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高超声速圆锥边界层转捩反转数值研究
雷娟棉, 曹家伟
当前状态:  doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.224
摘要(0) HTML(0) PDF(0)
摘要:
为研究高超声速边界层转捩中存在的转捩反转现象,基于雷诺平均的N-S方程,采用γ转捩模型对高超声速圆锥体绕流进行数值模拟,得到了圆锥边界层转捩位置随攻角、头部钝度的变化规律,分析了圆锥边界层转捩反转现象的流动机理.结果表明:当圆锥头部钝度增大到一定值时,圆锥边界层转捩位置随攻角增大呈现迎风面提前、背风面推迟的反转现象;圆锥边界层转捩出现攻角反转现象时,迎风面摩阻系数明显大于背风面摩阻系数且转捩前后摩阻变化更大,此时应重点关注迎风面的热防护;在零攻角条件下,随着圆锥头部钝度从很小值逐渐增大,圆锥边界层转捩位置呈现出“N”型反转现象;圆锥头部钝度增大到一定值时出现的边界层转捩反转现象的可能原因是随钝度增大头部激波后熵层高度显著增大引起的.
2022 年 7 期目录
2022, 42(7): 1-2.  
摘要(24) HTML(19) PDF(7)
摘要:
智能无人车辆技术
智能车辆规划与控制策略学习方法综述
龚建伟, 龚乘, 林云龙, 李子睿, 吕超
2022, 42(7): 665-674.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2022.095
摘要(112) HTML(18) PDF(69)
摘要:
智能车辆相关技术已实现了长足的发展,并已能够在有限封闭场景中实现自主行驶的基本功能. 然而,实际道路测试结果表明,目前智能车辆技术仍存在较多局限,而智能车辆在复杂城市与越野环境的大规模应用仍面临较多挑战. 作为智能车辆关键技术之一,运动规划与控制技术已基本建立了完整的理论体系并已得到较多工程应用,但传统方法在实际应用中仍存在动态复杂场景理解能力弱、场景适应性差、模型复杂度高、参数调整难度大等缺陷. 由于机器学习方法具备较强的知识表征与模型拟合能力,其已经在智能车辆的感知与导航技术中得到了广泛的应用. 而为了解决传统运动规划与控制技术存在的泛化性与适用性等问题,许多研究者近年来也开始探索基于深度学习、强化学习等机器学习方法的运动规划与控制方法. 本文将对目前基于机器学习的智能车辆规划与控制方法研究现状进行回顾,从规划与控制策略基本架构、基本学习范式以及基于学习的规划与控制方法三方面对现有智能车辆规划与控制策略学习方法进行分析,最后对研究现状与未来发展方向进行总结与展望.
智能汽车换道轨迹的燃油经济性研究
金辉, 赵延杰, 光昊
2022, 42(7): 675-681.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.250
摘要(29) HTML(9) PDF(10)
摘要:
基于智能汽车行驶的空间约束和运动轨迹曲率约束等限制,对换道轨迹的燃油经济性进行了研究. 基于发动机瞬态油耗模型,确定了平路行驶的最经济车速,并建立了能满足各种约束的3阶贝塞尔换道轨迹模型. 通过Matlab/Simulink与Carsim联合仿真验证,文中设计的贝塞尔换道轨迹的油耗分别比已有的sin-tanh和x-sin换道轨迹节油了3.49%和0.77%,其最大横向加速度值也分别比sin-tanh和x-sin换道轨迹降低了31.75%及7.45%. 因此在保证智能汽车安全舒适行驶的基础上,利用贝塞尔换道轨迹的汽车油耗更少,对应的最大横向加速度更小,表明贝塞尔换道轨迹模型具有优越性.
变构型陆空平台动态起降轨迹规划研究
魏巍, 范康迪, 王若琳, 赵默雷, 赵之然, 王剑峰
2022, 42(7): 682-687.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.325
摘要(35) HTML(9) PDF(7)
摘要:
陆空平台具有多域机动能力,通过陆空模式的转换能够适应各种复杂环境,但陆空模式转换多为静止起飞或悬停下降,这种静态起降方式不利于陆空平台机动性的充分发挥. 针对一种动力机构可偏转的变构型陆空两栖平台,基于牛顿-欧拉方程建立陆空平台的飞行动力学模型,规划偏转角的时间序列以获得动态动力学约束,确定相对时间最优目标函数;基于5次多项式拟合二维平面轨迹,根据PID控制方法设计轨迹跟踪控制器,并进行轨迹规划和控制仿真. 结果表明,动态切换时间相比静态切换时间缩短了23.02%,动态切换规划轨迹平滑,高度方向无超调,控制器能较好地跟踪目标飞行轨迹.
