摘要:为了探究城际动车组永磁直驱转向架区域的积雪结冰问题，基于某城际动车组全尺寸三车模型，采用Realizable k-ε湍流模型的非定常雷诺时均方法（unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes， URANS）和离散相模型（discrete phase model， DPM）， 在环境温度-30 ℃及动车运营速度160 km/h的仿真条件下， 分别研究了永磁直驱转向架区域与普通转向架区域的风雪运动特性. 研究结果表明：永磁直驱转向架与普通转向架相比， 转向架区域流场结构复杂度低， 气流流动较为顺畅， 虽然转向架积雪较多， 但去除电机部分积雪后， 总的积雪质量减少了23.83%， 制动夹钳总的积雪质量比普通转向架模型减少了78.368%. 可见， 在永磁直驱转向架中， 大部分积雪附着在永磁直驱电机的表面， 而其他部位， 尤其是制动夹钳表面的积雪较少. 考虑到电机在运行过程中会发热， 这种热效应能够融化表面积雪， 使得电机表面的积雪量减少. 基于这些特点， 采用直驱形式的城际动车组转向架在解决积雪和结冰问题上展现出明显的优势.

摘要:针对半挂汽车列车行驶过程中部分关键动力学状态不可测以及传感器测量值受发动机振动噪声等随机因素干扰的问题，提出了一种改进的粒子滤波方法对半挂汽车列车行驶过程中的动力学状态进行实时估计.首先建立了半挂汽车列车的17自由度动力学模型，通过将粒子滤波原理和自适应遗传算法结合增强粒子多样性， 设计了分段提议分布函数， 采用系统重采样方法抑制粒子贫化现象，实现对半挂汽车列车的纵向速度、侧向速度、横摆角速度等动力学状态的实时精确估计.搭建硬件在环仿真试验平台对算法进行不同工况下的试验验证. 试验结果表明：与无迹粒子滤波算法相比，提出的改进粒子滤波算法在理想环境和随机噪声环境下均能够实现整车的状态估计，具有较高的估计精度.

摘要:为解决深海集矿车在海底自主行驶时易受到动态洋流等因素造成的时变外界干扰的问题， 进一步提高深海集矿车运动控制精度， 提出一种基于混合线性二次型调节器（linear quadratic regulator， LQR）/H无穷（H-infinity， H∞）与广义预测控制（generalized predictive control， GPC）的深海集矿车内外环控制方法. 基于考虑时变外界干扰影响的深海集矿车误差运动学模型， 结合LQR与H∞控制相构建方位外环控制器， 使得控制器不仅具备线性最优控制方法的快速跟踪能力， 还有较强鲁棒性；结合基于履带纵向运动学模型构建的GPC速度控制器与深海集矿车动力学模型， 设计了速度内环控制器. 该控制器在考虑深海集矿车动力学特性的同时， 确保了求解过程的实时性. 仿真结果表明， 相比于常用的横向模型预测控制（model predictive control， MPC）/纵向比例积分微分（proportion integration differentiation， PID）控制方法， 该方法不仅具有更高的横/纵向控制精度， 还对时变外界干扰具备更强的鲁棒性.

摘要:针对体压分布实验采集数据的噪声干扰问题， 本研究提出了基于卷积自编码器的数据重构方法以提高数据的质量和可用性. 首先， 将体压分布数据归一化， 并添加高斯噪声作为训练集， 设计并利用卷积自编码器模型对数据进行特征提取和去噪；再将实验采集的体压分布数据作为测试集， 评估重构结果的准确性和稳定性. 实验结果表明：该模型在98个测试样本上得到的相对误差的均值和标准差分别为0.010和0.018， 有较高的准确性和稳定性. 最后， 利用该模型处理实验采集的体压分布数据， 得到体压分布指标随座椅位置的变化关系.

