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电动制动助力系统摩擦补偿模型及其控制方法研究

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机械工程学报 2024年第2期60卷 252-261页

作者：杨为唐小林姜孔明付洋韩磊重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

非线性摩擦力是影响电动制动助力(Electric brakebooster,EBB)系统位置跟踪精度的重要因素之一。针对标准Pol-Ind模型存在摩擦状态切换不连续问题,提出一种摩擦状态连续平滑过渡的近似Pol-Ind(SPol-Ind)模型。研究基于SPol-Ind模型的EB... 详细信息

非线性摩擦力是影响电动制动助力(Electric brakebooster,EBB)系统位置跟踪精度的重要因素之一。针对标准Pol-Ind模型存在摩擦状态切换不连续问题,提出一种摩擦状态连续平滑过渡的近似Pol-Ind(SPol-Ind)模型。研究基于SPol-Ind模型的EBB系统的非线性摩擦特性。为抑制扰动对控制精度的影响,提出由速度补偿、惯性补偿和SPol-Ind模型摩擦补偿构成的前馈补偿控制策略,分别以正弦和三角波信号作为系统输入信号,实现EBB系统的位置跟踪和速度跟踪控制。与常规PID控制相比,前馈补偿控制下系统对正弦和三角波信号的位置跟踪误差都明显减小,速度跟踪时的上升时间也明显缩短,表明前馈补偿控制下的系统比常规PID控制具有更高的位置跟踪精度和更快的响应速度。分析基于前馈补偿控制的EBB系统的位置跟踪精度和响应能力,进行EBB系统在环(Hardware-in-the-loop,HiL)试验,试验结果表明,系统位置跟踪误差和速度上升时间的最大值约为0.18 mm和0.028 s,与仿真结果吻合,验证了前馈补偿控制下EBB系统控制策略的有效性。

关键词：电动制动助力系统 SPol-Ind摩擦模型前馈补偿控制位置跟踪速度跟踪

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基于超声多尺度衰减的螺栓轴向应力评价

振动与冲击 2024年第2期43卷 226-233页

作者：余鑫陈平胡义亮付统李长泽重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

针对超声波传统衰减法测量高强度短螺栓应-力时,难以达到预期精度,提出了一种基于超声散射衰减理论和小波多尺度分解的测量螺栓应力的方法。基于立方晶系材料的瑞利散射,推导了超声衰减系数与应力关系的理论模型。利用小波变换得到各个... 详细信息

针对超声波传统衰减法测量高强度短螺栓应-力时,难以达到预期精度,提出了一种基于超声散射衰减理论和小波多尺度分解的测量螺栓应力的方法。基于立方晶系材料的瑞利散射,推导了超声衰减系数与应力关系的理论模型。利用小波变换得到各个尺度的衰减系数并定义加权超声多尺度衰减系数,结合粒子群优化算法和灰色关联分析确定衰减系数最优尺度组合及其归一化权重系数,建立轴向应力的超声多尺度衰减测量模型。利用搭建的螺栓轴向应力超声波测量系统,对普通螺栓进行轴向应力测量,证明了该方法的可行性。对比了多尺度衰减法与渡越时间和传统衰减法对高强度短螺栓轴向应力的测量结果,验证了多尺度超声衰减法更适合高强度短螺栓的轴向应力测量。

关键词：高强度短螺栓超声多尺度衰减螺栓轴向应力尺度分析

面向无信号灯十字路口场景的自动驾驶安全决策方法研究

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机械工程学报 2024年第10期60卷 147-159页

作者：杨凯唐小林钟桂川王明李国法胡晓松重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

针对环境遮挡与交通参与者行为随机导致的驾驶风险,提出一种面向无信号灯十字路口场景的安全决策方法。首先,建立一种基于值分布式强化学习-全参数化分位数网络(Fully parameterized quantile network,FPQN)的基础决策策略。其次,融合F... 详细信息

针对环境遮挡与交通参与者行为随机导致的驾驶风险,提出一种面向无信号灯十字路口场景的安全决策方法。首先,建立一种基于值分布式强化学习-全参数化分位数网络(Fully parameterized quantile network,FPQN)的基础决策策略。其次,融合FPQN建模的累积回报分布与条件风险价值函数(Conditional value at risk,CVaR),进而构建具有驾驶风险意识的安全决策策略。再次,引入集成学习理论(Ensemble),建立基于集成FPQN的决策不确定性估计框架EFPQN,能够实时量化决策风险。同时,为应对决策不确定性较高带来的驾驶风险,设计基于模型预测控制的备选策略以提升安全性。最后,采用SUMO仿真平台搭建无信号灯十字路口场景,对提出的安全决策方法进行验证。试验结果表明,与基准方法相比,所提出的方法能够有效降低遮挡与交通参与者行为随机导致的驾驶风险。

