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网联混合环境快速路交织区自动驾驶车辆换道模型

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吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 469-477页

作者：张卫华刘嘉茗解立鹏丁恒合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009

在网联自动驾驶车辆(CAV)与常规人驾车辆(HV)组成的混合交通环境,为改善快速路交织区运行状况,提出了一种CAV自由型换道动态控制模型。首先,通过引入驾驶风格参数,优化HV多级换道策略,构建快速路交织区HV数值仿真模型,并根据不同换道比... 详细信息

在网联自动驾驶车辆(CAV)与常规人驾车辆(HV)组成的混合交通环境,为改善快速路交织区运行状况,提出了一种CAV自由型换道动态控制模型。首先,通过引入驾驶风格参数,优化HV多级换道策略,构建快速路交织区HV数值仿真模型,并根据不同换道比例和换道位置分布对所构建模型进行了验证。进一步结合CAV渗透率与其换道模型参数,提出了CAV自由型换道动态控制模型。最后,在CAV渗透率随机服从正态分布条件下,分析了CAV动态控制模型对交通效率与安全性的影响。结果表明:在低CAV渗透率条件下,动态控制模型可以进一步改善交织区内的交通效率与安全性,并且随着渗透率的提升,动态控制模型的改善效果变化幅度逐渐减弱。

关键词：交通工程快速路交织区混合交通流换道模型数值仿真

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基于SAC算法的多交叉口交通信号控制研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第1期57卷 105-111页

作者：钱立军宣亮陈健陈晨合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009

针对深度Q网络(deep Q-learning network,DQN)算法在解决多交叉口交通信号配时方案由于外部环境变化和内部参数波动导致效果不佳的问题,提出了基于柔性“行动器-评判器”(soft actor-critic,SAC)的交叉口交通信号控制方法,并设计了相应... 详细信息

针对深度Q网络(deep Q-learning network,DQN)算法在解决多交叉口交通信号配时方案由于外部环境变化和内部参数波动导致效果不佳的问题,提出了基于柔性“行动器-评判器”(soft actor-critic,SAC)的交叉口交通信号控制方法,并设计了相应的系统采样策略和回报函数.与原采样策略相比,新采样策略将相邻智能体的策略信息加入到系统状态中,使当前智能体能够得到更多的交叉口交通分布和合作策略信息.与原回报函数相比,新回报函数中引入空间折扣因子,缩小了相邻智能体的观察和回报值,使当前智能体更加关注和改善当前交通状况.随后在此基础上分别应用DQN和SAC算法设计交通信号控制方法.Webster配时法是利用相位流量数据开发的一种基于周期的固定相位长度交通信号方法,与DQN和SAC算法相比,其优化目标是降低交叉口延迟时间,不考虑交叉口排队长度.在城市交通模拟软件(simulation of urban mobility,SUMO)中构建一个时变交通流交通网络,并在其中分别对基于DQN、SAC和Webster配时法的信号配时控制方法进行仿真测试.仿真结果表明:基于SAC算法的交通信号控制方法与基于DQN算法和Webster配时法的交通信号控制方法相比,能够显著减少交叉口排队长度和平均延迟时间,具体来说,车辆平均排队长度分别减少了17.8%和28.2%,平均延迟分别减少了26.8%和36.3%,说明所提出的方法具有更好的控制效果.

关键词：智能交通交通信号控制信号交叉口深度Q网络柔性“行动器-评判器”

基于轨迹预测安全边界的智能汽车换道避撞系统

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机械工程学报 2024年第10期60卷 317-328页

作者：谈东奎胡港君朱波胡旭东姚明尧合肥工业大学汽车工程技术研究院合肥230009 合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009

轨迹预测的不确定性会引发汽车换道避撞系统的预期功能安全(Safety of the intended functionality,SOTIF)风险,为此提出一种基于轨迹预测安全边界的智能汽车换道避撞控制方法。针对前方车辆紧急切入工况,首先利用切比雪夫区间分析方法... 详细信息

轨迹预测的不确定性会引发汽车换道避撞系统的预期功能安全(Safety of the intended functionality,SOTIF)风险,为此提出一种基于轨迹预测安全边界的智能汽车换道避撞控制方法。针对前方车辆紧急切入工况,首先利用切比雪夫区间分析方法量化前车切入轨迹的不确定性,推导轨迹预测安全边界的计算公式。然后据此进行自车换道碰撞危险分析,决策出换道避撞过程中自车的换道安全边界。接着以换道安全边界为约束,应用基于Tube的鲁棒模型预测控制(Tube-basedrobustmodel predictive control,Tube-RMPC)方法设计换道控制器,实现自车主动换道避撞控制。最后在Carsim与Simulink联合平台上开展仿真试验,比较此系统与没有考虑预测不确定性的换道避撞系统的安全性,并在硬件在环仿真台架上进行验证。结果表明,求解出的轨迹预测安全边界能有效包络前车切入轨迹的不确定性,基于轨迹预测安全边界的控制方法显著提升换道避撞系统的预期功能安全性能。

