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基于近端策略优化的两栖无人平台路径规划算法研究

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北京理工大学学报 2025年第1期45卷 19-25页

作者：左哲覃卫徐梓洋李寓安陈泰然北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为解决水陆两栖无人平台在复杂环境中的路径规划问题,针对传统方法难以应对动态障碍物和多变环境的局限性,提出了一种基于近端策略优化(PPO)的路径规划算法,包含四种感知信息输入方案以及速度强化奖励函数,适应动态和静态环境.该算法通... 详细信息

为解决水陆两栖无人平台在复杂环境中的路径规划问题,针对传统方法难以应对动态障碍物和多变环境的局限性,提出了一种基于近端策略优化(PPO)的路径规划算法,包含四种感知信息输入方案以及速度强化奖励函数,适应动态和静态环境.该算法通过批次函数正则化、策略熵引入和自适应裁剪因子,显著提升了算法的收敛速度和稳定性.研究中采用了ROS仿真平台,结合Flatland物理引擎和PedSim插件,模拟了包含动态障碍物的多种复杂场景.实验结果表明,采用BEV+V状态空间输入结构和离散动作空间的两栖无人平台,在路径规划中展现出高成功率和低超时率,优于传统方法和其他方案.仿真和对比实验显示采用鸟瞰图与速度组合的状态空间数据结构配合速度强化奖励函数算法提高了性能,收敛速度提高25.58%,路径规划成功率提升25.54%,超时率下降13.73%.

关键词：路径规划两栖无人平台近端策略优化(PPO)

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锂离子电池低温加热技术研究进展及应用综述

机械工程学报 2025年

作者：熊瑞朱宇华张骞慧张奎梅冰昂孙逢春北京理工大学机械与车辆学院

以电动汽车为代表的新能源汽车迎来了前所未有的发展机遇。锂离子电池凭借高比能、低自放电率及长寿命等优点，成为电动汽车动力系统的主流选择。然而，低温下锂离子电池性能显著下降，直接导致电动汽车续航里程缩短，充电时间延长，还... 详细信息

以电动汽车为代表的新能源汽车迎来了前所未有的发展机遇。锂离子电池凭借高比能、低自放电率及长寿命等优点，成为电动汽车动力系统的主流选择。然而，低温下锂离子电池性能显著下降，直接导致电动汽车续航里程缩短，充电时间延长，还可能引发安全隐患，是电动汽车推广的一个核心难题。低温加热作为克服电池低温性能瓶颈的关键方法之一，是当前业界攻关的重点。本文对锂离子电池低温加热技术最新进展及实车应用现状进行了全面的总结和讨论，涵盖外部加热、内部加热和复合加热三类。全面阐述了每种技术的原理、最新进展、优势劣势及潜在的优化空间。此外，对每种技术进行了定性比较，并分析了当前加热技术在实车上的应用现状。最后，探讨了低温加热技术的未来发展前景，聚焦于关键技术突破与机遇，为低温加热技术的下一步研究和实车应用提供全面的视角。

关键词：锂离子电池低温电池加热电动汽车实车应用

基于局部关系特征和注意力机制的交通事故预测方法

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北京理工大学学报 2025年第1期45卷 11-18页

作者：张亚辉李颖刘天恩燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

基于相机的事故预测方法主要是建立交通对象的全局关系,而缺乏对局部关系的考虑.为此,提出一种基于局部关系特征和注意力机制的预测模型,实现车载相机实时预测交通事故风险.该模型首先引入局部关系多图网络,捕捉车辆间的局部交互关系,... 详细信息

基于相机的事故预测方法主要是建立交通对象的全局关系,而缺乏对局部关系的考虑.为此,提出一种基于局部关系特征和注意力机制的预测模型,实现车载相机实时预测交通事故风险.该模型首先引入局部关系多图网络,捕捉车辆间的局部交互关系,解决交通对象的局部交互信息应用不充分的问题.其次利用动态空间注意力机制确定交通事故风险车辆.最后将门控循环网络和动态时间注意力机制联合,有效利用动态场景当前帧和历史帧间的时序信息.事故数据集的实验结果表明,该模型准确率达到73.78%,提前1.55s预测交通事故风险,同时单帧预测时间为1.65 ms,具有卓越的实时性.为交通事故风险预测提供一种有效的解决方案.

