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交通碰撞场景下电动两轮车轨迹预测的轻量级建模方法

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中国公路学报 2024年第8期37卷 302-310页

作者：韩勇李燕婷潘迪吴贺苏亮厦门理工学院机械与汽车工程学院福建省客车先进设计与制造重点实验室厦门大学萨本栋微纳米科学技术研究院厦门金龙联合汽车工业有限公司工程研究院

针对交通碰撞场景下电动两轮车轨迹预测速度慢导致车辆无法快速预测未来碰撞风险的问题，提出一种电动两轮车运动轨迹预测轻量化模型(Tiny Trajectory Prediction, TP-tiny)的建模方法。首先，构建了基于无锚框方法的检测模型(Vehicle a... 详细信息

针对交通碰撞场景下电动两轮车轨迹预测速度慢导致车辆无法快速预测未来碰撞风险的问题，提出一种电动两轮车运动轨迹预测轻量化模型(Tiny Trajectory Prediction, TP-tiny)的建模方法。首先，构建了基于无锚框方法的检测模型(Vehicle and Electric Two-wheelers Detection, VEDet),解决了由于电动两轮车对骑车人遮挡导致的误检漏检问题。同时构建了轻量化跟踪网络(Mobile Simple Online and Realtime Tracking, MobileSort),并采用分组卷积代替传统卷积重新排序卷积层的通道。另外使用Arcface (Additive Angular Margin Loss)为跟踪模型的损失函数，提高了模型在交通碰撞场景下对目标物重识别的能力。其次，使用变分自编码模块学习数据隐变量空间的概率分布潜在属性，并构建新的元素实现对历史轨迹隐数据的降噪处理。采用V-GAN (Generative Adversarial Network with Variational Auto-encoder)预测模块实现电动两轮车未来轨迹预测及图像可视化。最后，基于TRAF (Dense and Heterogeneous Urban Traffic Dataset)和VRU-TRAVi (Vulnerable Road Users Traffic Accident Database with Video)数据集分别验证了TP-tiny模型的预测性能和运行速度。研究结果表明：VEDet模型大小为2.1 MB,分别为Yolov4-tiny、Yolov5s及CornerNet基准模型的1/6、1/7和1/4,检测速度约为上述基准模型的7.8倍、5.5倍和1.3倍；MobileSort (8.6 MB)模型大小(检测速度)分别为DeepSort、MOTDT的1/10(2.25倍)和1/2(2.13倍);TP-tiny模型大小为14.3 MB,运行速度约为Social-GAN、GCN的5.46倍和3.7倍。在未来3 s的预测时域中，TP-tiny模型在保证电动两轮车轨迹预测精度的前提下，进一步提高了预测速度，证明了模型的有效性。

关键词：汽车工程轨迹预测轻量化方法电动两轮车交通碰撞场景

基于Simulink的加热炉双交叉限幅模糊PID温控系统设计与研究

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机电技术 2024年第3期 19-24页

作者：王春荣王波吕鸿伟夏尔冬高浩福建农林大学机电工程学院福建福州350002 三明学院机电工程学院福建三明365004 厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院福建厦门361102

加热炉温度控制是一个复杂的控制问题,传统的PID算法难以满足其控制性能要求。文章提出了一种基于双交叉限幅模糊PID的控制策略,该策略通过在线调节PID参数,实现了对燃料和空气流量的双交叉限幅控制,以适应加热炉温度控制系统的非线性... 详细信息

加热炉温度控制是一个复杂的控制问题,传统的PID算法难以满足其控制性能要求。文章提出了一种基于双交叉限幅模糊PID的控制策略,该策略通过在线调节PID参数,实现了对燃料和空气流量的双交叉限幅控制,以适应加热炉温度控制系统的非线性、时变和滞后特性。采用Simulink搭建了加热炉温度控制系统的仿真模型,并在加入炉温干扰和改变设定温度的条件下,对比了双交叉限幅传统PID控制器和模糊PID控制器的控制效果。仿真结果表明:该控制策略能够有效地提高加热炉温度控制系统的响应速度和稳定性,而且空燃比能在设定值附近的合理范围内波动,提高了加热炉的燃烧效率,降低了燃料消耗和污染排放。

