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乘员晕车的生理表征与缓解方法

汽车工程 2024年第1期46卷 50-60,74页

作者：吴盈章林颖李文博余亚岚李国法郭钢重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 清华大学车辆与运载学院北京100084

为保证智能网联汽车的乘坐舒适性与用户接受度,建立乘员晕车缓解认知过程模型,提出一种基于嗅觉刺激的乘员晕车缓解方法。首先充分考虑乘员满意度和晕车缓解功能性要求,设计开展晕车缓解嗅觉刺激材料筛选实验,选定嗅觉刺激材料的气味类... 详细信息

为保证智能网联汽车的乘坐舒适性与用户接受度,建立乘员晕车缓解认知过程模型,提出一种基于嗅觉刺激的乘员晕车缓解方法。首先充分考虑乘员满意度和晕车缓解功能性要求,设计开展晕车缓解嗅觉刺激材料筛选实验,选定嗅觉刺激材料的气味类型和浓度。接着为探究不同晕车程度与生理表征之间的映射关系,验证嗅觉缓解方案的有效性,设计开展乘员晕车缓解实车实验。结果表明:乘员主观晕车程度与皮电激活度指标呈正相关,与脑电不对称值呈负相关。同时,20%浓度的姜花气味经10 s释放能够有效缓解乘员晕车症状,平均缓解效果达到22.17%,在主客观维度上得到了一致性验证。

关键词：晕车缓解方法嗅觉刺激脑电皮电

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宽温域乘用车空气弹簧动力学建模与控制

汽车工程 2024年第8期46卷 1489-1500页

作者：周恩临何梦圆赵启航何智成黄晋湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 清华大学车辆与运载学院北京100084 湖南工程学院机械工程学院湘潭411104

目前,空气悬架在不同的车型上的装配比例越来越高,然而,整车性能的空气悬架匹配主要基于定常温下开展,很少考虑宽温域下空气悬架的控制性能。针对宽温域服役范围下乘用车的空气悬架高度控制问题,本文从空气弹簧的静态特性入手,提出了一... 详细信息

目前,空气悬架在不同的车型上的装配比例越来越高,然而,整车性能的空气悬架匹配主要基于定常温下开展,很少考虑宽温域下空气悬架的控制性能。针对宽温域服役范围下乘用车的空气悬架高度控制问题,本文从空气弹簧的静态特性入手,提出了一种宽温域空气弹簧的表征模型,并模拟乘用车在非运动状态下悬架系统高度控制进行了仿真与试验,实现了车辆在宽温域下的服役性能提升。首先,通过不同温度的试验数据建立了宽温域空气弹簧模型,充分考虑了温度对橡胶以及气体的影响。其次,提出了一种基于在线线性二次调节器法(LQR)的空气悬架控制算法,该模型考虑了温度对气囊参数的影响规律。最后,在宽温域条件下验证控制器的鲁棒性。仿真与试验结果表明,考虑宽温域服役的新型控制器能实现车身高度达到目标高度并且避免出现振荡,具有良好的稳定性和鲁棒性。

关键词：空气悬架宽温域在线线性二次调节器法高度控制

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面向智能制造的微服务聚类与选择方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第1期64卷 109-116页

作者：王立平史慧杰王冬清华大学机械工程系北京100084 电子科技大学机械与电气工程学院成都611731

智能制造要求工业软件能够实现敏捷开发,对工业软件应用微服务架构是当下重要的研究方向。为了提高开发效率,需要将微服务形式的功能组件发布在互联网中并构建微服务库进行管理,供用户根据需求挑选。面对用户日益复杂的业务需求,需要微... 详细信息

智能制造要求工业软件能够实现敏捷开发,对工业软件应用微服务架构是当下重要的研究方向。为了提高开发效率,需要将微服务形式的功能组件发布在互联网中并构建微服务库进行管理,供用户根据需求挑选。面对用户日益复杂的业务需求,需要微服务库能够将其所包含的大量微服务进行组合来拓展所能实现的功能。针对服务组合过程中的检索和选择2个环节,分别设计了基于微服务的功能需求与非功能需求的服务聚类和服务选择算法,在微服务库中选出最优的微服务组合提供给客户。实验结果表明,所提出的聚类与组合方法取得了良好的效果,提高了用户的满意度并实现了微服务的高效利用。

关键词：智能制造微服务服务聚类服务选择

石墨烯柔性生物传感技术与可穿戴式精准医疗健康监护应用

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中国激光 2024年第9期51卷 215-226页

作者：杨晗王铈弘钟豪黄乐阳赵建鑫吕文琦毛则尹邓安妮石艺璇黄琴王一璐黄国亮清华大学生物医学工程学院北京100084

可穿戴柔性电子技术是医疗健康监测,尤其是心血管疾病监测的重要发展方向之一。脉搏波是评估心血管健康的重要信息来源,但它属于非平稳弱信号,对检测端的灵敏度与稳定性具有较高要求。为解决可穿戴健康监测的柔性传感关键技术问题,设计... 详细信息

