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一种噪声环境下的汽车自适应巡航控制策略

机械设计与制造 2024年

作者：舒航刘平万志松巫超辉西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心西南交通大学机械工程学院

为了满足车辆在实际跟车环境下的行驶需求，设计了一种面向噪声环境的自适应巡航控制策略。控制策略根据两车跟车运动学模型，针对信息采集过程中，噪声对车载传感器信号准确性影响较大的问题，设计了面向跟车模式的卡尔曼滤波器对传感... 详细信息

为了满足车辆在实际跟车环境下的行驶需求，设计了一种面向噪声环境的自适应巡航控制策略。控制策略根据两车跟车运动学模型，针对信息采集过程中，噪声对车载传感器信号准确性影响较大的问题，设计了面向跟车模式的卡尔曼滤波器对传感器信号进行降噪处理。通过对模糊控制算法的设计，实现对汽车期望加速度的计算，并将结果交由底层控制算法，达到对汽车速度与车距的精确控制。在PreScan和Matlab/Simulink环境下搭建了联合仿真模型，并对策略控制效果进行比较分析。结果表明，在噪声环境中，该制策略对不同水平的噪声干扰信号有较强的适应能力，并能实现对车速与车距的精确且快速控制，满足跟车环境下安全性与舒适性。

关键词：自适应巡航车辆跟随卡尔曼滤波模糊控制联合仿真

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刚柔复合软指夹爪的设计与制作

机械设计与制造 2024年

作者：雷亚雄高宏力郭亮杨恺西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心西南交通大学机械工程学院

针对当前软指夹爪在水平方向抓取物体时侧向形变量大、负载小的缺点，提出了一种在其软指限制层内复合弹性钢片的方案。分别进行了刚柔复合的单指设计与实物制作、二指集成设计与实物制作、微型气压控制器的设计，搭建了一个简单的测试... 详细信息

针对当前软指夹爪在水平方向抓取物体时侧向形变量大、负载小的缺点，提出了一种在其软指限制层内复合弹性钢片的方案。分别进行了刚柔复合的单指设计与实物制作、二指集成设计与实物制作、微型气压控制器的设计，搭建了一个简单的测试平台，使用三种不同直径的玻璃杯，对两种二指手爪进行了压强-负载实验和负载-倾斜度实验。对照结果显示:提出的这种方案改善了软指夹爪侧向受力情况、减小了抓取时的软指侧向形变角度，并提高了负载能力，取得了良好的效果。

关键词：软体机器人气压驱动刚柔复合机械爪

基于监督对比学习和混合注意力残差网络的隔膜泵单向阀故障诊断

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机电工程 2024年第4期41卷 594-603页

作者：任洪兵彭宇明黄海波西南交通大学汽车与能源动力研究所四川成都610036 西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心四川成都610036

由于工业生产环境中的强噪声和其他环境激励,隔膜泵单向阀不同故障的特征呈现一定的相似性,导致传统深度学习方法对单向阀的故障状态难以准确识别。为解决这一问题,提出了一种结合监督对比学习和混合注意力残差神经网络(HA-ResNet)的隔... 详细信息

由于工业生产环境中的强噪声和其他环境激励,隔膜泵单向阀不同故障的特征呈现一定的相似性,导致传统深度学习方法对单向阀的故障状态难以准确识别。为解决这一问题,提出了一种结合监督对比学习和混合注意力残差神经网络(HA-ResNet)的隔膜泵单向阀故障诊断方法。首先,将注意力机制引入了残差神经网络以提升网络的学习能力,自适应调节了重要但微弱特征权重,并以恒等变换减少了有效信息被抑制现象;其次,提出了加权“监督对比损失(SCL)+交叉熵(CE)损失”,调节单向阀不同故障状态数据之间的距离,明确了单向阀不同故障状态的分类边界与降低噪声或环境激励的干扰;最后,通过工程实测数据,对监督对比学习和HA-ResNet融合方法的有效性和稳定性进行了验证。研究结果表明:监督对比学习和HA-ResNet融合方法在隔膜泵单向阀验证集上的平均准确率达到了99.3%;与其他故障诊断方法相比,其在诊断精度和稳定性上都具有一定的优势,验证了该方法在噪声干扰条件下故障诊断的可靠性。

关键词：隔膜泵单向阀故障诊断监督对比损失混合注意力残差神经网络特征相似性深度学习方法

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一种艾灸装置的结构设计及支撑座的优化设计

机械设计与制造 2024年第2期396卷 332-337页

作者：徐新邓斌刘宁波西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心四川成都610031 海军航空大学信息融合研究所山东烟台264000

为了提高艾灸的质量和效率,设计了一种艾灸装置,整个艾灸装置既能实现自动清灰,且艾灸温度能精准控制。为了艾灸装置的使用方便和成本低减,对艾灸装置的关键部件艾灸支撑座进行了优化设计,以艾灸支撑座的三个结构尺寸为设计变量,利用OS... 详细信息

