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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 5期
刊出日期：2024-09-10
论文
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
   
车辆工程
497 郭烈1,2， 卫立任3， 秦增科1， 胥林立1
基于驾驶风格和驾驶员不满度的换道决策模型
针对现有的驾驶员不满度模型未考虑驾驶风格而导致换道决策难以适应不同类型驾驶员的问题，改进基于前车车速的驾驶员不满度模型，并结合基于椭圆车辆模型的最小安全距离模型，建立基于驾驶风格和驾驶员不满度的换道决策模型.选取15个问题作为驾驶员行为问卷（driver behavior questionnaire，DBQ）调查内容，利用主成分分析和K-means聚类将驾驶风格分为激进型、谨慎型和普通型3类.设计驾驶模拟器试验，采集不同驾驶风格的驾驶员换道数据，得到不同驾驶风格的驾驶员不满度阈值.通过MATLAB/Simulink和Carsim仿真平台验证换道决策模型的有效性.结果表明：换道决策模型可根据驾驶员不满度正确产生换道意图，保证换道过程的安全性，同时还可以适应不同驾驶风格的驾驶员，使基于驾驶员不满度的换道决策模型更符合驾驶员的实际驾驶习惯.
2024 Vol. 45 (5): 497-505 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 2030KB] ( 332 )
506 孟繁瑞1,2,3， 王翔1,2,3， 俄文娟1,2,3， 王可馨1,2,3， 昝雨尧4
基于GCN-CS-LSTM的车辆多模态行驶轨迹预测
针对车辆交互关系的非欧几里得性质，提出了一种适用于高速公路车辆之间动态图结构的表达方式，以实现车辆信息的交互传递，并设计了一种结合图卷积神经网络(graph convolutional neural network, GCN)、社会卷积池化层(convolutional social pooling,CS)和长短时记忆网络(long short-term memory network, LSTM)的多模态驾驶行为轨迹预测模型.该模型以LSTM编码器和解码器为基础框架，通过卷积和图卷积实现车辆交互关系的有效提取，同时引入最大池化和平均池化技术，以实现特征提取和背景信息保留.结果表明：本模型在长时域(5 s)的均方根误差为4.03 m，相较于基准模型提高了10.8%，在与其他深度学习模型对比中具有更高的准确率；在不同交通环境下，本模型相较于基准模型的预测性能均有8%~11%提升；消融试验结果进一步验证了本模型中各模块的有效性，本模型能够预测车辆在未来长时域内不同模态的概率分布和对应的轨迹.
2024 Vol. 45 (5): 506-512 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 2051KB] ( 319 )
513 黄益绍， 庄迪
基于干扰观测器与终端滑模的车辆纵向控制
为了消除未知干扰和不确定性对车辆纵向控制的影响，设计了基于干扰观测器和终端滑模控制的分层式车辆纵向控制系统.利用干扰观测器对系统干扰进行实时观测，实现对系统的反馈补偿，降低滑模控制的切换增益，从而抑制滑模控制的抖振.利用Lyapunov函数证明了控制系统的稳定性，并通过Carsim/Simulink进行了联合仿真试验.结果表明：在两种仿真工况条件下，控制器对参考速度跟踪效果良好，速度误差最大仅为0.22 m/s，干扰观测器对系统干扰能够准确快速估计，估计误差仅为0.003 14，切换逻辑执行器发挥良好；与传统滑模控制相比，所设计的控制器稳定性更好，抑制了滑模控制的抖振，实现了对车辆纵向速度的稳定跟踪.
2024 Vol. 45 (5): 513-520 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 1841KB] ( 318 )
521 田韶鹏1，2， 蔡显雄1，2， 杨灿1，2
分布式电驱动汽车横摆稳定性控制
针对分布式电驱动汽车在转向变道、高速和低附着系数路面等极限工况下容易失去稳定的情况，提出一种分层控制策略.对车辆进行了稳定性分析，判断控制器开启条件.上层控制器采用模糊滑模控制,积分滑模控制得到附加横摆力矩，为了削减积分滑模控制器的抖振，采用模糊控制器进行优化.下层控制器采用基于轮胎负荷率的纵向力分配和基于轴载比例的纵向力分配，并对两种力矩分配进行对比，通过Carsim和MATLAB/Simulink联合仿真，分别在高速高附着系数路面和低速低附着系数路面进行验证.结果表明：提出的稳定控制策略能有效提升车辆的稳定性，且两种力矩分配器都有较好的控制效果，其中基于轴载比例的纵向力分配效果更好.
