湖南大学学报编辑部欢迎您！

基于UKF车辆状态及路面附着系数估计的AFS控制
周兵1，2，邱香2 ，吴晓建1，龙乐飞1

2019 Vol.(8) 1-9[摘要](35)

本文侧重于主动前轮转向（Active Front Steering，AFS）控制系统的应用性与可行性研究，针对紧急转向工况下轮胎呈现强非线性问题，以及AFS控制算法中部分状态量难以获取、路面附着系数对车辆稳定性有重要影响但难以直接测量等问题，设计非线性滑模控制器以综合考虑载荷转移、轮胎非线性及路面条件等对操稳性影响，同时，通过ESP系统现有的IMU传感器测量信息，运用无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF）算法为滑模控制器动态估计车辆状态信息和路面附着系数.在得到期望轮胎侧偏力后，通过非线性轮胎模型精确反求所需叠加转角，以在“轮胎-路面”附着能力范围内检验控制系统的有效性.最后，高附着系数情况下的鱼钩测试仿真及低附着系数时的角阶跃转向仿真共同表明，通过IMU与UKF结合的状态估计确保了AFS控制系统的可行性，有效提高了车辆操纵稳定性. [PDF](693.58 K)(28)

汽车前侧窗表面压力激励及其源分析
袁海东1，2，杨志刚1，2，3，李启良1，2

2019 Vol.(8) 9-19[摘要](31)

汽车前侧窗表面的压力激励是前侧窗区域非定常流动和气动噪声的重要体现指标. 这一区域复杂的非定常流动产生更大尺度范围的涡结构，从而导致前侧窗表面复杂的非定常压力激励. 本文通过基于声学扰动量方程组（APE）的混合计算气动声学（CAA）方法分别获得汽车前侧窗表面的湍流压力激励和声学压力激励. 引入动力学模态分解（DMD）对前侧窗表面的压力激励进行分析，指出湍流压力激励基于频率的区域分布特征和声学压力激励辐射声场特征.讨论了湍流压力激励、声学压力激励以及不同的激励源对车内噪声的相对贡献量. DMD识别的前侧窗表面主要的湍流压力激励是由后视镜尾迹的脱落涡产生的，其特征频率为59 Hz，与试验测量结果一致，验证了湍流压力激励计算结果的有效性. 通过对比前侧窗区域空间截面上相同频率的湍流压力和声学压力的DMD模态，识别出前侧窗区域主要的声源位置，一个位于后视镜基座处，由这一区域的后视镜基座涡的涡对流产生. 另一个位于后视镜镜体的下缘，由这一区域的分离涡产生. 后者由风洞试验中的传声器阵列识别出来，验证了声学场计算结果的有效性. [PDF](3.86 M)(25)

两挡AMT无动力中断换挡协调控制研究
王明1，盛继新2，丁飞1，张邦基1，文桂林1，张农1

2019 Vol.(8) 20-27[摘要](21)

针对一种纯电动汽车用离合器后置式二挡机械式自动变速器（AMT），提出将同步器布置于变速器第二轴的方案，通过离合器和同步器的切换控制实现无动力中断换挡.为使换挡过程中变速器输出扭矩变化平顺，综合考虑冲击度与滑摩功等换挡性能指标，针对换挡过程的不同阶段，采用相应的换挡协调控制策略：扭矩相时驱动电机扭矩保持不变，同时协调控制离合器扭矩；惯性相时分别采用PID、自适应模糊PID控制电机扭矩使离合器转速差跟踪目标轨迹.基于Matlab/Simulink建立整车纵向动力学模型并进行仿真试验.结果表明：所制定的换挡协调控制策略是有效的，相较于惯性相时采用PID控制离合器转速差，采用自适应模糊PID控制能有效改善换挡品质，换挡过程中最大冲击度和滑摩损失都有所减小，变速器输出扭矩变化平顺无动力中断，整车舒适性有较大提高. [PDF](796.63 K)(23)

