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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）
 
2023年 44卷 1期
刊出日期：2023-01-10
论文
   
论文
1 王海， 吴楚， 白鑫， 陈宗哲， 侯芊荷
面向仓库内货运车的低成本航迹修正定位算法
为解决现有定位方法成本高、精度低以及存在累计误差等问题，面向仓库内的固定线路货运车辆的低成本、高精度定位需求，提出了融合航位推算(dead reckoning，DR)、运动状态识别以及修正点与传感器信息的车辆定位方法.该方法使用DR算法推算车辆的大致位置，结合运动状态识别技术判断车辆是否位于修正点，再根据修正点信息与传感器数据纠正车辆轨迹.通过仿真模拟低精度惯性传感器采集的数据并进行轨迹追踪.结果表明：所提方法通过在修正点消除累计误差，能够有效提高定位精度，满足无GPS（global positioning system）场合下低精度惯性传感器车辆的定位需求.
2023 Vol. 44 (1): 1-6 [摘要] ( 66 ) [HTML 1KB] [PDF 2485KB] ( 1027 )
7 李胜琴， 孙鑫
基于改进人工势场法前车切入场景下的主动避撞路径规划
为保证自动驾驶汽车在前车切入场景下转向避撞的主动安全性，提出了基于改进人工势场法的主动避撞路径规划方法.在传统人工势场法的基础上，改变了斥力势场函数，通过增加道路边界斥力势场，保证车辆避撞结束后仍保持直线行驶，同时，引进速度调节因子建立动态障碍物势场，解决人工势场在动态障碍物下的避撞路径规划.利用MATLAB与Carsim的联合仿真在前车切入这一动态场景下对所提出的路径规划方法进行仿真试验.结果表明：利用改进后的算法可获得平滑且安全的局部避撞路径，自动驾驶汽车沿该路径行驶时满足车辆动力学要求.
2023 Vol. 44 (1): 7-13 [摘要] ( 81 ) [HTML 1KB] [PDF 1844KB] ( 1104 )
14 景鹏， 袁代标， 杜刘洋， 徐刚， 陈月霞， 展凤萍
基于科学知识图谱的自动驾驶技术接受度研究综述
针对自动驾驶技术接受度问题，应用科学知识图谱，从文献数量年变化、国家合作、出版物期刊、影响因素以及数据分析方法，对自动驾驶技术接受度领域的研究发展进程与知识网络关系进行分析与可视化.结果表明：美国、德国、中国是该领域的主要贡献国家；安全性是影响公众接受度的首要因素，信任、态度、感知易用性、感知有用性和感知风险是影响自动驾驶技术接受度的关键心理因素；描述性统计与方差分析、回归分析、结构方程模型、Logit模型以及Probit模型是该领域的主要研究方法；现有研究的接受度理论模型的解释力度较低，同时对具有中国特色的自动驾驶技术接受度的影响因素仍需进一步探索；数据存在偏差以及是否将自动驾驶模拟体验融入研究等方面需进一步研究.
2023 Vol. 44 (1): 14-21 [摘要] ( 65 ) [HTML 1KB] [PDF 12783KB] ( 557 )
22 袁朝春1， 朱昊宇1， 何友国1， JIE Shen2， 陈龙1
弱GPS环境下的智能车辆自主导航算法
针对城市环境GPS(global positioning system)易定位失效的问题，提出一种利用视觉位置识别的智能汽车自主导航算法.为了识别车辆在无GPS环境中的全局位置，通过注意力模型和细粒度特征提取模块得到图像中具有判别力的视觉特征，实现航拍图像与离线卫星图像的匹配检索.在获取车辆位置信息基础上，通过精英蚁群优化算法为车辆输出前方道路分支行驶的方向，进行全局路径规划.结果表明：细粒度特征提取模块提取更具判别力特征，利用标签平滑的交叉熵损失函数训练，实现了实际环境位置的有效识别，车辆可以利用所提算法在弱GPS环境中自主导航.
