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江苏大学学报（自然科学版）
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江苏大学学报（自然科学版）
 
2024年 45卷 4期
刊出日期：2024-07-10
车辆工程
农业与机械工程
计算机与通信工程
能源与动力工程
土木工程
   
车辆工程
373 梁军1， 杨航1， 任彬彬1， 陈小波2， 陈龙1， 杨相峰3
融入智能网联汽车的混行交通流混沌特性
为了研究混行交通流混沌特性、辨析影响混行车队混沌程度的因素，在传统交通流理论基础上，利用Cao方法和改进的Cao方法确定混行交通流延迟时间和嵌入维数，对混行交通流序列进行相空间重构并通过计算最大Lyapunov指数判定其混沌特性.对混行交通流中智能网联汽车（intelligent connected vehicle，ICV）协同自适应巡航(cooperative adaptive cruise control，CACC)车辆比例及延迟时间关键参数进行影响分析.结果表明：在跟驰过程中车头间距序列的最大Lyapunov指数小于0时，混行交通流存在混沌；CACC车辆比例增加能够减弱混沌的时间区域，比如当CACC车辆比例达到0.6时，跟驰系统趋于稳定；CACC车辆的延迟时间对混沌的影响显著，保持低通信延迟才能发挥CACC车辆的作用，从而有效抑制混沌.
2024 Vol. 45 (4): 373-380 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 2211KB] ( 51 )
381 胡珑渝1， 纪少波1， 吕承举2， 刘振革3， 张珂1
纯电动装载机坡道防溜策略
根据纯电动装载机传动系统特性，基于装载机运行参数和行走电动机控制器上传至整车控制器的转矩和转速，制定了坡道防溜控制策略.由整车控制器确定纯电动装载机进入防溜模式的条件，并采用比例-积分 (proportional-integral,PI)算法计算防溜模式时下发至行走电动机控制器的目标转矩，使装载机可在无踏板动作时稳定在坡上.基于Simulink搭建纯电动装载机坡道防溜控制算法模型，使用Simulink自动代码生成技术生成可应用于整车控制器的程序并进行试验验证及参数优化，使用装载机在坡上停车和坡上起步阶段的溜车距离分析坡道防溜效果.结果表明：所制定的坡道防溜策略在各坡度坡道上可有效驻坡；坡度为30%时，装载机在坡上停车的最大溜车距离为8.0 cm，在坡上起步的最大溜车距离为4.0 cm，可满足安全驻坡要求.
2024 Vol. 45 (4): 381-386 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1894KB] ( 50 )
387 吕悦晶1,2， 吴耀1， 张萌萌3， 张宏4， 张志伟2
异质交通流环境下无信号T形交叉口控制策略
针对无信号控制T形交叉口，提出一种异质交通流环境下交叉口的分级限速控制模型.根据异质交通流的车辆运行特性提出分级限速的概念，并建立交叉口的车辆信息矩阵.构建以车流通过冲突区域时间最短为优化目标，以保证冲突车辆安全行驶的时间间隔为约束条件的线性规划模型.通过MATLAB搭建仿真平台对所提出的模型有效性进行试验验证.结果表明：在混合行驶的交通环境下，当车辆到达率为0.30~0.50时，本研究所提模型可以在传统控制模型的基础上提升交叉口通行能力约20%；分级限速控制模型下智能网联车辆渗透率达到0.90时，最多可以增加交叉口约17%的通行能力；所提模型能有效提高道路资源利用效率，保证主路运行通畅的情况下大幅降低支路车辆延误.
2024 Vol. 45 (4): 387-395 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 32 )
396 马世典1， 侯桐1， 江浩斌1,2， 韩牟3， 李臣旭2
自动泊车前轮转角闭环的分层控制方案
 为提高自动泊车系统中控制器的抗扰动能力，优化控制律执行效果，提出了前轮转角闭环的分层控制方案.设计了以行驶距离为非时间参考量的fal函数非光滑控制律，输出前轮转角控制量.以阿克曼转向模型为基础，建立了前轮转角观测器，并使用模糊滑模控制器实现前轮转角闭环的横向控制.搭建Carsim/Simulink联合仿真系统，在典型泊车场景下验证所设计控制器的有效性、跟踪效果及鲁棒性.使用实车测试平台开展了试验.结果表明：所设计的前轮转角闭环分层控制方案能够快速准确地跟踪目标路径，提高了泊车系统的横向控制精度，并在未知转向非线性扰动下也具有良好的跟踪控制效果.