可穿戴柔性电子技术是医疗健康监测,尤其是心血管疾病监测的重要发展方向之一。脉搏波是评估心血管健康的重要信息来源,但它属于非平稳弱信号,对检测端的灵敏度与稳定性具有较高要求。为解决可穿戴健康监测的柔性传感关键技术问题,设计并开发了具有多级分支微结构的石墨烯柔性压力传感器,显著提高了对脉搏波的传感性能,并构建了可穿戴柔性传感脉搏波健康监测系统,建立了基于单点桡动脉脉搏波和Transformer架构的类感知无袖带血压监测算法,对人体收缩压和舒张压的预测误差分别为(0.7±10.5)mmHg和(0.5±6.1)mmHg。本工作可以为心血管健康动态监测系统与应用研究、可穿戴式精准医疗健康监护提供重要技术支持。

关键词：石墨烯柔性压力传感器脉搏波可穿戴设备无袖带血压测量

弹性地基上非对称多孔功能梯度材料夹层板的自由振动

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振动与冲击 2024年第10期43卷 156-163页

作者：黄志诚韩梦娜王兴国褚福磊景德镇陶瓷大学机械电子工程学院江西景德镇333403 清华大学机械工程学院北京100084

基于精细剪切变形理论研究了弹性地基上的非对称孔隙功能梯度材料(functionally graded material, FGM)夹层板的自由振动。结合该理论提出了一种新的非对称多孔FGM夹层板在弹性地基上的自由振动模型,且该模型只包含四个未知变量。控制... 详细信息

基于精细剪切变形理论研究了弹性地基上的非对称孔隙功能梯度材料(functionally graded material, FGM)夹层板的自由振动。结合该理论提出了一种新的非对称多孔FGM夹层板在弹性地基上的自由振动模型,且该模型只包含四个未知变量。控制方程是通过Hamilton原理建立的,并通过Navier法获得了其在四边简支下的固有频率。将模型退化为无弹性地基的非对称FGM夹层板以验证模型的准确性。最后详细讨论了参数变化对弹性地基上的非对称多孔FGM夹层板的自由振动行为的影响。研究发现,在不同的弹性系数下,非对称多孔FGM夹层板的固有频率会随着边厚比的增加而增加,而体积分数指数的增加对于不同弹性系数下的非对称多孔FGM夹层板的固有频率有不一样的变化。

关键词：孔隙功能梯度材料(FGM) 夹层板弹性地基自由振动固有频率

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深部围岩相变理论与分区破裂化现场实测对比

煤炭学报 2024年第S1期49卷 72-79页

作者：燕发源王恩志刘晓丽戚承志马庆谢维强马前驰清华大学土木水利学院北京建筑大学土木与交通工程学院

高地应力作用下的深部围岩巷道分区破裂化现象，一直是岩土工程领域研究的热点和难点，其产生和发展对深部工程安全造成了很大影响。当材料发生屈服破坏时，能量出现一定耗散，随着耗散的进行，材料结构也产生相应变化形成新的组织结构... 详细信息

高地应力作用下的深部围岩巷道分区破裂化现象，一直是岩土工程领域研究的热点和难点，其产生和发展对深部工程安全造成了很大影响。当材料发生屈服破坏时，能量出现一定耗散，随着耗散的进行，材料结构也产生相应变化形成新的组织结构，该过程类似于协同学上的自组织过程，此时传统弹塑性力学已经不太能发挥作用，需要借助物理学理论；深部巷道围岩在高地应力作用下，当变形超过弹性极限时，也会出现类似于耗散结构现象，围岩结构需要经历自组织过程形成新的耗散结构，此过程和物理学中的渐进相变现象类似；实际上，深部巷道围岩的变形破坏过程是一个固体向流体转换的二级相变过程，即它具有渐进相变特征。首先对现场尺度、实验室尺度以及模拟试验中出现的各种分区破裂化现象进行了比较分析；随后，基于相变理论模型，通过Poincare解析的参数摄动方法对非线性高阶控制方程进行了近似解析，各参数在近似解中的敏感性也得到了分析；最后，将理论模型计算结果和金属矿山金川矿700 m深的水平巷道中监测到的分区破裂化现场实测数据进行对比验证，结果表明理论半解析解的计算结果与实际测量数据高度符合，验证了针对分区破裂化的相变理论模型和计算方法的正确性。