关键词：交通事故预测图神经网络注意力机制

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基于模型预测控制的无人车编队避障方法

北京理工大学学报 2025年第1期45卷 34-41页

作者：张硕吴雨洋汪洋王一全崔星宿玉康北京理工大学机械车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100000

为研究障碍物环境下基于模型预测控制的无人车编队避障方法,建立了包含虚拟智能体状态的编队避障函数,使避障问题容易用优化方法求解.在无人车编队内部引入优先级策略实现编队内部避碰,并通过动态事件触发机制减小无人车之间通讯带宽占... 详细信息

为研究障碍物环境下基于模型预测控制的无人车编队避障方法,建立了包含虚拟智能体状态的编队避障函数,使避障问题容易用优化方法求解.在无人车编队内部引入优先级策略实现编队内部避碰,并通过动态事件触发机制减小无人车之间通讯带宽占用.对该方法进行了计算机仿真验证,在给定多边形障碍物环境下,使用领导者-追随者架构执行编队行驶任务,并借助事件触发器实现间歇通讯.结果表明,相较于传统方法,所设计的编队控制器能够提高带宽约束下无人车编队行驶安全性.

关键词：编队控制模型预测控制动态事件触发机制无人车避障

基于长/短视距多模型自适应交互的高速无人车避障规划研究

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北京理工大学学报 2025年第1期45卷 42-51页

作者：刘聪陈雪梅梁玮北京理工大学前沿技术研究院山东济南250307 北京理工大学机械车辆学院北京100081

在低附着、高速紧急避障工况下无人驾驶车辆需要充分考虑到路径规划效率和车辆动力学特性,以保障规划的路径满足车辆高速行驶跟踪精度要求.文中针对无人车紧急避障中路径规划与跟踪控制之间存在的耦合干预问题,提出一种基于长/短视距多... 详细信息

在低附着、高速紧急避障工况下无人驾驶车辆需要充分考虑到路径规划效率和车辆动力学特性,以保障规划的路径满足车辆高速行驶跟踪精度要求.文中针对无人车紧急避障中路径规划与跟踪控制之间存在的耦合干预问题,提出一种基于长/短视距多层融合的高速紧急避障局部路径规划算法.根据不同风险值障碍物分布的密集程度细化障碍物的风险值,分别设计了可跨/绕障碍物群的风险势场和环境风险状态采样空间,从而构建一种基于偏向性采样的长视距局部路径规划算法.提出了一种基于交互式多模型预测控制的短视距局部路径重规划,建立模型概率实时在线更新规则,实现了极限工况下车辆快速行驶的局部路径规划,同时满足计算实时性、避障安全性和跟踪稳定性的路径规划设计需求.仿真试验验证了所提多层融合局部路径规划方法的有效性和优越性.

关键词：紧急避障无人驾驶车辆多层融合规划偏向性采样

基于前馈补偿的轮腿式平台多任务复合运动解耦控制

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北京理工大学学报 2025年第1期45卷 26-33页

作者：刘辉马嘉勇杨海洋郝伟赫北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院山东济南250307

轮腿式平台在执行复杂作战环境载运任务时,由于其动态协调腿部与车轮运动是复杂耦合的,其行驶速度的稳定性、位姿控制的精确性都十分困难.文中基于轮腿式平台通过有限高度场景的动态协调任务,提出了一种基于前馈补偿的多任务优先级复合... 详细信息

轮腿式平台在执行复杂作战环境载运任务时,由于其动态协调腿部与车轮运动是复杂耦合的,其行驶速度的稳定性、位姿控制的精确性都十分困难.文中基于轮腿式平台通过有限高度场景的动态协调任务,提出了一种基于前馈补偿的多任务优先级复合运动解耦控制框架.首先,分别建立了关节和车轮动力学模型,降低模型复杂度;然后,搭建了基于任务优先级的前馈关节力矩解算,叠加轮端前馈交互力和反馈控制力矩降低实时位姿调整对质心速度的影响;最后,采用转速闭环PI控制器,并引入车轮滚动阻力实现车轮速度到质心速度的有效传递.仿真结果表明,所提出控制方法在受限场景运动过程中平台质心速度最大跟踪误差小于3%,为轮腿式平台复杂环境下执行任务提供了可行控制框架.

关键词：轮腿式平台前馈补偿任务优先级解耦控制

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液力变矩器单向离合器阻力矩及流场特性研究

北京理工大学学报 2025年

作者：刘城柳景灿郭猛闫清东魏巍刘世琦王浩源北京理工大学机械与车辆学院北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 北京理工大学前沿技术研究院(济南) 北京理工大学重庆创新中心

作为液力变矩器的关键部件，单向离合器可实现变矩器工况耦合器工况的相互切换，对综合式液力变矩器传动性能发挥和可靠运行至关重要.为探究单向离合器转矩性能和流动特性，该研究针对液力变矩器用单向离合器，采用CFD数值分析和实际试... 详细信息