2024 Vol. 45 (4): 396-403 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 3153KB] ( 46 )
404 王静1， 陈永强1,2， 刘彦君1， 朱涛1， 李小华1
温差发电协同储能元件驱动LED车灯的响应特性
为实现低品位能源的高效利用，构建了基于温差发电的余热回收系统将余热转化为电能，用以驱动发光二极管（light emitting diodes，LED）车灯点亮.利用恒温加热炉模拟热源，探究了余热回收系统在不同阶段能量转化和驱动LED车灯的响应特性.在实际应用中，研究了储能元件独立驱动LED车灯时光输出特性的变化规律.结果表明：储能元件可以存储回收余热所转化的电能，并独立驱动LED车灯工作，还能缓冲温度变化引起的电压波动；锂电池的能量密度高，可储存更多电能，独立驱动LED车灯时冷启动速度快，点亮时间更长，但充满电所需时间也较长；超级电容冷启动速度慢，但充放电速度较快，有助于余热回收系统短时间工作时缓解LED车灯的驱动电压波动.
2024 Vol. 45 (4): 404-410 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 2825KB] ( 44 )
411 李玉兰1，2， 王谦1， 相英杰1， 刘旭1， 曹礼轩1
喷射策略对RCCI燃烧影响的试验
 为了分析不同喷油策略对反应活性控制压燃（reactivity controlled compression ignition，RCCI）燃烧着火性能与燃烧性能的影响，使用汽油和柴油/加氢催化生物柴油（hydrocatalytic biodiesel，HCB）在光学发动机内进行了试验研究.结果表明：柴油/汽油RCCI燃烧较HCB/汽油需要的进气温度高，着火延迟期也较高，随着进气温度的增加，燃烧相位提前，着火延迟期减小；当柴油所含能量与燃料循环总能量之比从30%提高至40%时，缸内压力升高，进气温度对燃烧的影响减小；在HCB/汽油RCCI燃烧模式下，HCB喷油时刻从进气上止点后的曲轴转角-30.0°延迟至-20.0°后，燃烧过程对进气温度的敏感度降低；在光学发动机试验中，采用较高的进气温度有利于更好地实现RCCI稳定燃烧，但进气温度低于30 ℃时，可以通过推迟高活性燃料喷射时刻或提高高活性燃料质量分数来实现稳定着火燃烧，达到控制燃烧相位的目的.
2024 Vol. 45 (4): 411-416 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 4135KB] ( 35 )
农业与机械工程
417 秦云， 张成成
无人作业船自动导航控制系统的优化
为了提高原有导航系统中低成本传感器的数据检测精度和船体航迹跟踪的控制效果，引入数据融合算法并提出了一种新型的航迹跟踪算法.导航系统首先对船体进行多次坐标变换，通过两次卡尔曼滤波器融合出更精准的船体航向角、坐标和速度；其次提出了一种基于消除航迹速度偏差和航向角偏差的控制算法，将传统的PID控制器设计成由PI控制器和微分控制器组成的串级控制系统，作为内环的微分量正好由现有的加速度计和陀螺仪检测变送，省去了对微分参数的调节，对检测精度不高的系统也可以有较好的控制效果；最后解算出船体两个明轮各自需要的出力情况，以提高航迹跟踪效果.在试验平台上控制无人作业船进行多次巡航试验，通过上位机实时监测船体的状态数据和运行轨迹，并对整体优化后的航迹跟踪效果进行了分析.结果表明：经卡尔曼滤波器融合后的航向角、定位和速度，数据方差更小，更接近于理想值；对于控制算法，系统的超调量不超过3%，响应速度足够快，且稳态误差接近0；航迹跟踪的直线段成功率由优化前的80%提升到了95%，拐弯段的成功率由优化前的60%提升到了90%，直线段的最大偏航平均距离由优化前的0.83 m降到了0.12 m，拐弯段的最大偏航平均距离由优化前的1.25 m降到了0.22 m；拐弯后平均需要0.95 m长的调整距离就可以进入直行状态，直线段和拐弯段的跟踪效果明显得到了改善.