关键词：相变理论深部围岩分区破裂非线性岩石力学

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基于多核监督流形学习的旋转机械故障诊断

航空动力学报 2024年第10期 148-156页

作者：杨长远马赛韩勤锴山东大学机械工程学院清华大学机械工程系

为了准确地对旋转机械进行故障诊断，提出了一种多核监督流形学习算法（multi-kernel supervised manifold learning,MKSML）。MKSML算法可以有效地对高维故障数据进行特征选择，筛选出区分度高的低维故障特征。借助监督学习的思想，增... 详细信息

为了准确地对旋转机械进行故障诊断，提出了一种多核监督流形学习算法（multi-kernel supervised manifold learning,MKSML）。MKSML算法可以有效地对高维故障数据进行特征选择，筛选出区分度高的低维故障特征。借助监督学习的思想，增强了同类样本的聚集性和不同类样本之间的差异性；同时基于所设计的多核函数提出了加权邻域图构建方法，能够保留近邻点之间的距离信息和角度信息，有效地抑制故障特征选择时样本中的异常值和噪声的干扰。通过灰狼优化算法调整MKSML算法相应的参数，使算法能够应用于不同类型的旋转机械故障诊断。在此基础上，建立了一种基于MKSML算法的旋转机械故障诊断模型，并进行了轴承故障诊断实验以及齿轮故障诊断实验。

关键词：故障诊断信号处理数据降维流形学习特征选择

基于振动及声学测量的风电叶片结构健康监测研究综述

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机械工程学报 2024年第7期60卷 79-92页

作者：孙仕林王天杨褚福磊清华大学机械工程系北京100084

叶片的健康状态对风力发电的效率和可靠性具有重要影响,其造价与损伤概率在风力发电机的各部件中位于前列。目前,国内外学者已针对风电叶片结构健康监测开展大量的研究,其中基于振动测量和声学测量的方法具有测量范围广、数据处理方便... 详细信息

叶片的健康状态对风力发电的效率和可靠性具有重要影响,其造价与损伤概率在风力发电机的各部件中位于前列。目前,国内外学者已针对风电叶片结构健康监测开展大量的研究,其中基于振动测量和声学测量的方法具有测量范围广、数据处理方便等优势。为了充分了解当前的研究进展,在阐述风电叶片各类结构健康监测方法的基础上,从基于固有特性的方法、基于健康指标的方法、基于统计建模的方法和基于机器学习的方法等四个方面综述了基于振动测量的相关研究,从基于独立麦克风测量的方法和基于麦克风阵列测量的方法等两个方面综述了基于声学测量的相关研究。最后,对论文涵盖的风电叶片结构健康监测方法进行总结,并展望了未来研究需要进一步关注的方向。

关键词：结构健康监测风力发电机叶片振动声学

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ArUco辅助的爬壁机器人自主定位方法

机器人 2024年第1期46卷 27-35,44页

作者：张文杨耀鑫黄天帜孙振国清华大学机械工程系北京100084

针对现有的爬壁机器人定位技术在纹理特征不明显、环境相对封闭、存在强磁干扰等特殊环境下的不足,提出利用机载鱼眼相机观测固定于地面的ArUco码的全新定位方案并实现了基于该定位方案的惯性测量单元/编码器/鱼眼相机多传感器融合的自... 详细信息

针对现有的爬壁机器人定位技术在纹理特征不明显、环境相对封闭、存在强磁干扰等特殊环境下的不足,提出利用机载鱼眼相机观测固定于地面的ArUco码的全新定位方案并实现了基于该定位方案的惯性测量单元/编码器/鱼眼相机多传感器融合的自主定位方法A-IEF。该方法首先识别ArUco码,并根据其在鱼眼图像中的位置筛选关键帧;然后,研究了固定于地面的ArUco码的角点在鱼眼图像中的重投影规律,并结合机器人姿态约束进行重定位优化;其次,在关键帧区间内,推导了角点重投影误差关于机器人位置和姿态增量的雅可比矩阵;接着,设计了基于ES-EKF(误差状态扩展卡尔曼滤波)的多信息融合方法,以编码器估计的位移误差及ArUco角点重投影误差作为观测量,实现对机器人航向角和位置的修正;最后,在大型钢制构件上进行测试,试验结果表明,本文方法具有更高的定位精度,其中位置估计精度保持在0.06 m以内,航向角估计精度保持在3.7°以内,相较于ArUco-rectified、航位推测法等定位算法,位置误差降低约47%,航向角误差降低约68%,并能够实现在弱光照环境中的定位。

关键词：多传感器融合误差状态扩展卡尔曼滤波爬壁机器人位姿估计 ArUco码