2023 Vol. 44 (1): 22-28 [摘要] ( 62 ) [HTML 1KB] [PDF 5534KB] ( 716 )
29 苑磊， 何仁
泰勒级数前馈迟滞补偿电液复合ABS滑移率控制
 为改善滑移率的控制效果，提出一种泰勒级数前馈迟滞补偿电液复合防抱死制动系统（antilocked braking system，ABS）的滑移率控制策略.以滑移率和滑移率的积分为控制目标，设计ABS的滑移率控制器，使被控系统获得最优性能的同时，增加系统的鲁棒性.利用泰勒级数和跟踪微分器预估电子液压制动系统的迟滞补偿量，采用电磁制动力矩进行迟滞补偿.在高附着路面和跃变路面制动工况下，考虑电子液压制动系统迟滞特性，分别对泰勒级数前馈迟滞补偿电液复合ABS的滑移率控制和电子液压制动系统单独实现ABS的滑移率控制进行了仿真对比，分析了迟滞特性对制动性能的影响和2种ABS控制的性能.结果表明：基于电磁制动迟滞补偿的复合ABS控制能够有效提高汽车ABS的滑移率精度和响应速度，改善制动性能.
2023 Vol. 44 (1): 29-36 [摘要] ( 70 ) [HTML 1KB] [PDF 1792KB] ( 743 )
37 何志辉1， 高万林1,2， 何雄奎3， 任延昭3， 马仲伟4
纵列式无人直升机飞行控制系统设计
采用嵌入式设计技术设计了纵列式无人直升机飞行控制系统的硬件和软件.在飞行控制系统硬件上，采用STM32H750VBT6作为系统的主控芯片，采用6轴运动处理传感器LSM6DSR和3轴磁力计LIS2MDL构建了多传感器姿态测量硬件系统，利用主控芯片上的定时器接收遥控输入信号和输出PWM电动机及舵机控制信号.在飞行控制系统软件上，采用基于四元数互补滤波方法，对惯性导航组件测得的加速度、角速度以及磁力计测得的3轴磁场强度信息进行融合处理，解算出无人机的飞行姿态.在控制策略上采用串级控制策略，外环控制无人机的姿态角，内环控制无人机的姿态角速度实现对无人机姿态快速精确控制.最终工程实现了纵列式无人直升机飞行控制系统软、硬件，并进行试飞验证，取得了预期效果.
2023 Vol. 44 (1): 37-44 [摘要] ( 67 ) [HTML 1KB] [PDF 13756KB] ( 632 )
45 李建平, 茹煜, 倪佳胜, 陈旭阳, 夏达明
梯形果园风送静电喷雾机仿真分析及试验#br#
针对传统果园喷雾机雾滴穿透性不足和叶片背面雾滴沉积量较少等问题，本研究结合静电喷雾技术自主设计了一种适用于Y型定向生长果树的梯形果园风送静电喷雾机.为优化果园静电喷雾机的工作参数，明确不同参数对雾滴雾化效果的影响，利用Fluent软件建立了空气流场、离散雾场和空间电场耦合仿真模型，仿真试验结果表明：雾滴充电过程主要集中在喷嘴电极附近，距离喷嘴电极越近，电场强度越大，离喷嘴越远，电场强度衰减速度越快，喷嘴20 mm范围内是最佳荷电区域，电极间距越小，空间电场强度叠加得越均匀，充电电压8 kV、喷头间距150 mm时，雾滴荷电效果最好，沉积量最大.本研究还以充电电压、出口风速和行驶速度为试验因素，进行了雾滴沉积性能试验，试验结果表明：随着充电电压的增大，雾滴在叶片的总体沉积量增加，雾滴穿透性明显加强，增大出口风速雾滴沉积量总体呈先增大后减小的趋势，出口风速20 m·s-1时，雾滴沉积效果最好，且通过多因素方差分析得出试验中设置的参数对雾滴沉积量的影响大小顺序为喷雾距离、出口风速、充电电压、行驶速度，田间试验结果与仿真结果基本一致.