基于图表示的智能车行人意图识别方法
吕超, 崔格格, 孟相浩, 陆军琰, 徐优志, 龚建伟
2022, 42(7): 688-695.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.330
摘要(35) HTML(8) PDF(17)
摘要:
智能驾驶场景下的人车冲突问题与行人过街行为密切相关,为使高级驾驶辅助系统(advanced driving assistance system, ADAS)具备识别行人过街意图的功能,并对人车碰撞事件预警,提出一种基于图表示学习(graph representation learning, GRL)方法的行人过街意图识别框架。它采用开源工具对行人骨架信息进行识别,采用图方法,以行人在一段运动过程内每一帧的骨架关键点为节点,以骨架自然连接关系、相关关系和时域关系为边建立图模型,实现对行人动作序列的表征。以图结构数据为输入,基于支持向量机(support vector machine, SVM)训练行人过街意图识别模型。在自动驾驶数据集PIE上对所提出方法进行评估,结果显示,行人过街意图分类准确率可达90.29%,所提出方法能够有效识别行人过街意图,对提高智能车决策安全性具有重要意义。
基于势场法的无人车局部动态避障路径规划算法
翟丽, 张雪莹, 张闲, 王承平
2022, 42(7): 696-705.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.333
摘要(55) HTML(22) PDF(29)
摘要:
根据无人车动态实时避障的需求,提出一种基于人工势场法的局部避障路径规划算法,通过改进势场环境及势场力来解决传统势场法局部极小值和目标不可达的问题. 考虑车辆碰撞安全性,对侧向动态障碍物和同向动态障碍物工况进行分析,采用动态窗口法进行实时动态避障规划. 同时为保证规划路径的平滑性和可跟踪性,采用贝塞尔曲线对轨迹进行平滑处理. 最后,在CarSim和Matlab/Simulink 联合仿真平台下,对所提出的控制算法进行验证. 仿真结果表明了规划算法的避障有效性、安全性以及可跟踪性.
基于转向响应特性的智能车辆轨迹跟踪双闭环控制
徐彬, 张大鹏, 杨海洋, 韩子勇
2022, 42(7): 706-712.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.328
摘要(28) HTML(16) PDF(14)
摘要:
智能车辆轨迹跟踪的准确性与鲁棒性是车辆运动控制性能的重要表征,基于路径预瞄信息的跟踪控制研究使车辆性能显著提升. 然而,车辆转向系统响应不足给车辆实时准确的基于预瞄信息跟踪参考轨迹带来挑战. 针对此问题,实时引入转向系统状态建立双闭环轨迹跟踪控制结构,保证智能车辆轨迹跟踪控制算法对转向系统响应不足的鲁棒性. 具体结构外环基于预瞄信息使用模型预测控制求解最优转向角,内环基于转向状态误差使用PID方法设计反馈控制律以补偿转向响应不足. 双闭环结构耦合控制输入保证了车辆鲁棒最优跟踪控制. 最后通过Carsim与Simulink联合仿真,验证了该双闭环控制结构的有效性.
基于模糊滑模观测器与传感器信号积分可拓融合的车辆质心侧偏角估计
汪洪波, 徐世寒, 周道林, 王翔宇, 刘欣雨
2022, 42(7): 713-722.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.300
摘要(23) HTML(19) PDF(11)
摘要:
车辆质心侧偏角对于车辆横向稳定状态判断具有重要作用,对质心侧偏角的高估或低估都会对稳定性控制系统产生影响. 针对目前质心侧偏角估计方法仍具有较大误差且实用性不强,提出了以降低观测误差及提高估计系统实用性为目标的方法,构建了鲁棒性较强的模糊二阶滑模观测器计算质心侧偏角观测值,同时采用惯性测量单元信号计算质心侧偏角积分值. 之后分析了两种估计方法的优缺点,对质心侧偏角观测估计值与传感器信号积分估计值进行可拓融合,以实现采用传感器信号估计对观测值进行修正. 最后通过Simulink/TruckSim仿真、硬件在环仿真,进行了质心侧偏角估计方法的验证. 在实车定圆加速测试工况中以控制效果论证了所提出方法的有效性. 研究表明所提出方法能够准确反映实际质心侧偏角状态,并且可靠性、实用性均较佳.
基于故障估计的无人车容错控制方法
夏秋, 陈龙, 徐兴, 蔡英凤, 陈特, 仵晓涵
2022, 42(7): 723-732.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.161
摘要(16) HTML(14) PDF(13)
摘要:
考虑转向控制系统故障和未知干扰同时作用对无人车辆路径跟踪效果的影响,为提高无人车辆控制系统的可靠性,设计了一种无人车路径跟踪容错控制方法. 对转向控制系统输入性故障进行分析,结合未知干扰情况定义了名义故障并建立相应的数学模型. 利用高阶滑模观测器构造名义故障微分方程,并利用自适应容积卡尔曼滤波设计了车辆质心侧偏角和名义故障估计方法,从而为无人车容错控制提供可靠信息源. 基于滑模控制理论设计了无人车路径跟踪容错控制器并证明了其收敛性. 联合仿真和硬件在环试验结果表明,所提出的估计方法能够得到精确可靠的质心侧偏角和名义故障估计结果,且与无容错控制相比,所设计的路径跟踪容错控制器在面对故障和干扰时能够明显地提高车辆的控制性能,并同时保证车辆的路径跟踪能力及其自身的稳定性.