混动电动轮自卸车电制动非线性变结构励磁控制
夏云清1,2，唐华平1，谭青1，朱广辉2

2019 Vol.(8) 28-35[摘要](20)

针对混动电动轮自卸车（HMDT）电制动励磁控制非线性和负载干扰较大的时变不确定性，对整车稳定性特别是电池寿命的影响，提出一种反馈精确线性化控制与滑模控制相结合的非线性变结构控制（NVSC）励磁控制策略.建立电制动励磁控制SISO二阶非线性模型，对模型精确线性化处理；应用滑模变结构控制设计了转速闭环励磁控制器，考虑矿山恶劣工况下为了削弱系统抖振、保证车速和制动电流稳定，设计了Luenberger负载干扰状态观测器.MATLAB仿真与实验结果表明：NVSC控制器相比PID控制除了具有动态性能好、响应快等优点外，在负载干扰波动下，电机转速和制动回馈电流保持稳定，系统鲁棒性好，保证了HMDT电池寿命和整车稳定. [PDF](1.35 M)(23)

碳纤维复合材料汽车B柱加强板的优化与性能分析
马芳武1，熊长丽2，杨猛1，蒲永锋1，王晓军1，支永帅1

2019 Vol.(8) 36-44[摘要](28)

通过建立B柱总成的有限元仿真模型，在等刚度原则下，对碳纤维复合材料B柱加强版进行自由尺寸优化、尺寸优化、铺层角度优化设计，并对B柱总成进行三点弯曲有限元仿真，获取优化后模型的最大位移及最大强度.通过真空导入成型工艺制作B柱加强板样件，并对碳纤维复合材料B柱总成进行三点弯曲试验，校核总成的强度指标.最后基于2018版C-NCAP标准分析整车侧面碰撞性能.通过对比刚度、弯曲性能、侧面碰撞侵入量、侧面碰撞侵入速度、侧面碰撞加速度，优化设计后的碳纤维复合材料B柱加强板可在保证刚度、强度及侧面碰撞性能的前提下替代原钢制B柱加强板，并使B柱加强板减重1.376 kg，减重比达到76.4%. [PDF](1.86 M)(25)

典型调速工况大功率液力偶合器叶轮装配体强度分析
卢秀泉，朱晓辉，张剑楠，胡春玉

2019 Vol.(8) 45-50[摘要](18)

随着大型核/火电站装机容量的大幅度增加，大功率液力偶合器作为电站系统主锅炉给水泵调速的核心元件，其工作叶轮的强度成为影响电站系统安全稳定运行的重要因素.文章以某型液力偶合器叶轮装配体为研究对象，采用单向流固耦合计算方法，建立全流道流固耦合分析模型，其中泵轮与涡轮套的端面定位采用接触算法，用梁单元模拟螺钉联接效果，对典型工况下叶轮装配体结构强度计算分析.结果表明，装配体整体变形和应力随着转速比的增大呈增加趋势，且叶轮变形大小与对应区域旋转半径长度基本成正比，说明离心载荷是影响叶轮装配体强度的主要原因；由于螺钉预紧力效应，叶轮连接区域出现局部应力集中现象；涡轮套内缘是叶轮装配体结构强度的薄弱区域，此分析结果与文献发表结果相吻合.此项研究工作为自主大功率液力偶合器叶轮结构设计及优化提供有效的应用理论指导. [PDF](1.38 M)(31)