2023 Vol. 44 (1): 45-51 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 3757KB] ( 669 )
52 杨启志， 赫明胜， 施雷， 朱梦岚， 李章彦， 何文兵
分层防寒土与接触式清土机具相互作用的离散元仿真参数标定
为了获取西北地区不同土层的防寒土以及与接触部件（Q235钢）的离散元仿真参数，构建准确的EDEM仿真模型，将防寒土分为3层，选用Hertz-Mindlin（no slip）作为接触模型，采用堆积角试验和直剪试验，并结合Plackett-Burman方法确定显著因素、最陡爬坡试验缩小范围、Box-Behnken响应面分析法确定回归方程，逐步确定不同层土壤颗粒间的弹性恢复系数、滚动摩擦因数和静摩擦因数.通过土壤滑落试验和二因素通用旋转中心组合仿真试验获得不同土层土壤颗粒与刮板之间的弹性恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数的值.为验证离散元参数标定的准确性，对比分析田间试验和仿真试验后的土垄高度，其相对误差为578%，在可接受的范围内，验证了分层防寒土土壤标定的仿真参数以及研究方法的准确性.
2023 Vol. 44 (1): 52-61 [摘要] ( 101 ) [HTML 1KB] [PDF 3881KB] ( 1106 )
62 江晓明， 吴昊， 丛滢淇， 杜雪， 方婧茹
C-V2X系统中动态信道预测的R-ATB算法
在智能交通系统中，由于车辆节点高速运动，且速度、方向等状态频繁发生变化，造成了车联网无线信道的时变衰落.针对目前所采用的自适应交通信标ATB（adaptive traffic beacons）预测算法过程较为复杂、使用信道质量评估指标较多的问题，提出了新型的RATB预测算法.根据节点运动的多普勒频移程度，计算对应的相关时间参数RT（relevant time），给出R-ATB算法.通过OMNET++通用网络平台的条件设定与系统建模，对相关信道预测算法下的PDR（package delivery rate）与时延参数进行分析与评估.结果表明：与静态信标和传统ATB算法相比，R-ATB预测算法使用较少的实时评价指标量与较小的预测过程计算量，降低了IoV的通信信道拥塞，在典型高密度OBUs数据交互场景下，安全信标的传播及时性和高速数据的传输成功率PDR都有所提高.
2023 Vol. 44 (1): 62-66 [摘要] ( 54 ) [HTML 1KB] [PDF 1459KB] ( 613 )
67 杜怿, 徐晨
裂齿式永磁游标电动机性能分析与比较#br#
针对永磁游标电动机（permanent magnet vernier motor, PMVM）转矩密度大和功率密度高的特点，将其与传统永磁同步电动机（permanent magnet synchronous motor, PMSM）的性能进行比较研究.给出了6槽32极裂齿式PMVM的结构及工作原理，采用有限元仿真软件JMAG对其永磁磁场和电枢反应磁场的气隙磁密、空载感应电势、转矩、损耗等进行了分析，并与两台具有相同直径、轴长、定子齿数的PMSM进行了定量比较.结果表明：相比于6槽32极和6槽4极PMSM，6槽32极裂齿式PMVM平均转矩分别增加约45.0%和76.2%，转矩脉动减小约90.5%和95.0%，这揭示了PMVM转矩密度大、转矩脉动小的优点.然而，由于PMVM气隙中含有大量不同极对数、不同旋转速度的谐波磁场，导致其铁耗和永磁体涡流损耗较大. 