摘要:在驾驶员与智能系统并行协同进行换道控制的过程中， 频繁或大幅度变化人机间的控制权重可能导致人机冲突和驾驶不适感. 为了解决这些问题， 提出一种结合预先分配和实时分配的横向人机驾驶权重分配策略， 旨在实现车辆控制权的合理分配. 该策略包括构建包含横向预瞄误差及横向加速度双决策函数的单点预瞄驾驶员模型以表征驾驶员的驾驶风格特性；构建模型预测控制（model predictive control， MPC）器作为共驾控制系统， 并以五次多项式为基础设计车辆换道轨迹；设计包含风格系数、预瞄时间以及路面附着系数的驾驶权预先分配方法， 同时以风险度、人机冲突量设计权重的实时分配准则， 并引入调整量以防止权重频繁变化. 联合仿真结果表明：人机意图一致时， 该策略明显减轻了驾驶员负担；行车风险较高时， 驾驶权重向系统转移， 使其能适时介入，保障行车安全；当人机意图出现分歧， 且驾驶风险较低而人机冲突较大时， 确保控制权以定值向驾驶员转移， 使车辆能够遵循驾驶员的意图行驶， 同时整体控制效果优于定权重控制策略. 驾驶员在环平台测试结果表明，当驾驶员适应控制系统的适量介入时， 该策略可为不同风格的驾驶员提供个性化的换道辅助.

摘要:夜间驾驶时， 光线条件不佳， 目标容易被遮蔽， 这使得检测算法难以精确地识别目标的轮廓和形状. 此外， 车辆行驶中拍摄到的物体易产生模糊感， 这导致目标特征提取困难. 为解决上述问题， 提出了一种基于YOLOv8n改进的夜间行车目标检测算法. 首先， 将DCN模型引入C2f模块， 改进成DCN_CSP2模块， 并替换主干网络中的C2f模块， 从而更加精准地捕捉目标物体的形状和边缘信息， 提升特征提取能力，降低模型计算力需求. 然后， 在颈部网络中针对性地引入深度可分离卷积（depthwise separable convolution，DWConv）模块， 在保持模型性能的同时， 减少模型参数量， 从而提高模型计算效率，使模型轻量化.最后， 针对原始非极大值抑制（non-maximum suppression，NMS）算法在目标部分遮挡时可能导致重要目标丢失的问题，引入基于候选检测框与基准框重叠部分大小的衰减函数，使重要目标更有可能被保留下来，并参与后续的NMS算法过程， 从而提高模型的检测性能.实验结果表明，相较于YOLOv8n，所提算法在rmsw_5k_night数据集上的mAP@50提高了6.2个百分点， mAP@50：95提高了5.7个百分点，降低了计算力需求， 减少了模型参数量， 实现了模型轻量化与高性能的平衡.该算法有效地提高了对夜间目标的检测能力， 为其移植到终端设备中打下了坚实的基础.

摘要:为了提升驾驶辅助系统的可靠性， 进而确保行车安全， 准确地识别车辆的换道意图是一个关键策略. 为此提出一种基于卷积神经网络（convolutional neural network， CNN）和门控循环单元（gated recurrent unit， GRU）并融合逻辑判断机制的换道意图识别方法， 能够对车辆换道意图进行有效识别. 首先， 基于驾驶模拟器记录了20名志愿者的驾驶行为信息， 涵盖了左换道、右换道和直行3类数据， 用于构建换道意图样本集. 其次， 采用车辆行驶特征和驾驶员行为数据构建CNN-GRU模型， 通过CNN层提取特征并作为GRU层的输入. 最后， 在意图识别网络中融合了逻辑判断层， 通过设置概率阈值的方式， 解决换道意图在时间序列上的前后依赖问题. 为了验证所提方法的有效性， 与融合了CNN的长短期记忆（long short-term memory， LSTM）网络和GRU进行对比分析. 研究结果显示， 提出的模型在识别左换道、右换道和直行行为时， 准确率分别达到了98.5%、96.7%和95.2%， 相比其他模型展现出更高的识别精度.

