局部阴影下光伏组件保持快速、稳定、准确地最大功率输出，基于电导增量法(incremental conductance algorithm, INC)，结合全局比较算法(global comparison algorithm, GCA)，提出一种基于电导增量/全局比较的复合MPPT算法(INCGCA)，并通过搭建Simulink仿真模型和设计光伏试验平台，验证该算法的可行性.结果表明：基于电导增量/全局比较的复合MPPT算法在光伏组件受到局部阴影遮挡时可准确追踪到最大功率，且跟踪速度快、可靠性高，完全避免了误跟踪问题；相较于电导增量法，该算法可有效提高光伏系统的发电效率，提升光伏电站的经济效益.
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  基于标签相关性的标签特定特征多标签学习

  王进， 梁晨， 孙开伟， 陈乔松， 邓欣

  2023, 44(5): 554-563. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.009

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  针对标签特定特征多标签学习算法(multilabel learning with labelspecific features, LIFT)未能在聚类以及分类阶段考虑标签相关性问题，提出一种基于标签相关性的标签特定特征多标签学习算法(multilabel learning with labelspecific features via label correlations, LFLC).将标签空间加入特征空间进行聚类构建分类模型，采用考虑标签相关性的聚类集成技术为每个标签构造标签特定特征，使用相关性矩阵构建无向完全图并挖掘图中标签集合相关性，通过树集成表达标签间多种不同结构的强相关性.在试验部分，采用涵盖不同领域的10个数据集，以Hamming Loss、Ranking Loss、Oneerror、Coverage、Average Precision和macroAUC为评估指标，进行了参数敏感性分析和统计假设检验.结果表明：结合聚类集成与标签间强相关性的LFLC算法较其他对比多标签算法整体上能取得较好的效果.
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  基于多任务损失附加语言模型的语音识别方法

  柳永利， 张绍阳， 王裕恒， 解熠

  2023, 44(5): 564-569. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.010

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  针对Attention过于灵活的对齐方式在复杂环境中适应性差、简单端到端模型对语言特征利用不充分的问题，研究了基于多任务损失附加语言模型的语音识别方法.通过分析语音信号特征，训练中选用包含更多信息的特征.以基于Attention的Conformer端到端模型为基础，采用CTC损失辅助纯Conformer (Attention)的多任务损失训练模型，得到ConformerCTC语音识别模型.在ConformerCTC模型基础上，通过分析对比部分语言模型的特点与效果，将Transformer语言模型通过重打分机制附加至上述模型的训练中，最终得到ConformerCTCTransformer语音识别模型.在AISHELL1数据集上对上述模型进行了试验.结果表明：ConformerCTC模型相对于纯Conformer (Attention)模型在测试集上的字错率（character error rate，CER）降低了0.49%，而ConformerCTCTransformer模型相对于ConformerCTC模型在测试集上的CER又降低了0.79%.CTC损失可以改善Attention对齐方式在复杂环境中的适应性，并且对ConformerCTC模型附加Transformer语言模型重打分后能再次提升0.30%的识别准确率.相较于现有的部分端到端模型，ConformerCTCTransformer模型识别效果较好，说明该模型具有一定的有效性.
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  基于深度学习和高分辨率遥感图像的车流量统计

  曹磊， 王珺瑶， 朱俊杰， 徐昇

  2023, 44(5): 570-576. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.011

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  针对现有的方法对地面道路上车辆检测率不高的问题，提出一种基于深度学习和高分辨率遥感图像的车辆检测方法.对高分辨率遥感图像道路进行感兴趣提取,并采用改进的YOLOv3 模型对车辆进行多目标检测，利用多尺度特征进行对象检测.确定了训练流程，在高分辨率遥感图像数据集上进行训练，采用准确率、召回率、F值作为评价指标进行了图像识别检测试验.结果表明：采用文中方法对高分辨率遥感图像进行分析，得到的准确率、召回率和F值分别为98.01%、97.23%和97.57%，并且能通过检测结果统计得到每秒的车流量.该方法可作为地面车辆分布信息监测的一种有效补充方式.
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  基于信干比的均匀分布用户中断概率分析

  李正权， 袁月

  2023, 44(5): 577-581. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.012

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  为了分析异构蜂窝的网络干扰、确认通信系统的关键性能指标、提高通信系统可靠性，对均匀分布在蜂窝网中的用户终端进行研究.首先对5G通信系统中超密集网络下行链路中的用户终端进行随机几何建模；其次对用户设备受到小区外某一基站干扰时的情况进行分析；然后给出了用户设备信干比的概率密度函数，并对基于信干比的中断概率进行计算；最后通过蒙特卡洛模拟进行验证.结果表明，所提出的中断概率分析方法能够适用于异构蜂窝网的下行链路通信场景.
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  液体燃料MILD燃烧的特性及其污染物的排放规律