关键词：轨迹预测不确定性预期功能安全换道避撞系统安全边界区间分析

基于敏感度分析的单自由度Stephenson机构多目标轨迹综合方法

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机械工程学报 2024年第5期60卷 59-69页

作者：赵萍张涯婷程悦徐宏伟訾斌合肥工业大学机械工程学院合肥230009

单自由度机构控制简单、稳定性强,但只能实现一个特定的运动形式。因此提出多模式单自由度六杆Stephenson机构设计方法,使其在保留单自由度机构优点的同时,能够通过选定的可调参数来实现多个目标轨迹。对单自由度Stephenson机构进行了... 详细信息

单自由度机构控制简单、稳定性强,但只能实现一个特定的运动形式。因此提出多模式单自由度六杆Stephenson机构设计方法,使其在保留单自由度机构优点的同时,能够通过选定的可调参数来实现多个目标轨迹。对单自由度Stephenson机构进行了运动分析,并结合其运动学方程,对九个杆长设计参数实施了敏感度分析,明确不同设计参数的变化趋势对末端生成轨迹的影响。依据轨迹变化趋势的差异化程度设计评价函数,构建不同可调参数的分析与对比方法,并以来自不同人群的多条下肢步态轨迹综合为例,通过敏感度分析及评价函数值对比,确定l_(6)为最优的可调设计参数,进行多模式Stephenson六杆机构的多目标轨迹综合和参数设计。结果表明,通过调节l_(6)杆长参数,三条目标轨迹均可在该单自由度机构上得到较好实现。对该多模式单自由度Stephenson机构进一步分析表明,其运动学性能良好,以此机构为执行器设计下肢步态康复装置,不仅结构简单、控制方便,还能对不同的目标人群都具有较好的适应性。

关键词：单自由度机构敏感度分析轨迹综合康复机构设计

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转子多重干摩擦阻尼动力吸振器及其减振特性

航空动力学报 2024年第7期39卷 76-85页

作者：杨庚王帅郑昌军毕传兴合肥工业大学机械工程学院合肥230009

针对转子过临界转速时振动过大问题,提出一种具有紧凑结构的多重干摩擦阻尼吸振器,通过集成多个具有高强度的悬臂梁式振子,结合适于高温复杂环境的干摩擦阻尼,构建能够在复杂恶劣环境下工作的环形吸振器.为对吸振器进行参数设计与减振... 详细信息

针对转子过临界转速时振动过大问题,提出一种具有紧凑结构的多重干摩擦阻尼吸振器,通过集成多个具有高强度的悬臂梁式振子,结合适于高温复杂环境的干摩擦阻尼,构建能够在复杂恶劣环境下工作的环形吸振器.为对吸振器进行参数设计与减振特性分析,采用有限元和拉格朗日方程方法对吸振器-转子系统进行动力学建模,并利用基于时频域转换的谐波平衡法实现对系统振动响应的高效求解.在此基础上,研究吸振器质量比、频率比、振子个数以及干摩擦界面法向正压力等参数对其减振性能的影响,分析其减振性能对于参数偏离的敏感性,结果表明:多重干摩擦阻尼吸振器能有效降低转子过1阶临界转速的振幅,减振幅度最高可达70%,且具有较好的鲁棒性.

关键词：转子系统多重动力吸振器干摩擦阻尼谐波平衡法减振特性

基于强化学习的智能车辆路径跟踪变参数MPC多目标控制

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中国公路学报 2024年第3期37卷 157-169页

作者：汪洪波王春阳赵林峰胡延平合肥工业大学汽车与交通工程学院安徽合肥230009

为了解决智能车辆在工况变化时跟踪精度下降和稳定性变差的问题,提出基于强化学习的变参数模型预测控制(MPC)算法多目标控制策略,实现智能车辆路径跟踪控制系统的参数自适应整定。基于车辆动力学模型设计其线性时变MPC控制器,获得最优... 详细信息

为了解决智能车辆在工况变化时跟踪精度下降和稳定性变差的问题,提出基于强化学习的变参数模型预测控制(MPC)算法多目标控制策略,实现智能车辆路径跟踪控制系统的参数自适应整定。基于车辆动力学模型设计其线性时变MPC控制器,获得最优前轮转向角和附加横摆力矩。基于Actor-Critic强化学习架构,设计进行控制参数整定的深度确定性策略梯度(DDPG)智能体和双延迟深度确定性策略梯度(TD3)智能体,构造以跟踪精度和稳定性为目标的收益函数,并搭建对接工况和变曲率工况2种典型仿真场景进行算法性能验证,当车辆处于对接工况时,根据路面附着系数的变化及时调整控制器的预测时域和权重矩阵;当车辆处于变曲率工况下时,针对道路曲率变化及时调整控制器的预测时域和权重矩阵。通过MATLAB/SimuLink、CarSim和Python联合仿真分析,将强化学习方法参数整定MPC与固定参数MPC和模糊控制方法参数整定MPC进行对比,结果表明:强化学习方法更能够在保证车辆安全性的前提下,尽可能提高智能车辆在不同路面条件下的路径跟踪精度。在对接工况下,强化学习方法参数整定MPC相较于固定参数MPC和模糊控制方法参数整定MPC,横向偏差平均值分别减少了99.8%和97.6%,前轮转角变化率平均值分别减小了99.7%和77.0%;变曲率工况下,横向偏差平均值分别减少了79.6%和90.8%,前轮转角变化率平均值分别减小了40.6%和2.6%。说明所提出的基于强化学习的智能车辆径跟踪变参数MPC多目标控制能够解决变工况下的路径跟踪的稳定性和跟踪精度控制问题,为复杂场景下的路径跟踪控制提供了一种思路。