2023 Vol. 44 (1): 67-74 [摘要] ( 62 ) [HTML 1KB] [PDF 2495KB] ( 826 )
75 李春兰1， 罗杰1， 石砦1， 王长云1， 叶豪2， 王海杨2， 王静1
基于小波分析和概率神经网络的触电事故识别方法
 针对现有剩余电流保护装置难以识别触电事故的问题，提出一种基于小波高频分布特征和概率神经网络的触电事故识别新方法.利用S变换对包含触电电流的剩余电流信号进行频谱分析，发现触电时刻高频分量存在幅值突增现象；通过小波多分辨分析提供的多尺度频率窗口提取其各层小波高频分布，利用量纲一化处理后的各层小波高频分布突变量的累计和，量化剩余电流信号前5层高频特征描述触电事故；充分考虑触电事故发生时间的随机性，对所提取的小波特征进行类别划分；构建基于PNN的触电事故识别模型，并按指定步长对定义域内网络平滑参数进行寻优，同时采用均值聚类方法优化网络构.结果表明：触电时刻剩余电流信号500 Hz以上高频段幅值存在明显突变，量纲一化处理后的各层小波高频分布幅值突变量累计和能较好地描述各层小波高频分布对应阶段的幅值突增现象；所建立的PNN网络模型最优平滑参数区间为0.15~0.29，对应的触电事故最佳识别率为95.5%.
2023 Vol. 44 (1): 75-81 [摘要] ( 69 ) [HTML 1KB] [PDF 1780KB] ( 737 )
82 孟新， 王军锋， 徐惠斌， 李金， 张伟
荷电喷雾对脱硫塔内颗粒物的脱除试验
为了提高湿法脱硫技术对脱硫塔内烟气细颗粒物的脱除效率，设计了一套新型吹扫式荷电雾化喷嘴装置，并将该装置应用于搭建的可视化脱硫塔模型实验台，研究不同运行参数对颗粒物的脱除效果.研究结果表明：液滴的荷电效果受喷淋流量和喷雾角度的影响较大，且存在最佳荷电效果工况值；随着颗粒物粒径的增加，整体颗粒物分级脱除效率得到提高；脱除效率随着液体流量的增大而增大，随着烟气流速的增加而减小，随着粉尘质量浓度的增加呈现先增大后减小的趋势；液滴荷电后，能够进一步提高颗粒物的脱除效率，从而达到高效脱除细颗粒物的目的.
2023 Vol. 44 (1): 82-88 [摘要] ( 72 ) [HTML 1KB] [PDF 3779KB] ( 584 )
89 王迎慧, 邢聪骢, 刘建停
水平波纹管外降膜蒸发的液膜流动与换热特性分析#br#
针对低温制冷剂R134a（C2H2F4）在水平管外存在降膜蒸发问题，运用流体体积（volume of fluid，VOF）模型与用户自定义函数(user-defined functions,UDF)数值模拟管外液膜流动与换热特性，包括液膜沿换热管（波纹管与光管）的轴向和圆周方向的流动、液膜厚度分布、液膜内气泡成核及分布等.计算结果表明：在恒热流（qw=2×104  W·m-2）的波纹管与光管外壁上，R134a液膜在轴向和周向上的流动与换热均存在一定差异，波纹管外液膜在轴向上的铺展速度比光管快20 ms，而在周向上铺展较为均衡，且铺展速度稍慢于光管；波纹管外液膜平均厚度为0.120 mm，比光管薄7.00%，其中迎面区液膜厚度为0.119 mm，较光管薄13.14%；与光管相比，波纹管外液膜内气泡成核的起始时间提早2.6 ms，成核点数多15.32%，且分布较广，多见于周向角为55°~135°的区域；波纹管外平均换热系数比光管提高10.17%，迎面区换热系数为背面区的3.53倍.
2023 Vol. 44 (1): 89-95 [摘要] ( 57 ) [HTML 1KB] [PDF 2615KB] ( 564 )
96 王葭泽, 贾和坤, 俞升浩, 周泽原
GDI椭圆喷孔的喷雾撞壁特性
采用流体体积-喷雾单向耦合（VOF-spray one way coupling）分析方法，在不同喷射压力下对缸内直喷汽油机（GDI）圆形和椭圆喷孔的内部流通特性和喷雾撞壁特性进行了模拟仿真研究.结果表明：同等压力条件下，椭圆喷孔出口处异辛烷质量流量大于圆形喷孔，当喷射压力为15.0 MPa时，椭圆喷孔长短轴比为4的椭圆喷孔E2中异辛烷质量流量要比圆形喷孔大3.54%；在喷雾贯穿阶段，由于椭圆喷雾贯穿距离始终小于圆形喷雾，导致椭圆喷雾撞击壁面的时间延迟，当喷射压力为6.0 MPa时，椭圆喷孔E2的喷雾撞壁时间较圆形喷雾推迟0.14 ms；喷雾撞击壁面后，圆形喷雾的铺展半径和卷吸高度都要大于椭圆喷雾，这是因为圆形喷雾速度快，喷雾动量大，促进了喷雾的飞溅和反弹，但这种差异随着喷射压力的提高而减小.