2024 Vol. 45 (5): 521-527 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 3917KB] ( 225 )
528 王耿之1， 王陶1， 邹小俊2,3， 袁刘凯3， 王良模1
基于灵敏度分析的某商用车悬架系统参数优化
为提高某商用车的行驶平顺性，对某商用车悬架系统参数进行了优化. 基于空气弹簧试验数据拟合得到其刚度特性曲线，建立前后悬架及整车多体动力学模型，仿真得出该车随机输入工况和脉冲输入工况平顺性. 搭建悬架系统参数化的多平台联合仿真模型，通过全域灵敏度分析得出悬架系统设计参数对平顺性的影响程度. 建立整车平顺性多目标响应面近似模型，利用多目标遗传优化算法进行参数可行域内寻优. 结果表明：在随机输入工况下，车速为100 km/h时，驾驶员处和乘客处加权加速度均方根值分别减小了12.50%和29.71%；在脉冲输入工况下，车速为30 km/h驾驶员处和车速为20 km/h乘客处的垂向最大加速度分别减小了14.69%和31.28%，优化效果明显.
2024 Vol. 45 (5): 528-534 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 4849KB] ( 296 )
农业与机械工程
535 龚康鑫1,2， 席志君1,2， 贾冬冬2， 祝清震1， 郭文忠2
基于立体错位栽培架的工厂化水培生菜搬运装置设计与试验
工厂化水培生菜立体错位栽培系统是在不影响生菜光照的基础上，兼顾提高单位面积栽培株数而发展起来的一种生菜栽培方法.为提高该系统机械化率、降低劳动强度，针对立体错位栽培架特点，提出了在定植盘推入前将定植杯抬起一定高度，使定植杯跨过栽培槽堵头，再将定植盘推上栽培槽的方法，并开发出一套定植盘搬运装置.以生菜定植盘为试验对象，采用 Box-Behnken 试验设计方法探究影响搬运装置上盘成功率的因素，并寻求最优参数组合，试验结果表明：当栽培槽水平安装误差为0~5 mm、导向板角度为60°、推进速度为0.22 m/s时，上盘成功率达到99.33%，满足工厂化水培生菜立体错位生产需求.
2024 Vol. 45 (5): 535-543 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 7195KB] ( 218 )
544 王贞涛1， 薛佳怡1， 孔茜1， 李睿2， 杨诗琪1， 李彬1
滴状向射流模式转变的试验研究
液体通过内径细小的喷嘴或孔口排到周围介质中，当出口压力或流量增大时，液体在毛细管末端出流的模式将从周期滴状（PD）向混乱状态（DF）再向射流状态（J）进行转变.通过改变注射泵的流量，运用高速数码相机分别记录了去离子水和无水乙醇毛细管雾化的3种典型雾化状态（滴状、混乱、射流），获得雾化状态转变时的临界韦伯数，结果表明：在周期滴落过程中，随着孔口内径增加，液滴的形态会由球形逐渐变为梨形；随着流量的增加，两种流体均从滴状模式经过混乱状态，逐渐到达射流模式；与去离子水相比不同的是，无水乙醇的过渡状态存在范围较小，只存在于内径为0.33~0.60 mm，并且极易从周期滴状模式直接过渡到射流模式；去离子水和无水乙醇雾化模式转变的差异是两种流体的表面张力不同所致，其滴状到射流模式转变对应的临界韦伯数能够实现雾化模式转换过程的预测.
2024 Vol. 45 (5): 544-550 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 2655KB] ( 217 )
551 朱雪茹1,2， 王居飞1,2， 李超1,2， 徐禄江1， 李骅1， 徐家良1,2
基于PLC可降温垃圾箱的设计及参数优化
餐厨垃圾成分复杂多样，含多种有机质及无机盐，夏季高温条件下易腐烂变质、散发恶臭，为降低餐厨垃圾在收集、储存环节的变质速率，对社区住宅的餐厨垃圾在处理前进行短时间降温，基于湿帘-风机降温装置设计了一种智能温控垃圾箱.垃圾箱内部分布若干温度传感器，采用西门子PLC进行控制，通过编程设定湿帘-风机装置的执行条件，利用PID算法进行软件优化，通过触摸屏实现数据可视化，实现湿帘-风机系统的智能化调控，维持垃圾箱内部温度在设定范围.经过系统调试及试验验证，结果表明：智能温控系统检测误差小于0.5 ℃，达到精度要求；在室外温度高达35 ℃时，垃圾箱内平均温度维持在25 ℃左右，满足餐厨垃圾的恒温储存要求.