关键词：加热炉温度控制双交叉限幅模糊PID Simulink

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基于不对称流动阻力的热二极管设计及传热性能研究

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机械工程学报 2024年

作者：黄家乐李萍邓亮明陈志鹏周伟向建化厦门大学机电工程系广州大学机械与电气工程学院

传统热管的传热方向取决于热管的温度梯度，特别是当冷凝段温度高于蒸发段温度时，热量将会从冷凝段转移到蒸发段，从而导致电子元件过热。在此背景下，设计了具有不对称浸润微结构热二极管，并采用激光蚀刻方法在硅片上加工出该微结构... 详细信息

传统热管的传热方向取决于热管的温度梯度，特别是当冷凝段温度高于蒸发段温度时，热量将会从冷凝段转移到蒸发段，从而导致电子元件过热。在此背景下，设计了具有不对称浸润微结构热二极管，并采用激光蚀刻方法在硅片上加工出该微结构作为热管吸液芯，由于液体在微结构作用下受到不对称的流动阻力，使得液体能在热管内部的微结构通道单向输运，从而可以实现长距离的单向传热过程。通过理论分析方法，对二维微结构表面的不对称流动阻力进行计算，分析了热二极管正反向的传热机理。通过改变操作参数的方法，试验研究并重点分析了加热功率、充液率和倾斜角对正反向传热性能的影响规律。研究结果表明，当热二极管的充液率为16.7%，加热功率在3～5 W时其单向传热性能较好，在4 W时正反向的热阻比可达到4倍。所提出的基于不对称流动阻力的热二极管的设计与制造方法，为单向传热散热器件的研究提供了新思路。

关键词：热二极管仿生设计不对称微结构传热性能

桥墩沉降下齿轨-超大坡度桥梁系统适应性及安全性研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 93-103页

作者：陈兆玮张梦琪王浪李世辉袁密奥陈志辉杨吉忠重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院成都610031

我国规划了多条含有超大坡度桥梁的齿轨铁路线路,随着服役时间增长,桥墩沉降问题难以避免,易造成齿轨结构局部应力过大,严重时还会导致连接螺栓断裂,威胁齿轨系统的安全性和稳定性。针对该问题,详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为、轮轨... 详细信息

我国规划了多条含有超大坡度桥梁的齿轨铁路线路,随着服役时间增长,桥墩沉降问题难以避免,易造成齿轨结构局部应力过大,严重时还会导致连接螺栓断裂,威胁齿轨系统的安全性和稳定性。针对该问题,详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为、轮轨非线性接触行为以及桥墩沉降等复杂因素,建立桥墩沉降下齿轨车辆-齿轨(轨道)-超大坡度桥梁系统耦合动力学模型,研究列车通过时桥墩沉降对齿轨垂/纵向变形、应力、加速度以及连接螺栓应力的影响,最终提出山区大坡度齿轨铁路桥墩沉降安全控制值。研究表明:在齿轮齿轨啮合作用和轮轨作用等多荷载综合作用下,桥墩沉降极有可能导致齿轨连接螺栓发生断裂;当桥墩沉降量达到6.76 mm时,连接螺栓剪切应力达到其许用剪切强度235 MPa,可能发生断裂,严重威胁结构稳定性和行车安全;齿轨结构应力远小于齿轨抗拉强度;齿轨最大变形量可达桥墩沉降量的140%;齿轨振动主频位于70~80 Hz;桥墩沉降对连接螺栓应力和齿轨变形的影响较为显著,而对齿轨振动、应力的影响较小。

关键词：车辆-轨道-桥梁相互作用齿轨铁路超大坡度桥梁桥墩沉降运行安全

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电化学沉积法制备质子交换膜燃料电池催化剂

化工进展 2024年第4期43卷 1796-1809页

作者：陈家一高帷韬阴亚楠王诚欧阳鸿武毛宗强中南大学机电工程学院湖南长沙410083 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