关键词：无信号灯十字路口环境遮挡偶然不确定性未知场景认知不确定性

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超疏水表面加工技术及耐磨性能研究进展

中国机械工程 2024年第1期35卷 2-26页

作者：黄云黄建超肖贵坚刘帅林瓯川刘振扬重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差,因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素,因此,首先基于超疏水表面作用机制,对超疏水表面织构进行了归纳,旨在通过优化表面织构来解决微... 详细信息

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差,因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素,因此,首先基于超疏水表面作用机制,对超疏水表面织构进行了归纳,旨在通过优化表面织构来解决微纳结构易磨损难题;然后对超疏水表面加工技术进行了梳理总结,从成本和效率两个方面分析了降低表面能的措施,为拓展超疏水表面加工体系提供思路;进而详细总结了超疏水表面耐磨性的分析手段,并阐述了提高超疏水表面耐磨性的方法;最后,展望了耐磨性超疏水表面的未来发展前景,以期推动超疏水表面在工程中的大规模应用。

关键词：超疏水表面加工技术耐磨性微纳结构低表面能

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激光辅助CBN砂带磨削TC4钛合金材料去除行为及表面完整性研究

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机械工程学报 2024年第9期60卷 241-253页

作者：肖贵坚刘振扬贺毅刘岗邓忠才重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

激光辅助CBN砂带磨削工艺结合了激光对材料的软化改性以及砂带磨削的高效材料去除和高表面完整性,可以实现对高强韧TC4钛合金的低损伤高性能加工。通过激光辅助CBN砂带磨削TC4钛合金实验,研究了激光功率对磨削力、材料去除行为和表面完... 详细信息

激光辅助CBN砂带磨削工艺结合了激光对材料的软化改性以及砂带磨削的高效材料去除和高表面完整性,可以实现对高强韧TC4钛合金的低损伤高性能加工。通过激光辅助CBN砂带磨削TC4钛合金实验,研究了激光功率对磨削力、材料去除行为和表面完整性的影响规律。结果表明:增大激光功率可以提高材料软化改性程度,降低磨削力及其波动振幅,激光功率最大时法向磨削力降低57.2%,切向磨削力降低68.7%;随着材料软化程度的提高,材料去除行为发生了从韧性去除向塑性去除的转变,表面的韧性撕裂和磨削损伤减弱,表面质量、表面一致性和表面残余压应力提高,激光功率最大时表面粗糙度达Ra1.23μm,表面残余压应力达94.6 MPa;激光辅助CBN砂带磨削表面渗入了大量的N和O元素,表面的Ti元素以TiN和TiO_(2)和金属Ti三种状态存在,引入的N和O元素将提高表面的耐磨和耐腐蚀性能。希望本研究能为激光辅助加工钛合金等难加工材料的去除行为及表面完整性研究提供借鉴。

关键词：激光辅助砂带磨削 CBN砂带磨削 TC4钛合金材料去除行为表面完整性

基于改进YOLOv5的鱼眼图像目标检测算法

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第6期51卷 29-39页

作者：韩彦峰任奇肖科重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

针对自动驾驶场景下车载鱼眼相机采集到的图像存在畸变严重、场景复杂、尺度变化剧烈、小目标多以及传统的目标检测模型的检测精度不高的问题,提出了一种基于YOLOv5s改进的鱼眼图像检测模型YOLOv5s-R.首先,为解决小目标难识别的问题,提... 详细信息

针对自动驾驶场景下车载鱼眼相机采集到的图像存在畸变严重、场景复杂、尺度变化剧烈、小目标多以及传统的目标检测模型的检测精度不高的问题,提出了一种基于YOLOv5s改进的鱼眼图像检测模型YOLOv5s-R.首先,为解决小目标难识别的问题,提出随机裁剪多尺度训练的数据增强方法,该方法优于消融实验所得的最优数据增强方法.其次,为了提高模型的检测精度,在网络头部添加置换注意力机制与轻量化解耦头,增强模型对特征的提取能力与识别能力,并抑制噪声干扰.最后,模型额外增加角度预测项,实现旋转框目标检测.通过构建环形标签并用高斯函数对标签平滑,解决了旋转框角度的周期性问题;又对损失函数进行了优化,提出了RIOU,在CIOU的基础上增加角度惩罚项,提高了回归精度并加快了模型的收敛.实验结果表明,提出的YOLOv5s-R模型在WoodScape数据集上取得良好的检测效果,相比于原始的YOLOv5s模型,mAP@0.5、mAP@0.5∶0.95分别提升了6.8%、5.6%,达到82.6%、49.5%.