2024 Vol. 45 (5): 551-555 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 2792KB] ( 223 )
计算机与通信工程
556 倪育德1， 闫苗玉1，2， 刘瑞华1
BDSBAS单频增强服务性能评估及分析
针对利用北斗星基增强系统（Beidou satellite-based augmentation system，BDSBAS）实际数据评估该系统对民用航空相应运行性能支撑研究的不足，进行BDSBAS单频增强服务性能评估及分析.基于国际相关标准全面梳理了BDSBAS精度增强和完好性增强的解算流程，通过公开播发的BDSBAS-B1C报文实现精度增强和完好性增强，利用增强结果评估2022年第二季度BDSBAS在中国地区的精度、完好性和可用性的服务性能.结果表明：在本次测试时段内，BDSBAS单频增强服务能够支持垂直引导进近（approach procedure with vertical guidance，APV）-I运行所需的精度和可用性，水平精度和垂直精度范围分别为1.5~5.5 m和2.5~10.3 m，APV-I运行的可用性为99.871%（优于99.000%）；虽然短暂出现完好性不支持APV-I的要求，但定位误差被保护级100%包络，无误导信息以及危险性误导信息事件发生.
2024 Vol. 45 (5): 556-564 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 4299KB] ( 226 )
565 鲍煦1， 方宇1， 林锋2， 黄小红2
基于区块链和HACCP的水产品溯源系统
针对传统的水产品溯源中心化严重、数据易被篡改等问题，运用区块链技术，基于危害分析与关键控制点（HACCP）设计水产品溯源体系.采用多元线性回归的方法对样品数据指标进行处理，确认了养殖过程中的关键控制点；在确定关键信息的基础上，设计了智能合约对水产品溯源各环节的上传数据进行判定.从系统可行性出发，分别对系统功能、共识拓扑、溯源编码进行详细设计.搭建水产品溯源系统，并对系统的功能和性能进行了测试.结果表明:系统的交易吞吐量固定在320笔/s上下，平均交易延迟在0.5 s左右，交易成功率在99.8%左右，完全可以满足生产实践的需求.
2024 Vol. 45 (5): 565-573 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1861KB] ( 267 )
574 王兰忠1, 牟昌善2
基于元学习的小样本语义分割算法
针对现有的小样本语义分割模型对未知新类分割精度不高的问题，提出一种基于元学习的小样本语义分割算法.首先，利用深度可分离卷积改进传统主干网络，并在ImageNet数据集上进行了编码器的预训练.其次，利用预训练的主干网络将支持图片和查询图片映射到深度特征空间.最后，利用支持图片的真实掩码将支持特征分离为目标前景和背景，并借助vision transformer构造了一种自适应的元学习分类器.在PASCAL-5i数据集上进行了大量的试验.结果表明：所提出模型在VGG-16、ResNet-50和ResNet-101主干网络上分别实现了47.1%、58.3%和60.4%的mIoU（即平均交并比）（1 shot），同时在5 shot设定下实现了49.6%、60.2%和62.1%的mIoU；在COCO-20i数据集上实现了23.6%、30.3%和30.7%的mIoU（1 shot），同时在5 shot设定下实现了30.1%、34.7%和35.2%的mIoU.
2024 Vol. 45 (5): 574-580 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 1599KB] ( 242 )
能源与动力工程
581 何志霞， 姚林， 冯永强， 王玉， 张强， 徐康静
串联双级蒸发有机朗肯循环系统的多目标优化及工质优选

为了探究串联双级蒸发有机朗肯循环系统在特定工况下的最佳混合工质，选取了3组不同特性的混合工质，即R21/R113、R1234ze/R141b和R227ea/R245fa，引入热力学性能指标、经济指标和环境指标，利用非支配排序遗传算法进行多目标优化.通过求解Pareto边界，采用3种决策方法对每组工质流体进行最优解的选择，根据偏移量选取最优决策方法.结果表明： 在热源温度为150 ℃、冷源温度为15 ℃的工况下，混合工质R1234ze/R141b最优解的效率相对较高，平准化度电成本（levelized cost of energy，LCOE）和当量二氧化碳排放量（equivalent carbon emission，ECE）相对也较低，热源温度也适配，为该工况下较为合适的混合工质.