作为将燃料化学能直接转化为电能的能量转换装置,质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)因其高效、环保等优势受到了广泛关注。催化剂直接决定了PEMFC的性能水平,是PEMFC中最核心的部分之一。电化学沉积法因具... 详细信息

作为将燃料化学能直接转化为电能的能量转换装置,质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)因其高效、环保等优势受到了广泛关注。催化剂直接决定了PEMFC的性能水平,是PEMFC中最核心的部分之一。电化学沉积法因具有成核受控、低成本、易操作、可放大等优点,被视为一种具有潜力的燃料电池催化剂制备方法。本文介绍了电化学沉积过程中的常见工艺,综述了近年来国内外电化学沉积法制备PEMFC催化剂的代表性成果。文章指出,通过精确控制电压、电流及电沉积液组分,电化学沉积法在制备合金催化剂、非贵金属催化剂以及核-壳结构、纳米线结构、纳米阵列结构等特殊形貌催化剂方面具有突出优势,有望从众多PEMFC催化剂的制备方法中脱颖而出,实现产业化应用。最后,文章展望了电化学沉积法制备PEMFC催化剂未来的研究重点与方向,并提出应将电沉积过程调控机理与催化机理的研究相结合,指导催化剂制备工艺的改进与升级;同时,还需进一步探索电化学沉积法在低铂或非铂催化剂中的应用途径,助力PEMFC催化剂的技术突破。

关键词：电化学沉积燃料电池催化剂

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静电纺PMMA纤维生物膜的制备及性能

工程塑料应用 2024年第2期52卷 136-141页

作者：郑高峰张心怡吴德志卓丽云省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室广州510006 厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院福建厦门361102 柔性制造装备集成福建省高校重点实验室(厦门工学院) 福建厦门361021 厦门工学院机械电气与信息工程学院福建厦门361021

为了获得净水效果好的纤维生物膜载体材料,通过静电纺丝工艺制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物膜载体,通过多种表征方法测试PMMA与无纺布生物膜载体间的性能差异,完成了生物膜载体的结构(表面形貌、比表面积、孔隙率)和润湿性(水接触角和... 详细信息

为了获得净水效果好的纤维生物膜载体材料,通过静电纺丝工艺制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物膜载体,通过多种表征方法测试PMMA与无纺布生物膜载体间的性能差异,完成了生物膜载体的结构(表面形貌、比表面积、孔隙率)和润湿性(水接触角和吸水率)的测试。结果表明,静电纺丝工艺制备的PMMA纤维膜的纤维直径为100~900 nm,比表面积达到19.2 m^(2)/g,孔隙率达到80%,而无纺布的纤维直径为微米级,比表面积为0.3659 m^(2)/g,表明制备的PMMA纤维生物膜属于小直径、高比表面积的载体,可为微生物提供更多的附着位点及孔隙,更有利于微生物的附着。同时PMMA纤维膜表面水接触角为133.25°,吸水率达到313%,相较无纺布的吸水率(75%)明显上升,有效提高了载体在污水中的浸润性。最后,在相同条件下对PMMA和无纺布生物膜载体进行养菌挂膜试验。发现PMMA纤维生物膜载体处理污水的效果明显高于无纺布:养菌6 d后,PMMA纤维生物膜载体的挂膜量比继续处于快速上升趋势,而无纺布生物膜载体的挂膜量比变化很小;养菌15 d后,PMMA纤维生物膜载体的挂膜量比达到227.1%,而无纺布生物膜载体的挂膜量比仅为109.23%。

关键词：静电纺丝纤维生物膜表征分析挂膜量比

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单层石墨烯微米尺度图案化和功能化:调控电子传输特性

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电化学（中英文） 2024年第3期30卷 34-39页

作者：崔苗苗韩联欢曾兰平郭佳瑶宋维英刘川吴元菲罗世翊刘云华詹东平厦门大学化学化工学院化学系固体表面物理化学国家重点实验室电化学技术教育部工程研究中心福建厦门361005 厦门大学萨本栋微纳米科学与技术研究所机电工程系福建厦门361005 华中科技大学国家CAD支撑软件工程研究中心湖北武汉430074