为了提高艾灸的质量和效率,设计了一种艾灸装置,整个艾灸装置既能实现自动清灰,且艾灸温度能精准控制。为了艾灸装置的使用方便和成本低减,对艾灸装置的关键部件艾灸支撑座进行了优化设计,以艾灸支撑座的三个结构尺寸为设计变量,利用OSF方法选取了设计变量的试验点,建立了径向基神经网络代理模型,并检验了该模型的精度。以艾灸支撑座的质量和最大变形量为多目标优化函数,以最大变形量和最大应力为约束条件,利用多岛遗传算法得到Pareto最优解集。在保证艾灸支撑座力学性能不降低的前提下,质量减轻了15.01%。结果表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。

关键词：艾灸装置结构设计有限元法响应面多目标优化

基于数字图像技术振动台试验结构位移信息捕捉技术研究

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振动与冲击 2024年第5期43卷 139-148,158页

作者：常铭宇申玉生张熙高登骆阳王浩鱇西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程研究中心成都610031

针对振动台试验模型箱位移、围岩错动以及隧道衬砌变形监测的需求,将YOLO-V2、改进Canny边缘检测、Hough变换及倾斜矫正技术相结合,提出了一种倾斜影像的自动矫正技术,实现了将倾斜影像修正为相机光轴垂直于测点运动平面的图像分析;提... 详细信息

针对振动台试验模型箱位移、围岩错动以及隧道衬砌变形监测的需求,将YOLO-V2、改进Canny边缘检测、Hough变换及倾斜矫正技术相结合,提出了一种倾斜影像的自动矫正技术,实现了将倾斜影像修正为相机光轴垂直于测点运动平面的图像分析;提高了试验数据结果的处理精度,扩大了目标追踪算法在结构位移和变形监测的使用范围。同时通过核相关滤波技术完成对修正后的影像进行追踪,形成一套完整的地震动信号捕捉与监测系统。采用该系统进行了强震作用下穿越断层隧道韧性结构减震抗错性能试验研究,分别对模型箱位移、围岩错动和隧道衬砌变形进行信号识别与捕捉,同时对比分析了高精度拉线式位移计和位移传感器采集的数据,验证了系统的可靠性。结果表明:在监测点位设有标记物时,首先对采集结果进行倾斜矫正后追踪,通过监测结果与位移传感器进行对比,两者的2-范数小于0.005;而在无标记物时对结构表面特征物进行追踪,精度达到了97.5%;试验数据证明通过倾斜影像自动矫正技术来完成非对正对标记物时的影像进行追踪具有较高可靠性。

关键词：振动台试验变形监测 Canny边缘检测倾斜影像自动修正目标追踪

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跟车工况下基于风险评估的人机共驾策略

汽车工程学报 2024年

作者：刘平沈跃杨明亮田云鹏王硕翰西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心西南交通大学机械工程学院

为了避免驾驶辅助系统对驾驶员造成不必要的干预，结合碰撞风险与驾驶操纵能力引出了纵向跟车工况下的风险评估区的概念，基于驾驶数据的正态分布特性确定了风险评估区边界，进而提出一种新的人机共驾纵向驾驶权分配策略，该策略以碰撞... 详细信息

为了避免驾驶辅助系统对驾驶员造成不必要的干预，结合碰撞风险与驾驶操纵能力引出了纵向跟车工况下的风险评估区的概念，基于驾驶数据的正态分布特性确定了风险评估区边界，进而提出一种新的人机共驾纵向驾驶权分配策略，该策略以碰撞时间倒数（Inverse Time to Collision,TTCi）为判断前提，如果TTCi超过其阈值，则以风险评估区上边界代表驾驶操纵能力的最大偏差值，根据驾驶员操纵能力的偏差程度分配辅助驾驶系统的控制权。结合Prescan、Matlab/Simulink与罗技G29驾驶模拟器搭建了驾驶员在环仿真平台，以分心驾驶模拟驾驶员操纵能力下降情况，对策略的有效性进行了验证。结果表明，在高速道路跟车工况下，所提出的人机共驾策略能有效避免由于驾驶操纵能力下降导致的碰撞事件发生。

关键词：碰撞风险驾驶操纵能力风险评估区正态分布驾驶权分配

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机械加工质量预测研究现状与发展趋势

西南交通大学学报 2024年第1期59卷 121-141页

作者：高宏力孙弋郭亮由智超刘岳开李世超雷云聪西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心四川成都610031 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

机械加工质量预测是智能制造的重要组成内容,也是实现质量闭环控制的前提条件,对推动智能制造系统真正落地应用具有极其重要的作用.在对机械加工质量预测的历史进行简要回顾时发现,学者多将研究重点放在机床某一关键部件对加工质量影响... 详细信息