2024 Vol. 45 (4): 417-425 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 5046KB] ( 37 )
426 高向上1， 杨卫东1,2,3， 沈二波1
一种基于ESP32-CSI的粮食水分检测方法
为实现粮食水分的低成本快速准确测量，将小型化的信道状态信息(channel state information，CSI)采集设备用于粮食水分检测，采用随机森林和主成分分析两种特征选择算法对CSI的振幅指标进行特征子载波提取，基于选择的特征子载波对10种粮食水分进行分类，考虑到之后其移动化场景中的应用受限于功耗以及算力，选取结构较为简洁、运算速度较快、算力要求不高的宽度学习系统(broad learning system，BLS)应用于CSI数据的处理，同时与传统的卷积神经网络(convolutional neural network，CNN)在精确度和训练时间两个方面进行对比，最后动态地增加宽度学习系统的增强节点.试验结果表明：主成分分析（principal component analysis,PCA）算法最大限度地消除了CSI数据中的冗余信息，BLS相较于卷积神经网络不仅获得了更快的速度而且在准确率方面也优于CNN算法，因此PCA-BLS组合获得了最佳的分类效果；增加增强节点的数量后，训练时间虽然有所延长，但在一定程度上提高了识别准确率.
2024 Vol. 45 (4): 426-433 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 10020KB] ( 38 )
计算机与通信工程
434 张洲1， 梁军1， 张致豪1， 陈小波2， 陈龙1， 魏文权3， 李慧3
基于AIMM-PF的多机动目标协同跟踪
针对常规线性卡尔曼滤波越来越不能满足多机动目标跟踪精度需求的问题，提出一种基于自适应多模型粒子滤波的协同跟踪方法.首先，主车和协同车分别执行自适应交互式多模型粒子滤波(adaptive interactive multi model particle filter，AIMM-PF)算法，获得环境中目标车辆的运动状态；其次，协同车通过车车通信将跟踪到的目标状态发送给主车；最后，利用基于匈牙利算法和快速协方差交叉算法的数据关联和数据融合技术实现多机动目标的协同跟踪.搭建了V2V通信、雷达和定位仿真系统，选定两辆智能车作为主车和协同车，感知并跟踪200 m范围内的7辆目标车，进行了仿真试验.结果表明，与传统的单车跟踪相比，协同跟踪扩大了感知范围，且在不影响跟踪效率的情况下使跟踪误差降低了31.1%.
2024 Vol. 45 (4): 434-440 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 2107KB] ( 47 )
441 田亮1,2， 金积德1,2， 郑庆祥1,2
基于检测增强型YOLOv3-tiny的道路场景行人检测
为了给驾驶员提供实时准确的行人信息、减少交通事故的发生，提出一种检测增强型YOLOv3-tiny（detection of enhanced YOLOv3-tiny，DOEYT）行人检测算法.创建鲁棒的特征提取网络，首先使用非对称最大池化进行下采样，防止随着感受野增大行人横向特征的丢失；其次使用Hardswish作为卷积层的激活函数优化网络性能；最后使用GC（globe context）自注意力机制获得全文特征信息.在分类回归网络部分，采用三尺度检测策略，提升小尺度行人目标的检测精度；使用k-means++算法重新生成数据集锚框，提高网络收敛速度.构建行人检测数据集并分为训练集和测试集，对DOEYT算法的性能进行试验验证.结果表明，非对称最大池化、Hardswish函数、GC自注意力机制分别使平均准确率AP提高14.4%、7.9%、10.8%；DOEYT算法在测试集上检测的平均准确率高达91.2%，检测速度为103帧/s，可见该算法可快速准确地检测行人，降低交通事故发生的风险.