关键词：汽车工程路径跟踪模型预测控制强化学习控制参数整定附加横摆力矩控制

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树脂基复合材料摩擦噪声特性研究

摩擦学学报（中英文） 2024年第6期44卷 811-821页

作者：鄢枫宸凤维民宋晖胡献国合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009

树脂基复合材料被广泛应用于多种制动系统中,但其在摩擦过程中易产生严重的环境噪声污染.通过摩擦试验和有限元模拟方法,总结了不同试验条件下摩擦系数、摩擦力波动系数以及摩擦噪声有效声压级的变化规律,分析了摩擦噪声与摩擦界面稳定... 详细信息

树脂基复合材料被广泛应用于多种制动系统中,但其在摩擦过程中易产生严重的环境噪声污染.通过摩擦试验和有限元模拟方法,总结了不同试验条件下摩擦系数、摩擦力波动系数以及摩擦噪声有效声压级的变化规律,分析了摩擦噪声与摩擦界面稳定性之间的关系,揭示了酚醛树脂基复合材料摩擦噪声的产生机理,同时研究了温度对其摩擦学性能及摩擦噪声行为的影响.结果表明:摩擦系数和摩擦力波动系数随载荷、相对滑动速度以及温度的改变呈现出不同的变化趋势,摩擦噪声的有效声压级与摩擦力波动系数正相关,且噪声的自功率谱与摩擦界面振动自功率谱相吻合.摩擦噪声的产生归因于接触界面的不稳定振动,研究结果为树脂基复合材料摩擦噪声的控制及发生机理提供了一定的理论基础.

关键词：摩擦噪声有效声压级摩擦力波动系数不稳定振动有限元模拟

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精密铸铝件一体化设计及在车身轻量化中的应用

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汽车工程 2024年第1期46卷 179-186页

作者：谷先广陈红林俞陆新张代胜合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009 合肥工业大学智能制造技术研究院合肥230051

铝合金一体化精密铸造技术是实现汽车轻量化的重要方式之一。本文首先采用轻质铝合金材料、熔模真空吸铸工艺以及拓扑优化对白车身前副车架及仪表板横梁进行“材料-工艺-结构”一体化设计;其次对比一体化铝合金结构件的质量、研发成本... 详细信息

铝合金一体化精密铸造技术是实现汽车轻量化的重要方式之一。本文首先采用轻质铝合金材料、熔模真空吸铸工艺以及拓扑优化对白车身前副车架及仪表板横梁进行“材料-工艺-结构”一体化设计;其次对比一体化铝合金结构件的质量、研发成本、研制周期,较原钢制件大幅度降低;最后对加装一体化精密铸铝件的白车身进行刚度与模态的有限元仿真分析及台架试验。结果表明,一体化设计后,前副车架及仪表板横梁分别轻量36.6%、30.8%,同时白车身性能均满足设计要求。

关键词：精密铸造一体化设计轻量化仿真分析台架试验

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基于颜色直方图的电路板表面缺陷检测

计算机集成制造系统 2024年第7期30卷 2296-2305页

作者：仰梓淮黄海鸿刘贺刘赟李新宇刘志峰合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学机械工业绿色设计与制造重点实验室安徽合肥230009

为了提高废旧电路板的回收再利用率,针对回收电路板常见表面缺陷,在均匀分块基础上,提出了四叉树分裂颜色直方图缺陷检测方法。该方法能快速定位电路板表面缺陷,并通过支持向量机(SVM)实现缺陷分类,进而为电路板的二次利用提供质量保障... 详细信息

为了提高废旧电路板的回收再利用率,针对回收电路板常见表面缺陷,在均匀分块基础上,提出了四叉树分裂颜色直方图缺陷检测方法。该方法能快速定位电路板表面缺陷,并通过支持向量机(SVM)实现缺陷分类,进而为电路板的二次利用提供质量保障。重点分析了分块大小与判断阈值对缺陷定位结果的影响,在保证检测精度的同时,检测速度相比均匀分块方法得到明显提升。与Faster-RCNN网络方法进行对比,结果表明该方法定位效果好,分类准确率平均达81%。

关键词：机器视觉二次利用电路板表面缺陷检测颜色直方图四叉树分裂