石墨烯具有优异的物理特性,如单原子厚度、极高的载流子迁移率等。然而,其零带隙的半金属特性限制了题在高性能场效应晶体管中的应用。为此,研究者们提出了石墨烯纳米化、外场诱导、掺杂以及化学图案化等策略,以调控其带隙宽度。但是,... 详细信息

石墨烯具有优异的物理特性,如单原子厚度、极高的载流子迁移率等。然而,其零带隙的半金属特性限制了题在高性能场效应晶体管中的应用。为此,研究者们提出了石墨烯纳米化、外场诱导、掺杂以及化学图案化等策略,以调控其带隙宽度。但是,这些方法的可控性以及稳定性还需要进一步改善。在本研究中,我们提出采用电化学溴化并结合光刻图案化调控单层石墨烯的电子传输特性,通过这种方法,成功制备了图案化的溴化石墨烯(SLGBr)。进一步研究表明,单层石墨烯的电子传输性能可以通过溴化程度来调控。当溴化程度较小时,SLGBr表现为电阻特性,且其电导随溴化程度增加而减小;当溴化程度增加到一定值时,SLGBr表现为与半导体类似的特性。本研究将为全石墨烯器件的制备提供可行的技术路线,拓展其在微电子领域的应用。

关键词：石墨烯图案化电子传输电化学溴化光刻全石墨烯器件

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基于运营需求的动车组车队维修策略优化

计算机集成制造系统 2024年

作者：王红齐彦昆何勇薛海兰州交通大学机电工程学院中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心

为协调动车组车队维修计划与运营需求的时间冲突，以节省成本为优化目标、运营需求与维修能力为约束条件，在0-1整数规划表示列车运营-维修状态的基础上，构建了动车组车队运营-维修冲突协调优化模型。为便于列车维修时机选取，通过分... 详细信息

为协调动车组车队维修计划与运营需求的时间冲突，以节省成本为优化目标、运营需求与维修能力为约束条件，在0-1整数规划表示列车运营-维修状态的基础上，构建了动车组车队运营-维修冲突协调优化模型。为便于列车维修时机选取，通过分析部件提前或延后维修的惩罚成本，以维修时机调整惩罚函数为基础生成列车备选维修时机区间。考虑列车维修时机调整对部件役龄的影响，提出了分阶段车队维修决策方法，阶段内优选列车维修时机，协调车队运营-维修冲突；阶段结束时更新部件役龄，实现车队维修计划与部件役龄的动态信息交互。针对模型变量数目较多、求解难度较高等问题，设计了相应的遗传算法求解模型。算例分析验证了模型协调车队运营-维修冲突的有效性，在满足车队约束条件的前提下有效地节省成本。该模型可为铁路部门协调制定动车组车队运营-维修方案提供理论参考。

关键词：动车组车队维修计划运营需求动态成组遗传算法

纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中光孤子的存储与读取

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物理学报 2024年第16期73卷 64-71页

作者：曾莹佘彦超张蔚曦杨红铜仁学院物理与电子工程系铜仁554300 吉首大学物理与机电工程学院吉首416000

本文解析研究了基于纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中时间光孤子存储和读取.结果表明,由于半导体量子点分子中点间隧穿诱导透明效应,系统中的光吸收被大大抑制.同时,纳米光纤的横向约束能增强光与系统的相互作用,增强的系统非线性... 详细信息

本文解析研究了基于纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中时间光孤子存储和读取.结果表明,由于半导体量子点分子中点间隧穿诱导透明效应,系统中的光吸收被大大抑制.同时,纳米光纤的横向约束能增强光与系统的相互作用,增强的系统非线性响应能平衡色散效应得到稳定的时间光孤子.进一步研究表明,通过关闭和打开点间隧穿耦合,系统中可实现光孤子的高效率和高保真度的存储与读取.上述结果对于固体量子材料中全光信息处理的实际应用具有一定的指导意义和潜在的应用价值.

关键词：隧穿诱导透明光孤子的存储和读取量子点纳米光纤

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