关键词： YOLOv5s 自动驾驶鱼眼图像旋转框目标检测

基于ELM的超声多特征融合螺栓应力测量方法

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 46-56页

作者：陈平商秋仙余鑫尹爱军重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

针对传统超声波螺栓应力测量中存在的非线性和不适定性问题,提出一种基于极限学习机(ELM)的超声多特征融合螺栓应力测量方法。首先基于声弹性理论和散射理论,根据超声回波信号提取声时差及瑞利散射范围内多晶体材料中纵波的衰减系数等... 详细信息

针对传统超声波螺栓应力测量中存在的非线性和不适定性问题,提出一种基于极限学习机(ELM)的超声多特征融合螺栓应力测量方法。首先基于声弹性理论和散射理论,根据超声回波信号提取声时差及瑞利散射范围内多晶体材料中纵波的衰减系数等超声波特征参数。然后通过向量降维选择声时差、衰减系数和有效受力长度作为模型输入特征向量,建立了基于ELM的超声多特征融合螺栓应力测量模型。搭建螺栓轴向应力超声波测量实验平台,对不同材料和规格的螺栓进行螺栓应力的测量,并对比了使用传统的超声测量方法的测量结果,验证了传统超声检测方法的局限性。对比了ELM与其他机器学习方法包括BP、支持向量回归(SVR)的测量结果和精度。结果表明,提出的方法有效克服了传统超声测量方法的不足,能实现不同材料不同规格的螺栓应力测量,并且测量精度更高(平均相对误差为3.86%),泛化能力更好。

关键词：螺栓应力超声波测量向量降维 ELM 多特征融合

适用于大型海上风电的谐振型飞跨电容式模块化升压变换器

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电工技术学报 2024年第12期39卷 3746-3760页

作者：潘俊良王明渝重庆大学电气工程学院重庆400044

随着海上风电发电容量的增大与离岸距离的增加,全直流型海上风电系统的优势越发明显。高压DC-DC变换器是该系统的核心部件,承担直流升压与输电的关键功能。对此,该文提出一种适用于大型海上风电的谐振型飞跨电容式模块化升压变换器,不... 详细信息

随着海上风电发电容量的增大与离岸距离的增加,全直流型海上风电系统的优势越发明显。高压DC-DC变换器是该系统的核心部件,承担直流升压与输电的关键功能。对此,该文提出一种适用于大型海上风电的谐振型飞跨电容式模块化升压变换器,不受大功率中频高压变压器制造工艺的限制,无变压器结构使其能工作在更高频率,减少内部无源器件,实现轻量化。在高升压比应用场景中,变换器内部大部分功率器件为二极管,可节省控制单元,并降低成本。与电流连续模式相比,当内部二极管半桥工作在电流断续模式时,该变换器能在仅增加少量通态损耗的前提下实现内部功率器件的软开关。此外,该变换器采用准方波调制时,电流断续模式能避免内部串联二极管承受高dv/dt。最后,通过样机实验验证了该变换器拓扑的可行性与参数设计方法的正确性。

关键词：海上风电高压直流输电 DC-DC变换器模块化飞跨电容

基于纤维取向分布图像处理技术的短纤维增强聚合物基复合材料力学性能预测方法

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4826-4836页

作者：管涛李元庆郭方亮付绍云重庆大学航空航天学院

短纤维增强聚合物基复合材料(Short fiber reinforced polymer composites,SFRPC)具有复杂的细观结构，掌握纤维取向分布(Fiber orientation distribution,FOD)规律是短纤维复合材料力学建模的前提。然而，由于纤维取向统计需要收集大... 详细信息

短纤维增强聚合物基复合材料(Short fiber reinforced polymer composites,SFRPC)具有复杂的细观结构，掌握纤维取向分布(Fiber orientation distribution,FOD)规律是短纤维复合材料力学建模的前提。然而，由于纤维取向统计需要收集大量的纤维信息，通过传统手动标注读取显微图像的方式人工成本高且耗时长，统计效率与精度均难以保证。本文利用图像分析算法捕获纤维截面几何特征，发展了相应的纤维取向分布图像处理技术，实现了FOD信息的快速统计。探究了图像分析算法中关键参数的合理取值范围，并针对挤出注塑成型工艺制备的短玻纤增强和短碳纤增强聚醚酰亚胺复合材料(SGF/PEI和SCF/PEI)进行微观结构表征，将统计的纤维状态信息传递至类层合板(Laminate analogy approach,LAA)与Fu-Lauke模型框架，进而预测了不同体积分数下两种复合材料的模量与强度，预测结果与有限元模拟结果、拉伸试验测试结果均吻合良好。本文将纤维取向分布图像处理技术与复合材料力学性能预测方法相结合，有助于更高效准确地理解短纤维增强复合材料的构效关系，对于复合材料结构设计具有较高的指导作用。

关键词：热塑性聚合物注塑成型短纤维增强复合材料纤维取向力学性能