摘要:为了探究成形外圆磨削加工工艺参数对18CrNiMo7-6钢表面质量的影响， 并确定较优的工艺参数组合， 利用万能工具磨床和CBN成形砂轮， 采用成形磨削V型缺口技术， 以工件转速、砂轮转速和砂轮径向进给速度为变量， 以表面粗糙度、均方根粗糙度、表面偏斜度和表面峭度等三维表面粗糙度幅度参数为评价表面质量的指标开展单因素和正交试验研究.试验结果表明：随着工件转速的增大， 表面粗糙度、均方根粗糙度和表面偏斜度均先减小后增大， 而表面峭度逐渐减小；随着砂轮转速的增大， 表面粗糙度和均方根粗糙度也先减小后增大， 而表面偏斜度和表面峭度先增大后减小；随着砂轮径向进给速度的增大， 表面粗糙度和均方根粗糙度均逐渐增大， 表面偏斜度和表面峭度则先增大后减小.三变量对工件三维表面粗糙度的影响程度从大到小依次为砂轮转速、砂轮径向进给速度和工件转速. 综合试验结果确定较优的工艺参数：工件转速、砂轮转速和砂轮径向进给速度分别为900 r/min、5 000 r/min和0.15 mm/min.

摘要:氧化铝陶瓷因卓越的介电特性和稳定的物理化学性质，在电子封装领域得到了广泛应用. 然而， 较大的焊缝裂纹倾向削弱了接头的性能，严重限制了陶瓷接头的应用. 针对该问题， 采用飞秒激光焊接氧化铝陶瓷，研究了激光束扫描轨迹、激光功率、扫描速度对焊缝裂纹特征与接头性能的影响规律，提出了基于裂纹平均宽度的焊缝等级分类方法. 结果表明， 相较于椭圆、螺旋线、垂直8字和水平8字，采用正弦扫描激光焊接氧化铝陶瓷能够获得更小的裂纹平均宽度和更高的剪切力.提升激光功率、降低扫描速度有助于减小裂纹的平均宽度，增加焊缝熔深，从而提高接头的剪切力.剪切力最大值可达1 980 N， 大约是母材剪切力的61%.建立了基于焊缝裂纹平均宽度和熔深的接头剪切力预测模型， 通过实验验证了模型的准确性，预测值与测量值最小偏差仅为0.45%.研究结果为陶瓷高性能焊接提供了技术指导和理论支撑.

摘要:关于具有晶格缺陷的单晶碳化硅（SiC）纳米磨削机理尚未完全明晰，通过分子动力学仿真模拟系统，对含晶格缺陷的单晶碳化硅进行了纳米划擦机理的研究.建立了包括金刚石磨粒和具有不同晶格缺陷的4H-SiC仿真模型，通过分子动力学仿真揭示了不同缺陷类型对原子间势能、温度、应力和加工性能等关键参数的影响.研究发现， 空位缺陷会造成工件原子间势能的不稳定，进而导致划擦后工件温度升高至671 K，而位错缺陷则显示出相对的稳定性.在纳米划擦过程中，含有位错缺陷的晶体展现了最高的平均范式等效应力，达到5.29 GPa.相比之下，存在空位缺陷的晶体表现出较低的应力，为5.07 GPa. 这一结果揭示了空位缺陷能够降低材料的屈服强度，从而促进原子移除过程；而位错缺陷则提升了屈服强度， 对原子的去除构成了阻碍.此外，空位缺陷抑制了位错成核并减小了损伤层厚度， 而位错缺陷导致了明显的位错形成和更深的损伤层.

摘要:针对大型工业产品装配过程中由功能性检测引发的链状返工问题导致项目工期延长的情况， 建立考虑功能性故障返工的复杂装配过程调度问题优化模型， 以最小化项目工期期望为目标函数建立整数规划模型；基于支持向量机质量缺陷概率预测模型和贝叶斯网络建立人员分配决策与后验返工概率之间的映射关系；设计双层遗传禁忌搜索算法（HGA-TS）， 上层基于作业列表拓扑序列优化作业执行顺序， 下层基于随机键编码优化人员配置， 再转化为资源流编码局部搜索优化， 生成前摄式调度计划. 模型实验的结果显示，优先为后验概率较高的装配作业分配高等级资源，能够有效降低功能性故障的返工概率. 对比实验也验证了HGA-TS在解决该问题上的有效性.