作为液力变矩器的关键部件，单向离合器可实现变矩器工况耦合器工况的相互切换，对综合式液力变矩器传动性能发挥和可靠运行至关重要.为探究单向离合器转矩性能和流动特性，该研究针对液力变矩器用单向离合器，采用CFD数值分析和实际试验测试相结合的方法，开展了单向离合器阻力矩及流场特性的研究，分析了单向离合器在不同环境温度下的流场状态分布特征和搅油转矩变化规律，构建了外环搅油转矩与转速、环境温度的映射关系.研究结果表明，单向离合器搅油转矩与内部油液的压力、流速、涡量均相关，流场状态参数数值基本随温度的降低而升高，尤其在外环型面附近最为明显.在外环转速为800～2 200 r/min时，外环搅油转矩值为6～26 N·m.此外，外环2 000 r/min时其型面上最高压力为200 kPa，表面流体流速达20 m/s.

关键词：单向离合器计算流体力学搅油转矩流场特性实验测试

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轻型履带车辆样车道路运行状态模拟试验研究

兵器装备工程学报 2025年

作者：薛蕊李振平董明明中国北方车辆研究所系统总体技术部北京理工大学机械与车辆学院

轻型履带车辆在服役过程中将经受多种服役环境，其受载及振动特征对于部件的设计及可靠性校核非常重要。进行样车整车台架道路载荷模拟试验是研发轻型履带车辆行动系统的必要环节之一。针对某型轻型履带样车，以两种典型试验场路面几何... 详细信息

轻型履带车辆在服役过程中将经受多种服役环境，其受载及振动特征对于部件的设计及可靠性校核非常重要。进行样车整车台架道路载荷模拟试验是研发轻型履带车辆行动系统的必要环节之一。针对某型轻型履带样车，以两种典型试验场路面几何高程信号为输入，开展整车道路模拟试验，得到车辆质心处、驾驶员座椅处和炮塔座圈、耳轴和瞄准镜等位置的加速度及该样车陀螺仪角速度信息。对比不同路面工况和不同行驶速度下，各测试位置加速度响应特征和车体三向角速度特征的差异。通过FFT变换，获得各测试位置处加速度幅频特征。研究表明：履带车四处悬挂位置振动响应量值差异明显，悬挂位置振动频域特征中存在与车辆悬挂跨距相关的滤波窗特征。车体在戈壁路运行过程中各关注位置各向振动加速度及各向角速度均明显大于相同速度等级的铺面路。摇头角、点头角和侧滚角速度幅频特征主频均包括2.5Hz和8.5～9Hz，这两个频率对应的振动能量对驾驶员座椅振动有显著影响。履带车车体不同位置处振动响应包含的频率范围并不一致。

关键词：轻型履带车辆路面工况行驶速度振动加速度角速度振动传递

基于Li10GeP12S2全固态电池关键材料的热稳定性研究

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储能科学与技术 2025年

作者：张文杰任东生吴宇芮新宇刘翔冯旭宁卢兰光北京理工大学材料学院清华大学车辆与运载学院北京航空航天大学材料科学与工程学院

全固态锂电池具有宽工作温域、高能量密度和高功率密度等优势，是最具有潜力的下一代储能候选电池之一。硫化物电解质Li10GeP12S2（LGPS）凭借其超高的锂离子电导率 (1×10-3S cm-1)吸引了研究者的广泛关注。不幸的是，高能量密度体系下... 详细信息

全固态锂电池具有宽工作温域、高能量密度和高功率密度等优势，是最具有潜力的下一代储能候选电池之一。硫化物电解质Li10GeP12S2（LGPS）凭借其超高的锂离子电导率 (1×10-3S cm-1)吸引了研究者的广泛关注。不幸的是，高能量密度体系下的LGPS全固态电池关键材料的热稳定性并没有被报道。本文研究了硫化物固态电解质LGPS分别与正极 (LiNi0.92Co0.04Mn0.04O2，NCM92)、负极（SiC）的热稳定性。通过差示扫描量热法（DSC）和同步热分析-质谱联用技术（STA-MS），分析了硫化物固态电解质、正极、负极以及其混合物的产热产气特性。在产热产气分析的基础上，利用扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）技术、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）对不同温度下的产物成分进行了深入分析。当温度升高至200oC时，NCM92正极发生相变，释放大量氧气，与硫化物电解质发生轻微反应，生成P2Sx和微量SO2。当温度升高至310oC时，LGPS和正极混合样品发生剧烈放热反应，生成金属氧化物、金属硫化物和磷酸盐等。本研究揭示了NCM92|LGPS|SiC全固态电池关键材料的热稳定性，为全固态锂电池的材料选择和安全优化设计提供理论支持。

关键词：全固态锂电池 Li GeP S 高能量密度热稳定性