MIRA阶背式模型的瞬态流动结构分析
张英朝1，曹惠南1，朱会2

2019 Vol.(8) 51-58[摘要](34)

应用采用格子玻尔兹曼方法的PowerFLOW软件，结合非常大涡模拟方法，对MIRA阶背模型进行非稳态流场求解，研究外流场的结构及流动特性.通过分析时均流场中气流从A柱沿着车顶至C柱、车尾的流动过程，探索了C柱涡、D柱涡、部分分离涡的结构及流动机理.通过分析瞬态流场探索了更加精确的随机流动特性，其中时域流场分析部分，发现车轮、后风窗及车尾区域处流场结构复杂；对频域结果的分析进一步展示了涡的振动频率及其脉动特点，发现车尾上方振动频率达12 Hz，侧窗、发动机舱顶部，车顶及车身侧部的振动频率为23 Hz，并探究了振动频率的形成机理，压力脉动分析发现底盘上方、车身尾部及后轮区域存在较大振动能量，推断得出以上区域流场结构复杂，对阻力贡献大.将仿真结果与实验结果对比分析，二者流场结构相似，涡核的数量和位置都具有较好的一致性，验证了仿真的可靠性. [PDF](2.77 M)(32)

基于电流斜率的开关磁阻电机转矩脉动研究
李孟秋，王文兵，李波，蔡辉，沈仕其

2019 Vol.(8) 59-66[摘要](17)

针对开关磁阻电机中低速运行时存在转矩脉动较大的问题，提出了一种固定开关频率的电流预测控制策略，以提高电流动态跟踪能力，实现电机恒转速控制.根据电磁关系估算当前控制周期内绕组施加正压、负压和零压时电流斜率，预测当前周期电压占空比，实现对绕组电流的精确控制.仿真与实验结果验证该电流预测控制策略的可行性，表明该方法具有较快的动态响应性能，在低速情况下能很好跟踪参考电流，较好地抑制了电机的转矩脉动和电磁噪声. [PDF](1.73 M)(17)

高升压DC/DC变换器的研究
李冬辉，刘玲玲?覮，姚乐乐

2019 Vol.(8) 67-73[摘要](20)

提出了一种高升压DC/DC（简称HS）变换器，它利用一种特殊的结构来实现升压，这种升压结构是由两个电感、一个电容和两个二极管构成.将这种特殊的升压结构和双开关升压直流变换器相结合，就构成了HS变换器，通过电感电容充放电来实现升压功能.另外，本文还提出了（Repeated HS，Re-HS）和（Generalized HS，G-HS）变换器.分析了HS变换器在CCM模式下的电压增益，并对其电压增益、开关应力以及电流尖波进行了深入研究，并与其他电路进行了比较，对比分析验证了HS变换器具有高电压增益、低电压应力和低电流尖波的特点.通过搭建HS变换器的实际电路，验证了所提拓扑的正确性. [PDF](760.39 K)(22)

准Z源逆变器耦合电感电流纹波抑制及电热分析
刘平，何敏杰，黄守道

2019 Vol.(8) 74-80[摘要](20)

准Z源逆变器拥有一个独特的阻抗网络将电源和变换电路相耦合，并具有特殊的升降压功能.电感是其阻抗网络中的核心元件，在设备中占有较大比重，使用耦合电感能显著减小其尺寸和重量. 本文提出了一种耦合电感的新型设计方案以减小准Z源逆变器的输入电流纹波，重点分析了耦合电感的损耗以及温升问题，给出了磁芯与绕组损耗以及热的解析表达式.基于Ansys有限元软件搭建了多物理域联合仿真模型以及搭建了一台6 kW的准Z源逆变器样机进行仿真与试验验证. [PDF](1.46 M)(16)

基于最小二乘法的光伏电源电磁暂态输出预测
刘科研1，吕琛1，葛磊蛟2，朱新山2

2019 Vol.(8) 81-90[摘要](19)

光伏电源的暂态输出预测对电网稳定性分析、电能质量控制与故障诊断等有重要意义.为此，本文首先建立理想光伏电源的离散化模型与线性预测模型.然后，对于电源模型参数固定的情况，给出了基于正则化最小二乘法的预测方案.对电源模型参数变化的情况，采用递推最小二乘法获得实时更新的预测模型参数.与标准递推最小二乘法不同，该方案采用了基于滑动矩形窗的数据更新策略，可提升RLS的跟踪性能与预测精度.实验结果表明，提出的预测方案获得了良好的预测精度，而且能够很好地适应电源模型参数发生变化的情况. [PDF](553.97 K)(26)