摘要:针对具有单个失效模式、认知不确定性和“黑箱”模型特点的可靠性分析问题，提出了一种基于证据理论的主动学习可靠性分析方法，能够高效高精度地求解结构的可信度和似真度. 通过证据理论对认知不确定性变量进行处理，抽取初始训练样本构建初始Kriging模型，将优化方法与主动学习过程相结合，实现在整个输入变量空间中搜索最佳训练样本，利用最佳训练样本对Kriging模型进行优化，通过优化后的Kriging模型代替功能函数，对未知点进行预测，以实现结构的可信度和似真度计算. 该方法将优化方法与主动学习过程相结合，降低了传统方法搜索训练样本时对候选样本位置的约束，能够搜索到对Kriging模型优化效果更好的训练样本，提升了Kriging模型构建的效率和成功率. 数值算例证明了该方法具有良好的计算效果，并将其应用于车辆正面碰撞的可靠性分析.

摘要:为解决不同单元间的兼容性问题，提出一种“试探-修正”位移插值方法，用于构造具有旋转自由度的四节点四边形平面单元.基于“试探-修正”插值的四节点四边形平面单元以平动位移和转动角度作为节点参数，采用双线性插值对位移场进行试探，根据转角的偏差，采用双三次插值对位移场进行校正.通过分片测试证明了该方法构造的四节点四边形平面单元的收敛性，并用三个算例进一步验证了其性能.数值结果表明，基于“试探-修正”插值的四节点四边形平面单元不仅收敛速度快，数值精度高，还能与梁单元兼容，方便混合单元建模.此外，“试探-修正”插值方法可参数化，具有良好的可扩展性，为今后研究其他具有真实转角的单元奠定了基础.

摘要:明确高铁站内机械绝缘节在运行工况下的电场分布特性是解决绝缘失效问题的关键. 基于静电场有限元法，考虑绝缘节厚度、材质和供电方式等工况，分别计算完好绝缘节在稳态电压和暂态过电压作用下的电场分布，并分析不同工况对绝缘节电场分布的影响. 分析绝缘节可能存在的缺陷，研究气泡、气隙和碳化等缺陷对绝缘节电场分布的影响. 结果表明，绝缘节整体电场分布不均匀. 在暂态过电压条件下，绝缘节顶部表面可能会出现局部放电现象. 绝缘节的厚度以及供电方式都会对电场分布产生影响，其中直接供电方式相较于AT供电方式的影响更为显著. 气泡对电场分布的影响程度与其位置有关，气泡周围易发生空气击穿造成局部放电. 碳化显著影响绝缘节的电场分布，随着碳化深度的增加，绝缘节局部电场强度的最大值会发生变化. 特别是当碳化发生在顶部区域时，其对绝缘节电场强度的影响较之腰部和底部区域更为显著.

摘要:为了在作业现场便捷、准确地测量登高作业人员距离地面的高度，提出了一种融合大气压力测高和视觉检测的高程测量方法. 建立YOLOX深度网络来检测现场作业图像中的登高作业人员，确定作业人员在图像中的高度位置. 利用大气压力传感器对作业人员登高过程中短期的实际高度变化值进行检测. 根据大气压力测高结果以及视觉检测结果，利用支持向量回归（SVR）建立并更新作业人员的图像位置与实际高程之间的回归模型，最终由回归模型获得高准确度的测高结果. 在实际的登高作业实验中，将所提方法与大气压力传感器直接测高及大气压力传感器比对法测高进行对比，该方法的平均绝对测高误差和均方根测高误差均低于0.2 m，优于其他对比方法. 所提方法通过视觉与大气压力传感器的融合，既克服了大气压力传感器测高漂移严重、长时间使用时精度低的问题，也避免了视觉检测中的人工标定过程，测高精度能够满足登高作业现场的人员测高需求，且便于实施，不会增加作业人员的工作负担，对于登高作业安全监护具有明显的实用性.

