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基于扩展卡尔曼滤波与机器视觉融合的道路侧向坡度估计

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汽车工程 2024年第4期46卷 605-616,625页

作者：严运兵岳铭浩李海玮武汉科技大学汽车与交通工程学院武汉430065

为解决现有算法难以准确估计前方道路侧向坡度的问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)与机器视觉(VB)融合的道路侧向坡度估计方法。首先,建立含有侧向坡度的车辆2自由度模型,通过EKF估计出侧向坡度与车辆侧倾角的叠加态,由侧向加速... 详细信息

为解决现有算法难以准确估计前方道路侧向坡度的问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)与机器视觉(VB)融合的道路侧向坡度估计方法。首先,建立含有侧向坡度的车辆2自由度模型,通过EKF估计出侧向坡度与车辆侧倾角的叠加态,由侧向加速度乘以适当增益解耦出车辆侧倾角,得到EKF道路侧向坡度估计值;其次,通过视觉成像原理分析二维图像中道路侧向坡度与图像中相关参数的几何关系,得到VB道路侧向坡度估计值;最后,通过数据融合得到最终的道路侧向坡度估计值,使估计结果冗余互补。仿真和实车试验结果表明,该融合算法能够适用于道路侧向坡度变化的坡道,并显著提高了估计精度。

关键词：侧向坡度坡度估计扩展卡尔曼滤波机器视觉数据融合

Cr、Si微量元素对钢/铝感应静压焊接接头组织及性能的影响

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机械工程学报 2024年第2期60卷 178-187页

作者：高恺顾红历李坤武汉科技大学汽车与交通工程学院武汉430065 武汉科技大学分析测试中心武汉430081

为推进汽车车身的轻量化研究,对Q235与5052H32(1号)、40Cr与5052H32(2号)、Q235与6061-T6(3号)三组试样进行了感应静压焊接试验。结果表明:界面处生长的金属间化合物(IMC)主要包括近钢侧舌状Fe_(2)Al_(5)相和近铝侧针状FeAl_(3)相两种,F... 详细信息

为推进汽车车身的轻量化研究,对Q235与5052H32(1号)、40Cr与5052H32(2号)、Q235与6061-T6(3号)三组试样进行了感应静压焊接试验。结果表明:界面处生长的金属间化合物(IMC)主要包括近钢侧舌状Fe_(2)Al_(5)相和近铝侧针状FeAl_(3)相两种,Fe_(2)Al_(5)相的Gibbs自由能小于FeAl_(3)相,故界面处Fe_(2)Al_(5)相优先生长;1至3号试样Fe_(2)Al_(5)相平均厚度分别为20μm、14μm、11μm,对比1号和2号发现,40Cr钢中的Cr元素在界面处聚集并部分替换IMC中的Fe元素,降低Al在Fe中的扩散系数,抑制了Fe_(2)Al_(5)相的生成,因此2号试样中Fe_(2)Al_(5)相比1号试样薄6μm;对比1号和3号发现,6061-T6铝合金中Si元素参与界面反应,以固溶体的形式抑制了Fe_(2)Al_(5)相的生长,因此3号试样中Fe_(2)Al_(5)相比1号试样薄9μm;三种试样焊接头均为混合断裂,接头抗剪强度分别为31 MPa、68 MPa、73 MPa。

关键词：感应静压焊接金属间化合物微观组织力学性能

考虑切削能耗和表面质量的碳纤维增强树脂基复合材料加工工艺参数优化决策

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中国机械工程 2024年第10期35卷 1834-1844页

作者：鄢威王欣怡张华朱硕江志刚武汉科技大学汽车与交通工程学院武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点试验室武汉430081 武汉科技大学绿色制造工程研究院武汉430081

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)二次加工能耗与质量的影响要素相比于传统材料加工更为复杂,导致现有相关经验公式难以适用。基于此,以CFRP二次加工的切削力分析为切入点,对考虑能耗和质量的CFRP加工工艺参数优化决策问题开展研究。首... 详细信息

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)二次加工能耗与质量的影响要素相比于传统材料加工更为复杂,导致现有相关经验公式难以适用。基于此,以CFRP二次加工的切削力分析为切入点,对考虑能耗和质量的CFRP加工工艺参数优化决策问题开展研究。首先分析纤维方向角对CFRP加工形式的影响,推导了切削力模型;然后建立了以切削三要素和纤维方向角为变量,以切削能耗和表面粗糙度为目标的多目标优化模型,并提出了多样化突变驱动的粒子群优化算法(DM-PSO)与层次分析法(AHP)集成的工艺参数优化决策方法;最后通过铣削试验设计验证了上述模型和方法的可行性和优越性。

关键词：碳纤维增强树脂基复合材料加工工艺参数优化决策加工能耗表面粗糙度

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考虑碳排放的长大货物多式联运路径优化

交通运输系统工程与信息 2024年第4期24卷 1-11,49页

作者：王娟程玉丽杨雨菡张英贵中南林业科技大学物流学院长沙410004 武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 中南大学交通运输工程学院长沙410075