2023 Vol. 44 (1): 96-103 [摘要] ( 61 ) [HTML 1KB] [PDF 4023KB] ( 682 )
104 李明义1， 朱洋1， 张文斌2, 余政1， 康灿1
文丘里管内NaOH溶液的空化现象及其诱发的压力脉动特征分析#br#
 借助文丘里管空化可视化实验台，采用高速相机捕捉空化区的瞬态几何形态，借助高频压力脉动测试系统获取流场中的压力脉动特征.以清水和质量分数为0.5%和1.0%的NaOH溶液为液体介质，并考虑介质体积流量对空化现象的影响，对空化区的形态、压力脉动功率谱密度及均方根能量值进行综合分析.研究结果表明：NaOH溶液中空化强度比清水高，且NaOH溶液质量分数的增加会导致空化加剧；清水中空化区尾部存在空化泡回流特征；空化现象的发生激发NaOH溶液中的高频压力脉动，而压力脉动功率谱密度与空化强度不存在正相关关系；清水和NaOH溶液中的压力脉动均方根能量峰值出现的位置均随介质体积流量的增加而向下游推移，10%NaOH溶液中的均方根能量值最大.
2023 Vol. 44 (1): 104-111 [摘要] ( 94 ) [HTML 1KB] [PDF 6302KB] ( 679 )
112 李十泉1,2， 刘荣桂2， 朱奇2， 吴文鑫2
基于数字图像相关光测法的CFRP测试与分析#br#
为了开展碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced plastics，CFRP）片材的拉伸弹性模量和弯曲模量测试，对CFRP试件进行拉伸试验和三点弯曲试验，同时开展了电测法和数字图像相关（digital image correlation，DIC）光测法的测量与分析.研究结果表明：通过电测法与DIC光测法测得的拉伸弹性模量分别为19.1 GPa和19.3 GPa，结果较为接近；通过电测法和DIC光测法测得的弯曲模量分别为18.5 GPa和19.2 GPa，结果相差较大；基于轴拉试件的电测法数据，建立了三点弯曲有限元模型，电测法分析得到的试件位移场、应变场与DIC光测法分析结果吻合，验证了DIC光测法计算结果的可靠性；与电测法相比，DIC光测法具有非接触、场域测试特性等优点，可用于实时监测试件面域位移场，从而得到其面域应变场.
2023 Vol. 44 (1): 112-116 [摘要] ( 62 ) [HTML 1KB] [PDF 10226KB] ( 618 )
117 徐嘉祥1, 武科1, 杨涛2, 李国栋2, 韩宇聪1
车站底板大体积混凝土浇筑的温度效应
为了对地铁车站底板大体积混凝土浇筑后的温度效应进行研究，依托成都地铁19号线华兴街车站的大体积混凝土底板浇筑工程，采用现场监测与数值计算分析方法，探讨水化反应引起的混凝土干缩和自收缩特性.利用有限元分析软件，采用分层分段的方式施加温度场，模拟混凝土底板应变的变化特征，分析引起大体积混凝土底板变形的主要因素，并结合地铁车站施工特点和工期，提出合理化的控制措施.研究结果表明：大体积混凝土底板各层温度和应变存在较大的差异；龄期为0~3.0 d时，底板变形的主要影响因素为混凝土剧烈水化反应后的干缩和自收缩；龄期为4.0~10.0 d时，主要影响因素为混凝土内部散热不均产生的温度效应和温差效应.
2023 Vol. 44 (1): 117-124 [摘要] ( 61 ) [HTML 1KB] [PDF 11035KB] ( 634 )
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