摘要:针对具有非最小相位特性的单电感双输出Buck-Boost变换器（SIDO Buck-Boost）输出两支路存在严重的交叉影响、控制困难以及系统暂态性能差等问题， 提出一种基于扩张状态观测器（extended state observer， ESO）的主路微分平坦控制（differential flatness based control， DFBC）和支路改进双闭环自抗扰控制（active disturbance rejection controller， ADRC）的控制策略. 首先， 根据主路微分平坦理论， 在主路控制中设计微分平坦控制器， 并对微分平坦系统进行误差反馈；设计ESO对主路的扰动项进行观测， 将观测后的状态量反馈到微分平坦控制器中. 其次， 针对支路存在耦合以及右半平面零点的问题， 设计改进型双闭环ADRC进行系统解耦， 其中， 电流内环选取基于模型补偿和前馈补偿的ADRC， 电压外环选取普通ADRC， 然后， 利用Lyapunov理论证明系统的稳定性. 最后， 在Matlab/Simulink平台中搭建了仿真模型， 并基于HIL搭建了实验平台. 仿真及实验结果表明：所提控制策略减小了输出两支路之间的交叉影响， 解决了非最小相位系统控制困难的问题， 提高了系统的暂态响应性能.

摘要:硅橡胶材料因其出色的绝缘性能，常用作高压条件下的绝缘材料，其击穿场强是重要的电气性能指标，与材料配方之间存在复杂的非线性关系. 基于此， 提出了一种基于遗传算法（genetic algorithm，GA）优化的极端梯度提升（extreme gradient boosting，XGBoost）算法的高效评价模型. 该模型将GA和XGBoost相结合，以温度、色母相对含量、Al（OH）3微粉直径、Al（OH）3相对含量和厚度作为输入，建立了优化后的XGBoost模型，对击穿场强进行预测，GA算法在XGBoost模型训练过程中自动选择最优参数. 采用皮尔逊相关系数对其影响因素进行分析可知，厚度和温度是影响击穿场强的关键因素，而色母相对含量、Al（OH）3微粉直径和相对含量的影响相对较小. 将常用的回归模型与所提出模型的评价指标进行对比分析，该模型决定系数可达0.953，均方根误差和平均绝对误差仅为0.361 kV/mm和0.168. 结果表明：GA-XGBoost模型能够较准确地预测该材料的击穿场强，可为研究硅橡胶材料性能和优化材料配方提供参考依据.

摘要:为满足通信基站、雷达等系统对于高频谱纯度本振信号的需求，基于130 nm SiGe BiCMOS工艺设计并实现了一款超宽带、多功能的锁相环（phase-locked loop， PLL）芯片，并结合芯片的应用设计了片外测试电路系统. PLL芯片内部的数控电荷泵（charge pump， CP）可以通过CP电流控制，实现对环路带宽和系统功耗等重要指标的调节. 宽带可切换分频器在反馈回路中对片外不同工作频段和性能特点的压控振荡器（voltage controlled oscillator， VCO）输出的基波信号进行分频，实现1~5.8 GHz范围内基波信号的锁定输出. 同时片内集成独立分频系统对VCO输出基波信号实现了1/2/4/8/16分频，覆盖了基波信号频段以下0.15~1 GHz范围的低频信号的输出，进一步拓展锁定带宽. 对该锁相环芯片进行流片测试表明，基波2.4 GHz输出时，环路带宽内100 kHz处相位噪声为-105.8 dBc/Hz，参考杂散抑制-86.12 dBc. 芯片在3.3 V供电下，最高鉴相频率可达75 MHz，可在-55~85 ℃之间正常工作，提供高频谱纯度的本振信号.

摘要:针对传统数字插值滤波器硬件资源消耗大、工作速度慢等问题， 提出一种基于运算资源复用的改进数字插值滤波器的设计方法.该方法在多相数字插值滤波器的基础上， 对滤波器架构进行了优化， 实现核心运算资源的复用，可以明显降低电路资源消耗和功耗. 提出的新型构架滤波器采用FPGA平台进行了原型验证，并与传统插值滤波器、多路并行插值滤波器和多相插值滤波器进行了对比. 结果表明，改进滤波器所占用寄存器数量较传统结构减少65%， 较多路并行结构减少73%， 较多相结构减少28%；最大工作时钟频率较传统结构提升129%， 较多路并行结构提升13.8%， 功耗也要低于传统结构、多路并行结构， 更适合高速、低消耗等应用场景.