长大货物具有外形轮廓尺寸大、重量大和价值昂贵等特性,运输过程中不可拆解。多式联运逐步成为长大货物运输的首选方式,路径决策是其联运组织的核心。本文引入能耗因子,设计长大货物多式联运在途运输、改造和换装过程碳排放量计算公式,... 详细信息

长大货物具有外形轮廓尺寸大、重量大和价值昂贵等特性,运输过程中不可拆解。多式联运逐步成为长大货物运输的首选方式,路径决策是其联运组织的核心。本文引入能耗因子,设计长大货物多式联运在途运输、改造和换装过程碳排放量计算公式,统筹考虑长大货物装后轮廓尺寸、限界、桥梁承重能力和节点换装能力等制约因素,兼顾运输路段改造,以最小化长大货物联运成本和碳排放量为优化目标函数,构建考虑碳排放的长大货物多式联运路径优化模型,设计基于自适应遗传算法和精英保留策略的长大货物多式联运路径优化算法,提出一种考虑碳排放的长大货物多式联运路径决策方法。计算结果表明:相比传统遗传算法和自适应遗传算法,本文方法的目标函数优化程度均高于20%,成本优化程度均高于12%,碳排放量优化程度均高于22%,所提方法优势显著。采用本文方法编制的长大货物联运路径方案能有效兼顾多式联运成本和碳排放,为长大货物多式联运路径优化提供强有效的决策支持,助力大件物流降本增效和“双碳”目标的实现。

关键词：综合运输路径优化自适应精英遗传算法长大货物碳排放

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基于相位队列演进的单交叉口自适应控制策略

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：王道斌赵慧慧徐缘缘柳祖鹏武汉科技大学汽车与交通工程学院

针对现阶段交叉口自适应控制算法存在控制迭代效率低、模型复杂度高的问题，本文基于相位内队列消散情况提出了一种自适应控制算法。首先，建立参数预测模型实现配时参数优化，并基于车流波动理论计算得到车辆在交叉口处的停车延误；其... 详细信息

针对现阶段交叉口自适应控制算法存在控制迭代效率低、模型复杂度高的问题，本文基于相位内队列消散情况提出了一种自适应控制算法。首先，建立参数预测模型实现配时参数优化，并基于车流波动理论计算得到车辆在交叉口处的停车延误；其次，基于速度变化曲线计算得到车辆进入与驶出交叉口时的加、减速延误；最后，提出状态转移矩阵用于延误最小化动态优化模型的构建，进而实现交叉口信号控制的全阶段优化。将固定配时控制和感应控制作为对照组，发现超高负荷交通流场景下本文所提方法相较于两个对照组，车均延误分别减少55%和27.8%，平均停车次数减少58.5%和10.1%；高负荷交通流场景下车均延误分别减少了36.1%和14.6%，平均停车次数减少23.4%和8.7%；中负荷交通流场景下车均延误分别减少了22.8%和10.5%，平均停车次数减少3.3%和2.6%。结果表明在不同的交通流负荷条件下本文所提算法均能有效提高交叉口的运行效率。

关键词：交通运输系统工程自适应控制相位队列演进流量预测动态优化

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功能梯度材料数据驱动格点型有限体积法

力学学报 2024年

作者：龚京风陈思成宣领宽李晨琦张跃武汉科技大学汽车与交通工程学院

复合材料结构力学性能的评估是机械工程领域迫切需要解决的关键问题，本文将材料应力应变数据与格点型有限体积法(CV-FVM)相结合形成数据驱动格点型有限体积法，用于解决复合材料本构建模复杂和成本高昂的难题。该方法将材料应力应变数... 详细信息

复合材料结构力学性能的评估是机械工程领域迫切需要解决的关键问题，本文将材料应力应变数据与格点型有限体积法(CV-FVM)相结合形成数据驱动格点型有限体积法，用于解决复合材料本构建模复杂和成本高昂的难题。该方法将材料应力应变数据与格点型有限体积法相结合，利用交错网格技术，将应力应变定义在单元内，位移和拉格朗日乘子定义于节点，围绕节点构建控制体，为每个单元分配应力应变数据，基于格点型有限体积法对每个控制体的几何方程和平衡方程进行离散和求解，最终通过满足守恒定律的点与材料数据库中的点的距离极值最小化以寻求出问题的最优解。采用C++语言开发数值求解程序，通过该程序分析均匀材料带孔方板和功能梯度材料复合拉压板力学性能，数值计算结果表明：所提出的方法对三角形网格、双线性四边形单元和混合网格适用性良好；数据库数据点数量、数据点间距以及常数矩阵取值对计算结果的影响与现有文献中有限单元法的结论吻合；在保持计算成本相近时，该方法计算结果的精度与有限单元法格式下的数据驱动算法结果精度接近，验证了该方法有效性；最后通过功能梯度板的数值模拟计算，展示了该方法具备对复合材料的力学行为进行预测和模拟的能力。