2024 Vol. 45 (4): 441-448 [摘要] ( 2 ) [HTML 1KB] [PDF 5936KB] ( 45 )
449 白杰, 江先亮
基于卷积神经网络的玛钢管件表面缺陷检测仿真
针对现有检测算法HRNetV2p无法很好地平衡各尺度缺陷的检测精度等问题，在HRNetV2p中引入一种结合通道注意力机制的特征融合模块，自适应地调整融合特征中空间-语义信息的比率，解决浅层特征缺乏语义信息的问题.建立一个玛钢管件表面缺陷检测数据集IIDD，进行数据标注及数据统计.在HRNetV2p网络中引入CG密集跳跃传输单元及CG自适应融合模块，通过整合、重新校准和重新整合3个操作自适应地调整浅层特征空间-语义信息比率.给出了试验的设置以及评价指标，完成了改进的玛钢管件表面缺陷检测算法在IIDD测试集上的性能试验.结果表明，改进后的HRNetV2p算法在IIDD上的平均检测精度AP50为91.3%，相比原始HRNetV2p提高了2.6%，其中对大、中、小尺度缺陷的平均检测精度分别提高了2.7%、2.7%、5.6%.
2024 Vol. 45 (4): 449-455 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 31708KB] ( 45 )
456 丁飞1,2, 朱跃1,2, 艾成万1,2, 孙进1,2, 张登银1,2
基于多模型融合的室内行人航迹推算建模与性能分析
 针对行人航位推算（pedestrian dead reckoning,PDR）室内信号易受到环境和多径效应干扰的问题，提出一种基于多模型融合的室内PDR优化建模方法.给出多模型融合的室内PDR建模方法系统模型，包括步数检测、步长推算、方向推算以及位置推算4个关键阶段.该方法在步数检测阶段融合了峰值检测算法、局部最大值算法以及提前过零检测算法；在步长推算阶段融合Weinberg方法和Kim方法，并利用卡尔曼滤波算法校正步数检测和步长推算的误差.基于不同场景从步数、步长、方向、位置误差方面与传统算法进行比较.结果表明，该组合模型结合了传统步数检测和步长推算算法的特征识别结果，可实现对步数检测、步长推算过程中信号特征的优化处理；在手持场景下，步数检测识别准确，步长推算中值误差在0.060 m以内，方向推算平均绝对误差最小为3.06°，位置推算平均误差为0.235 3 m，取得较好的室内步行状态识别与定位性能.
2024 Vol. 45 (4): 456-463 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 8878KB] ( 38 )
能源与动力工程
464 王迎慧, 张兴, 龚莹, 王耀
V槽的偏斜度及其分布对微通道流动沸腾特性的影响
运用VOF模型与用户自定义函数，数值模拟水在V槽微通道内的流动沸腾过程，分析V槽的偏斜度及其分布对通道内气泡的生长、脱离及气液两相流流型变化的影响.研究结果表明：V槽偏斜度会影响微气泡的脱离直径和脱离时间；偏斜度为1.0的V槽对应的气泡脱离直径较偏斜度为0和0.5的V槽分别减小0.063、0.025 mm，脱离时间分别缩短5.20、2.40 ms，气液两相流由泡状流向受限气泡流的转变沿流动方向往后推移2.7 mm，且片段环状流占据区间有所减小；对于偏斜度为1.0的V槽，当其沿流动方向的分布不同时，微通道内气液两相流动呈现不同特征，前疏后密的V槽分布能更好地抑制通道内气泡聚并，通道全程未见片段环状流发生，近壁区液膜可以避免受热面局部干涸，提升微通道流动沸腾换热的稳定性和可靠性.
2024 Vol. 45 (4): 464-469 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 2723KB] ( 37 )
470 丛琳， 张勇
基于多目标回归的空调负荷预测方法
针对空调为二次泵变流量系统时，考虑分区域供冷工况下，采用多目标回归方式解决负荷预测问题将有利于提高负荷预测准确性的情况，提出了两种多目标回归的中央空调负荷预测模型，即多目标支持向量回归(support vector regression, SVR）负荷预测模型和多目标长短期记忆（long short term memory，LSTM）神经网络负荷预测模型，利用上海市某医院的二次泵变流量系统数据对两个模型进行训练和预测，并与单目标回归预测模型进行比较.研究结果表明：相较单目标回归预测模型，两种多目标预测模型的预测精度更高；多目标SVR负荷预测模型较多目标LSTM负荷预测模型的预测准确性更高.