基于SVM与物元信息熵的变压器健康度分析与预测
牛国成1，2，胡贞1，胡冬梅2

2019 Vol.(8) 91-97[摘要](22)

为实现变压器运行状态的定量分析和预测，提出了利用变压器中溶解气体结合变压器典型故障类型建立变压器健康度的立体交叉复合物元，分别利用层次分析法AHP（Analytic Hierarchy Process）和信息熵值法确定影响变压器健康度的主、客观权重，利用物元-最大信息熵来定量分析变压器健康度.提出了利用支持向量机SVM（ Support Vector Machines）预测变压器未来的运行状况，采用交叉验证的网格搜索法（K-fold）、遗传算法（Genetic Algorithm GA）和粒子群算法（ Particle Swarm Optimization PSO）优化支持向量机的参数，建立最佳预测模型，该方法为变压器的故障排除、检修决策和在线预估提供了数据支持. [PDF](358.23 K)(21)

基于FNN的电动汽车自适应横向稳定性控制
袁小芳1，陈秋伊1，黄国明1，史可1

2019 Vol.(8) 98-104[摘要](24)

针对分布式驱动电动汽车（Distributed drive electric vehicles，DDEV）在急转弯时出现的不足转向和侧向失稳等不确定性稳定问题，提出了一种基于模糊神经网络（Fuzzy Neural Network，FNN）的自适应横向稳定性控制系统.该系统包括上级直接横摆力矩控制器和下级转矩分配控制器. 其中，上级直接横摆力矩控制器根据不确定因素产生的质心侧偏角误差得到期望的直接横摆力矩；下级转矩分配控制器将上级控制器输出的直接横摆力矩按轮胎载荷分配至每个轮毂电机，实现高效调整汽车姿态，提高汽车的转向能力和侧向稳定性.仿真实验表明，所提出的控制系统显著提升了DDEV的侧向稳定性，表现出较传统模糊控制更好的控制效果. [PDF](850.40 K)(17)

高速小回滞双向SCR的ESD防护器件设计
顾晓峰1，彭宏伟1，梁海莲，董树荣2，刘湖云1

2019 Vol.(8) 105-109[摘要](17)

针对可控硅（SCR）结构的静电放电（ESD）防护器件触发电压高、电压回滞幅度大以及开启速度慢等问题，设计了一种RC触发内嵌PMOS DDSCR （DUT3）器件. 基于0.35 μm Bipolar-CMOS-DMOS工艺制备了传统DDSCR （DUT1）、内嵌PMOS DDSCR （DUT2）和DUT3三种器件，利用传输线脉冲系统测试了它们的ESD特性.实验结果表明：与DUT1相比，DUT2触发电压从31.3 V下降至5.46 V，维持电压从3.59 V上升至4.65 V，具有窄小的电压回滞幅度.但是，由于DUT2内嵌PMOS常处于开态，导致DUT2器件漏电流高达10-2 A量级，不适用于ESD防护.通过在DUT2内嵌的PMOS栅上引入RC触发电路，提供固定栅压，获得的DUT3不仅进一步减小了电压回滞幅度，同时具有12.6 ns极短的器件开启时间，与DUT1相比，DUT3开启速度提高了约71.5%，漏电流稳定在10-10 A量级.优化的DUT3器件适用于高速小回滞窄ESD设计窗口低压集成电路的ESD防护. [PDF](605.32 K)(30)

一种结合施密特频率选择器的DLL型90°移相器
梁承托1，2，梁利平1，王志君1

2019 Vol.(8) 110-116[摘要](21)

为了应对传统延时锁相环（Delay locked loop，DLL）的谐波锁定问题，提出一种结合施密特频率选择器的DLL型90°移相器. 采用施密特频率选择器和双数控延时线结构，有效提高该移相器的锁定频率范围. 另外，提出的施密特频率选择器能有效抑制输入时钟频率噪声，使移相器稳定工作. 在SMIC 55 nm CMOS工艺下流片，工作电压1.2 V，版图有效面积为0.131 mm2.测试结果表明，提出的移相器在250 MHz到800 MHz频率范围内稳定工作；800 MHz时，功耗为5.98 mW，且90°相移时钟的抖动峰峰值和均方根值分别是25.9 ps和2.8 ps. [PDF](1.50 M)(20)