关键词：数据驱动计算力学格点型有限体积法功能梯度材料

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面向智能车辆的路面凹凸障碍物识别方法研究

中国机械工程 2024年第6期35卷 951-961页

作者：邹俊逸刘畅郭文彬严运兵冉茂平武汉科技大学汽车与交通工程学院武汉430081

对于智能车辆而言,如果感知设备可以准确快速地检测到车辆行驶前方道路上的凹凸障碍物,那就可为车辆悬架等底盘系统的控制提供重要的预瞄信息,从而实现车辆综合性能的提高和改善。针对路面上常见的凸块(减速带)、凹坑等典型的正负障碍物... 详细信息

对于智能车辆而言,如果感知设备可以准确快速地检测到车辆行驶前方道路上的凹凸障碍物,那就可为车辆悬架等底盘系统的控制提供重要的预瞄信息,从而实现车辆综合性能的提高和改善。针对路面上常见的凸块(减速带)、凹坑等典型的正负障碍物,提出了一种基于改进YOLOv7-tiny算法的识别方法。首先,在原YOLOv7-tiny算法的三个特征提取层引入SimAM模块,增强网络对特征图的感知能力;其次,在Neck部分采用更为平滑的Mish激活函数,增加更多的非线性表达;再次,使用CARAFE上采样算子替换最近邻上采样算子,使网络更有效地聚合上下文信息;最后,将WIoU作为定位损失函数,提高网络收敛速度以及鲁棒性。离线仿真实验结果表明:与原模型相比,改进后的模型在几乎相同参数量下,预测框与真实框交并比为0.5时的平均准确度提高了约2.5%。将改进后的模型部署到实车上,实车实验验证了模型能够有效检测出车辆前方路面出现的障碍物,说明所提出的算法模型能够准确提供障碍物检测的预前信息。

关键词：路面预瞄凹凸障碍物改进与优化识别方法

基于3D激光扫描技术的粗集料三维形态特征分析

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北京工业大学学报 2024年第8期50卷 948-957页

作者：汤文谢明杰黄丹武汉科技大学汽车与交通工程学院武汉430065

为了能够建立精确的沥青混合料细观力学模型、优化混合料性能,需要先构建具有真实形态学特征的集料模型并计算分析集料形态参数,利用3D激光扫描技术采集了辉绿岩、石灰岩、玄武岩与卵石4种集料共500颗样本的三维点云数据,通过球谐函数... 详细信息

为了能够建立精确的沥青混合料细观力学模型、优化混合料性能,需要先构建具有真实形态学特征的集料模型并计算分析集料形态参数,利用3D激光扫描技术采集了辉绿岩、石灰岩、玄武岩与卵石4种集料共500颗样本的三维点云数据,通过球谐函数简化集料模型,建立了三维集料样本库。归纳总结了现有集料的形态指标,通过皮尔逊相关性分析,选取F_(I)、A_(I)定量表征粗集料三维形态特征,对不同种类以及粒径集料的F_(I)、A_(I)进行统计分析。研究结果显示:当球谐序列阶数为10,三角形映射网格数为643时,简化后集料模型基本形状、体积与表面积均与真实集料非常接近;集料的F_(I)、A_(I)服从正态分布与对数正态分布,且随集料类型和粒径的变化而变化。

关键词：沥青混合料粗集料三维激光扫描球谐函数形态特征皮尔逊相关系数

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内部结构对充水膨胀腔消声器声学性能的影响

噪声与振动控制 2024年第2期44卷 261-266页

作者：龚京风杨积壮宣领宽江致远郑文利武汉科技大学汽车与交通工程学院武汉430065

结构声耦合效应对充水消声器的声学性能具有重要的影响,利用频域有限元法,结合二维轴对称结构声耦合数值模型分析消声器内部声场,研究消声器内部插入管和环形挡板对膨胀腔水消声器声学特性的影响。数值研究表明:结构声耦合效应会使传递... 详细信息

结构声耦合效应对充水消声器的声学性能具有重要的影响,利用频域有限元法,结合二维轴对称结构声耦合数值模型分析消声器内部声场,研究消声器内部插入管和环形挡板对膨胀腔水消声器声学特性的影响。数值研究表明:结构声耦合效应会使传递损失的通过频率和峰值频率向低频移动,并压缩消声频段;插入管的结构声耦合效应导致传递损失曲线出现明显峰值,这与插入管的固有模态有关,增加插入管长度时,其一阶固有频率降低,峰值消声频率向低频移动,这有利于低频噪声的衰减;对比双级膨胀腔消声器,挡板会提高低频消声量,挡板厚度会对低频消声量产生明显的影响,但挡板的位置对低频消声量影响不大。

关键词：声学水消声器内部结构结构声耦合传递损失插入管环形挡板