  杜敏， 王跃成, 张帅平， 范冬辉

  2023, 44(5): 582-587. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.013

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  为了探究液体燃料的中低氧稀释（moderate and intense lowoxygen dilution，MILD）燃烧的特性，采用数值模拟方法，分析了MILD燃烧过程中空气与燃料的入口条件对燃烧室烟气回流比、流场结构和污染物排放量的影响规律.研究结果表明：MILD燃烧室内流场结构对燃料与空气的混合起到决定作用；随着当量比的增加，燃烧室温度逐渐升高，CO的排放量逐渐增大,NOx排放量也随之增大,当量比为0.9时，NOx排放量达到峰值；随着空气入口速度的增加，燃烧室中心面温度分布均匀，没有明显的局部高温峰值点， NOx排放量逐渐减小，CO排放量呈先减小、后增大的趋势，空气入口速度为110 m/s时的CO排放量最小；随着燃料入口速度的增大，燃烧室内峰值温度逐渐升高，NOx排放量逐渐增加，CO排放量呈先减小、后增大的趋势.
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  汽油/加氢催化生物柴油混合燃油简化机理的构建及验证

  钟汶君， 赖思成， 袁起飞， 王文俊， 徐若桉， 何志霞， 王谦

  2023, 44(5): 588-598. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.014

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  针对汽油/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃油可改善汽油直喷压燃模式中低负荷着火困难和燃烧不稳定的现象，基于燃油分子结构和理化特性相似原则，提出了正十六烷作为加氢催化生物柴油的表征燃料.采用多种简化方法对正十六烷详细机理（POLIMI_1 412）进行简化，并与汽油表征燃料骨架机理以及氮氧化物子机理进行耦合，获得了82个组分和370步基元反应的汽油/HCB混合燃油简化机理.采用反应路径分析和敏感性分析方法，对部分反应的反应速率常数进行优化.结果表明：对着火延迟期的敏感性分析发现，各反应的敏感性随温度和当量比变化显著；低温工况下，大多数低温反应对着火起控制作用，而对于层流火焰速度，主要是小分子反应起控制作用；通过对简化机理的着火延迟期、层流火焰速度和组分摩尔分数进行对比验证，以及对简化机理在压燃发动机仿真中的适用情况进行验证，发现简化后获得机理可以很好预测汽油/HCB混合燃油着火燃烧特性.
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  建筑荷载与地下水开采耦合作用对地面沉降的影响

  吴奂文， 杜菁菁， 骆祖江， 张也

  2023, 44(5): 599-605. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.015

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  以南通市海门区地面沉降历史为研究背景，从比奥固结理论出发，分析地面荷载及地下水渗流场对土体变形的影响.采用现场监测的方式对海门区地下水位、高层建筑物荷载和地面沉降进行监测，研究高层建筑荷载、地下水开采以及二者耦合作用对土体变形的影响.通过建立地下水渗流、建筑荷载与土体变形的三维流固全耦合模型，对不同因素作用下地面沉降进行模拟.模拟结果显示：地下水开采引发的地面沉降对主开采层的影响最大，建筑荷载引发的沉降对地表附近土体影响较大；地下水开采和建筑荷载的耦合作用引发土体变形的情况中，地面上距离建筑物集中区较近处以建筑荷载作用为主，较远处以地下水开采作用为主.
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  基于毫米波雷达测控的桥梁状态评估与数值仿真分析

  杨三强， 代泽煜， 杨祥， 唐兰军

  2023, 44(5): 606-613. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.016

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  为研究悬臂施工的特大桥关键施工节点及结构的自动化监测技术，在悬臂施工桥段的沉降变形及受力阶段开展0#块雷达测控、施工节段沉降变形监测及整桥力学响应监测.将实际施工中受力和沉降变形的测控数据与仿真数据进行对比分析，通过两者的吻合度来判断施工过程中桥段的安全状态.借助数理统计方法，对比雷达测控数据与传统监测数据的精确性.研究结果表明：雷达测控可在全天候开展工作，并能够结合施工日志，对云图中典型波动进行分析；毫米波雷达测控0#块沉降变形值的拟合值为0.051 44，优于传统监测手段的0.006 32，与数值模拟曲线相关性更强；施工全周期内，整桥各节段受力及沉降变形的监测数据围绕理论值波动，且波动幅度较小，连续梁始终处于安全状态.
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  木质素改良粉土无侧限抗压强度特性

  周恩全， 居东煜， 崔磊， 张曼， 左熹

  2023, 44(5): 614-620. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2023.05.017

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  为了研究木质素改良粉土的力学性能，通过无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验研究了木质素改良土的无侧限抗压强度，分析了木质素掺量、养护龄期、孔隙率及骨架孔隙比的影响.研究结果表明：改良土的无侧限抗压强度随木质素掺量的增大呈先增大、后减小的趋势，随着养护龄期的增大呈逐渐增大的趋势；建立了双曲线模型，预测改良土的无侧限抗压强度与养护龄期、木质素掺量的关系；在粉土中因添加木质素而生成的胶结物质改变了粉土的孔隙率和骨架孔隙比，改良土无侧限抗压强度随着骨架孔隙比的增大而减小；木质素掺量为8%时，孔隙率和骨架孔隙比达到最小值，而无侧限抗压强度达到最大值.