机械加工质量预测是智能制造的重要组成内容,也是实现质量闭环控制的前提条件,对推动智能制造系统真正落地应用具有极其重要的作用.在对机械加工质量预测的历史进行简要回顾时发现,学者多将研究重点放在机床某一关键部件对加工质量影响的机理研究,却鲜见部件耦合影响的关联性研究.基于上述难题,本文首先剖析影响机械加工质量的7类要素,包括刀具几何参数、切削参数、切削液类型、热误差与热变形、数控机床零部件性能退化、切削颤振以及系统特性;随后,根据各要素数据种类和测量方式的不同,将机械加工质量监测与预测方法划分为4大类,包括机器视觉测量、功率测量、振动测量以及其他测量方法,并对各方法的技术特点、局限性和发展动态进行了阐述;最后,考虑各机械加工质量监测与预测方法的不足,指出材料切削机制研究、数据质量评估方法、面向工业现场数据库构建的标准以及质量预测信息的智能表征与可视化等方面可能是未来的发展趋势.

关键词：加工质量预测切削力振动功率与电流信号机器视觉工业大数据

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基于改进信息熵的直接刀具状态监测设备部署

西南交通大学学报 2024年第1期59卷 160-167页

作者：由智超高宏力郭亮陈昱呈刘岳开西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心四川成都610031 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

在不拆刀情况下,基于机器视觉的在线刀具状态监测系统可完成刀具磨损测量和状态评估,但与在线捕获刀具图像质量息息相关的系统部署参数选择却鲜有研究.为解决上述问题,本文构建基于改进信息熵的多项式回归模型以实现刀具状态监测系统的... 详细信息

在不拆刀情况下,基于机器视觉的在线刀具状态监测系统可完成刀具磨损测量和状态评估,但与在线捕获刀具图像质量息息相关的系统部署参数选择却鲜有研究.为解决上述问题,本文构建基于改进信息熵的多项式回归模型以实现刀具状态监测系统的最优部署.首先,使用自适应阈值方法去除捕获刀具图像中背景要素干扰,并通过信息熵指标评估图像中刀具磨损区域的成像质量;然后,构建相机工作距离、曝光时间与所提出评价指标之间的多项式回归模型以描述部署参数与提出评价指标的映射关系;最后,应用最小二乘法求取多项式模型系数获得最优部署参数.在确保自变量的因子水平涵盖最优部署参数情况下设计正交实验,实验结果表明:提出的评价指标与工作距离、曝光时间等部署参数之间均存在主效应关系,符合光学成像系统的变化规律;与支持向量机、决策树和K近邻(K-nearest neighbor,KNN)算法等非线性回归预测模型相比,三次多项式回归模型预测误差最小,其平均绝对误差、均方误差、均方根误差分别为0.022631,0.00068,0.026069;在多项式回归模型求解的最优部署参数下,所捕获的刀具图像的测量精度达到96.76%,提高0.74%,满足刀具状态监测的精度要求.

关键词：信息熵方差分析多项式回归机器视觉刀具状态监测

考虑围岩–衬砌切向接触效应的穿越断层隧道结构纵向响应解析解

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岩石力学与工程学报 2024年

作者：常铭宇申玉生张熙伍清子王岩岩黄海峰西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程研究中心

高烈度地震区断层的存在对工程结构产生严重影响，穿越断层隧道纵向响应有待深入研究。本文采用切向地基弹簧分析围岩–衬砌切向接触效应及隧道结构的轴向变形特征，建立断层错动作用下隧道纵向响应理论模型。首先，隧道被简化成有限长... 详细信息

高烈度地震区断层的存在对工程结构产生严重影响，穿越断层隧道纵向响应有待深入研究。本文采用切向地基弹簧分析围岩–衬砌切向接触效应及隧道结构的轴向变形特征，建立断层错动作用下隧道纵向响应理论模型。首先，隧道被简化成有限长梁，采用切向地基弹簧和法向地基弹簧来体现围岩–衬砌的相互作用，在法向地基弹簧端部施加自由场位移来模拟断层错动，得到隧道结构纵向响应微分方程；通过格林函数法求解获得结构响应解析解；接着采用三维有限差分法对本文解析模型的有效性进行验证。结果表明：围岩–衬砌的切向接触效应对隧道结构的纵向响应存在显著影响，忽略导致得到的结构弯矩峰值误差达到35.33%。最后，探究断层宽度、断层弹性模量和衬砌混凝土等级对隧道纵向响应的影响；随着断层宽度增加，隧道结构内力减小；提高衬砌混凝土等级导致结构内力增大；断层区域围岩弹性模量的增加使得结构的弯矩、剪力减小，轴力增大。研究成果可为穿越断层隧道抗错断设计提供理论依据。

关键词：隧道工程断层错动围岩-衬砌接触效应格林函数解析解