面向云环境中任务负载的粒子群优化调度策略
胡志刚1，常健1，周舟2

2019 Vol.(8) 117-123[摘要](23)

随着云环境中任务规模的不断扩大，云计算中心高能耗问题变得日益突出.如何解决云环境中任务分配问题从而有效降低能耗，本文提出了一种改进的粒子群优化算法（Modified Particle Swarm Optimization， M-PSO）.首先构建出一个云计算能耗模型，同时考虑处理器的执行能耗和任务传输能耗.基于该模型，对任务分配问题进行定义描述，并采用粒子群优化算法对问题进行求解.此外，构建动态调整的惯性权重系数函数以克服标准PSO算法的局部最优和收敛速度慢的问题，有效提高系统性能.最后通过仿真实验对该算法模型的性能进行了评估，结果表明M-PSO算法与其他算法相比能有效地降低系统总能耗. [PDF](521.09 K)(18)

一种用于信息隐蔽传输的高效DTN路由算法
刘美华1，田茂1，陈小莉1，张新晨2

2019 Vol.(8) 124-131[摘要](19)

作为一种间歇性连接的网络，延迟容忍网络（DTN）中的消息通过节点间的机会性相遇完成投递，这种多跳、随机的传递方式使得消息难以被追踪，因此DTN非常适合实现信息的隐蔽传输.然而在DTN中节点之间的连接频繁断开限制了传输效率，且现有的DTN路由并未针对隐蔽传输的安全性进行相关研究.为保证隐蔽传输的通信质量和安全性，提出一种路由算法，首先利用节点的静态社会特征和实时相遇情况设计一种高效的消息转发策略以提高消息的投递效率；其次考虑到过多的消息副本在增加投递概率的同时也会增加暴露的风险，根据网络连通情况对副本数进行了动态设置.最后，将提出的算法与DTN经典算法进行仿真对比，结果显示本算法能够提高DTN的消息投递率，减少网络开销，同时提高消息的安全性. [PDF](684.81 K)(19)

局部和全局特征融合的色调映射图像质量评价
侯春萍，李浩，岳广辉

2019 Vol.(8) 132-140[摘要](26)

人类视觉系统首先粗略地感知全局区域，然后精细地感知局部区域的图像质量.针对色调映射图像的质量评价问题，考虑人眼视觉机制的特性，提出一种融合局部和全局特征的无参考图像质量评价算法.首先从全局特征出发，考虑了颜色矩、全局熵和欠曝光/过曝光条件下的明暗分布特性，得到相应的全局特征；然后结合局部对比度、局部熵和分块小波能量，得到相应的局部特征；最后，融合全局特征和局部特征，使用支持向量回归进行特征训练，建立图像特征空间与感观质量分数的关系，得到图像质量评价模型.在公开的ESPL-LIVE HDR数据库上验证，实验结果表明，提出的方法与主观评分有较高的一致性，并且性能优于目前较优秀的无参考图像质量评价算法. [PDF](1.27 M)(26)

基于卷积神经网络的高分辨率雷达目标识别
何松华1，张润民1，欧建平2，张军2

2019 Vol.(8) 141-148[摘要](23)

提出一种基于卷积神经网络（Convolution Neural Network，CNN）的高分辨率雷达目标识别方法.首先针对小样本应用于深度CNN时训练过程中损失函数值收敛速度慢的问题，利用结合批归一化算法的改进CNN网络对高分辨距离像（High Resolution Range Profile，HRRP）进行自动特征提取；再利用支持向量机（Support Vector Machine，SVM）对距离像特征进行分类.使用军事车辆高保真电磁仿真数据对提出的方法进行验证，识别结果证明了该方法的有效性. [PDF](523.04 K)(18)