2024 Vol. 45 (4): 470-475 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 2383KB] ( 43 )
土木工程
476 张延年， 吕明， 陈昊， 李志军， 孙厚启
铁尾矿基掺合料混凝土的抗压性能
为实现铁尾矿、钢渣和磷渣等固废资源化，减少水泥用量，并减轻铁尾矿单独做掺合料时对混凝土产生的不良影响，基于高硅型铁尾矿，引入磷渣、脱硫灰和钢渣3种掺合料，研究了铁尾矿-磷渣-脱硫灰(IPD)体系、铁尾矿-磷渣-钢渣(IPS)体系和铁尾矿-钢渣-脱硫灰(ISD)体系混凝土的抗压性能，利用压汞法和背散射电子成像技术分别对混凝土内部的孔隙、界面过渡区进行测试分析.结果表明：IPD体系、IPS体系和ISD体系28 d抗压强度分别达到纯水泥混凝土的80.1%、92.4%和82.5%；加入掺合料后，骨料与水泥的界面过渡区更加密实，孔隙率得到了不同程度的降低，掺合料的填充效应得到了较好发挥，减轻了内部孔隙对混凝土的不良影响.
2024 Vol. 45 (4): 476-481 [摘要] ( 2 ) [HTML 1KB] [PDF 3731KB] ( 51 )
482 李传勋， 刘聪
基于割线模量的散体材料桩复合地基沉降计算
基于土体侧限条件下的应力-应变关系曲线均为双曲线的现象，且应用割线模量计算土体的竖向应变更有助于实现程序计算，首先利用土体割线模量与压缩指数和压缩模量的关系，得到桩周土体割线模量的确定方法.在此基础上，基于等应变假设条件得到考虑土体非线性压缩的桩土应力比，并提出改进的应力修正法和复合模量法，以实现散体材料桩复合地基非线性沉降计算.最后结合模型试验和实际工程算例，对2个改进的沉降计算方法开展验证分析.研究结果表明：室内模型试验中，改进的应力修正法和复合模量法的沉降计算值与试验值误差均小于1.00 mm，表明改进的沉降计算方法具有一定的可靠性；实际工程算例中，改进的复合模量法计算值与实测值间误差为8.70%，远小于JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》中规定的复合模量法误差（55.06%），改进的应力修正法计算值与实测值误差为8.73%，远小于JGJ 79—2012中规定的应力修正法误差（55.11%）.对比分析表明，改进的沉降计算方法优于JGJ 79—2012中的复合模量法和应力修正法，且改进方法计算值更接近实测值，说明改进方法具有更好的可靠性和适用性.
2024 Vol. 45 (4): 482-489 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1674KB] ( 49 )
490 张西良1， 苏小青1， 陈成1， 徐云峰1,2
聚多巴胺修饰的Ag/AgCl参比电极的制备及其性能试验
为了适应栽培基质等非均相体系pH值的在线检测，并提供稳定的参考电位，采用磁控溅射沉积银膜、NaClO溶液氯化获得的AgCl层和多巴胺沉积修饰膜，研制了聚多巴胺修饰的Ag/AgCl固体薄膜参比电极，并在沉积时间分别为4、8、12、16 h时，对聚多巴胺修饰的参比电极在磷酸缓冲盐溶液（phosphate buffered saline，PBS）中的稳定性、可逆性和循环伏安特性曲线进行了对比测试.结果表明：参比电极在PBS溶液中电位标准差均约为1.00 mV，在不同pH缓冲溶液中均能够恢复到相对稳定的电位，且偏差小于5.00 mV，具有良好的可逆性；在50次循环伏安试验中电位漂移很小；根据参比电极的氯离子灵敏度为2.00~2.50 mV/pCl，聚多巴胺修饰的参比电极对氯离子浓度不敏感，证实聚多巴胺修饰的参比电极可以用作参比电极；沉积时间为12 h时的参比电极在各项试验中综合性能表现最优，应用试验表明该参比电极更适用于开展栽培基质pH检测.
2024 Vol. 45 (4): 490-496 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 2624KB] ( 42 )
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