2024 Vol. 45 (5): 581-589 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 3408KB] ( 230 )
590 王海， 张帆， 林宏， 王军锋
超滑表面的抑霜与融霜特性
为解决低温高湿环境中超疏水表面防霜失效问题，通过超疏水表面粗糙基底灌注润滑油方法制作了超滑表面，并对其润湿特性和微观形貌进行了表征.设计并搭建了防冰霜系统和竖直融霜试验测试平台，对超滑表面、超疏水表面和纯铜表面的动态结霜和融霜过程进行了研究.结果表明：超滑表面可在基底多孔的粗糙结构中形成动态油膜层，能够有效减少霜晶形核吸附，防止“冰桥”形成，霜波传递速度与结霜质量均显著低于超疏水表面和纯铜表面，展现了优异的抑霜性能；在竖直融霜排液过程中，测试表面融霜效率与结霜质量呈正相关，超滑表面融霜水残留质量及表面覆盖率略高于超疏水表面，但远低于纯铜表面，具有良好的融霜排液效果.
2024 Vol. 45 (5): 590-597 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 14294KB] ( 248 )
论文
598 曹玉贵1,2， 铉志莹1， 谢青华3， 李恒4
橡胶粗细集料含量对FRP约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响
为研究橡胶粗细集料体积分数对纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer，FRP）约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响，提出了橡胶粗细集料体积替换率的概念，并通过收集已发表文献的110组应力-应变关系试验曲线，分析了橡胶粗细集料体积替换率对FRP约束不同截面橡胶混凝土柱应力-应变关系关键参数的影响，基于分析结果建立了FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系模型和抗压强度模型，两个模型中均考虑了橡胶粗细集料体积替换率和橡胶混凝土截面形状的影响.模型评估结果表明：随着橡胶粗细集料体积替换率、FRP约束应力比和截面倒角半径比的增加，FRP约束橡胶混凝土的抗压强度均呈增大的趋势；建立的抗压强度模型可准确预测橡胶颗粒取代部分细集料或粗细集料的FRP约束橡胶混凝土抗压强度，平均误差仅为1.03；建立的应力-应变关系模型能够较好预测FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系曲线变化.
2024 Vol. 45 (5): 598-605 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 2044KB] ( 217 )
606 操礼林， 王念康
随机人群行走下大跨楼盖的动力特性参数及加速度响应的变化规律
依据人在行走过程中变步长、变步频和变步速的关系，建立了一种随机人群步行荷载模型.基于薄板振动理论，推导了考虑人-结构相互作用的人群-大跨楼盖耦合动力方程，并通过编程计算，分析了随机人群作用下大跨楼盖动力特性参数与加速度响应的变化规律.结果表明：人群随机行走下，大跨楼盖瞬时频率先减小、后增大，瞬时阻尼比先增大、后减小；随着行走人数增多，大跨楼盖瞬时频率最小值显著降低，瞬时阻尼比最大值大幅增加，瞬时加速度和均方根加速度均呈先增后减的趋势；不同行走人数下，考虑与不考虑行人随机性时结构的加速度响应差异较大，其中瞬时加速度最大差异率可达到53.90%，均方根加速度最大差异率可达到61.57%.
2024 Vol. 45 (5): 606-613 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 1820KB] ( 217 )
614 王文1，2， 胡昊1， 张国栋2，3， 丁时述1
基于区块链和人机交互的工程质量验收系统
针对传统工程质量验收中存在信息查阅耗时、数据易被篡改等问题，在工程质量验收管理需求分析的基础上，综合利用区块链技术的信息溯源和防篡改特性，以及人机交互技术的高效处理和响应信息能力，开发一种基于区块链和人机交互的工程质量验收系统，用实际案例数据验证该模型的实用性，并从读写延迟和数据存储两个维度测试了系统的性能.结果表明：该系统在无网络延迟条件下，有关工程质量数据的读延迟和写延迟分别小于1.5 s和3.5 s；该系统因有关工程质量验收事务数据增加而产生的存储容量在可接受范围；该系统满足既有研究对区块链系统提出的性能要求.
2024 Vol. 45 (5): 614-620 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 2037KB] ( 250 )
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