工程力学
胶结充填体冲击破坏及损伤演化数值模拟研究
李祥龙, 李强, 王建国, 杨长辉, 陶子豪, 左庭, 赵泽虎
2022, 42(7): 733-740.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.189
摘要(27) HTML(8) PDF(17)
摘要:
为定量描述胶结充填体在动载作用下的损伤程度及破坏过程,利用数值模拟软件对胶结充填体进行SHPB动态冲击,并通过室内SHPB冲击试验结果验证数值模拟方法的可行性. 对不同冲击速度(1.5 ,1.7 ,1.8 ,2.0 m/s)条件下4种配比胶结充填体(灰砂质量比分别为1∶4, 1∶6, 1∶8, 1∶10),采用微裂纹密度法定义损伤变量值d,进行损伤规律及破坏过程的数值模拟研究. 结果表明:数值模拟中使用波形整形器可获得更加理想的矩形波,使试件同一平面单元所受应力均匀,无应力集中现象;数值模拟结果很好地展现了胶结充填体的动态破坏过程,其整体破坏趋势为边缘发生剥落后裂纹向内部延伸与贯穿;在加载速度从1.7 m/s增加至1.8 m/s的过程中,损伤变量增大幅度超过10%;冲击速度由1.5 m/s增加至2.0 m/s的过程中,灰砂质量比为1∶4, 1∶6, 1∶8和1∶10的胶结充填体的损伤变量d变化范围分别为0.238~0.336,0.274~0.413,0.391~0.547,0.473~0.617,灰砂质量比1∶6变化至1∶8时,出现明显的损伤“跃升”现象.
信息与控制
新型同步开关磁阻电机性能分析与结构优化
冬雷, 冉茂莹, 邵立伟, 高孟祺, 于坤洋
2022, 42(7): 741-748.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.172
摘要(30) HTML(8) PDF(9)
摘要:
为解决同步磁阻电机转子结构复杂、机械强度差、难以应用于高速领域的缺点,提出了一种新型同步开关磁阻电机(synchronous switched reluctance motor,SSRM). 该电机结合了开关磁阻电机与同步磁阻电机的优势,电机转子冲片制作工艺简单、可靠性强、适用于高速领域,电机的凸极率高,转矩输出能力强. 在对新型SSRM电磁设计的基础上利用正交法对该电机参数进行优化,选取转矩均值、转矩脉动以及电机效率作为优化性能指标. 通过有限元仿真和实验验证了优化后的SSRM具有转矩脉动低、效率高的特性.
一种基于光流双输入网络的微表情顶点帧检测方法
郑戍华, 陈梦心, 王向周, 弓雪雅
2022, 42(7): 749-754.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.135
摘要(27) HTML(18) PDF(6)
摘要:
微表情顶点帧蕴含着丰富的微表情信息,为了准确地检测出微表情顶点帧,本文提出了一种基于光流特征的神经网络分类,并利用先验知识规则进行取舍的检测方法. 该方法针对固定滑窗大小内的图像进行光流信息提取,利用双输入特征提取网络对x, y方向的光流信息进行时空特征提取,并进行分类,经根据微表情先验知识所设计的取舍规则后处理后,改善了检测准确度. 实验结果表明,在数据集CASMEⅡ上测试,顶点定位率(apex spotting rate,ASR)指标达到了0.945,F1-score指标达到了0.925.
光学与电子
双隐身飞机相干干扰对单脉冲雷达影响及影响有效性研究
王春阳, 刘明杰, 曾会勇, 周长霖
2022, 42(7): 755-763.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.185
摘要(27) HTML(21) PDF(3)
摘要:
针对当前关于双隐身飞机编队相干干扰对单脉冲雷达具体影响分析不足及误差有效性缺乏合理评价的问题,考虑双机回波相位差的随机性特点,建立了双隐身飞机相干干扰模型和角度误差评价模型. 设定双机突防运动场景,提取双机动态RCS,推导回波作用下的双机相干干扰引起的随机性角度误差计算式,求解随机性角度误差的一阶数字特征,并根据脱靶距离建立了角度误差有效性影响评价准则,解算角度误差的有效影响概率. 仿真表明:双隐身飞机相干干扰产生的角度误差均值较大,随机起伏性较弱,干扰效果较好,且误差对雷达影响有效概率较大,保证了编队突防安全性.
材料科学
高压撞击下E36船用钢的动态响应研究
赵鹏铎, 霍国敬, 王琪, 张磊, 李茂, 李先雨, 张朝晖, 张顺中, 贺健业
2022, 42(7): 764-772.   doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.188
摘要(33) HTML(12) PDF(41)
摘要:
针对船用钢材料在超高应变率下的动态响应机制及变形强化机理尚不明确的技术基础问题,通过一维平板撞击试验测得了10,20及30 GPa撞击压力下E36船用钢的自由表面速率−时间曲线,计算得到了E36船用钢的Hugoniot弹性极限和层裂强度,利用ANSYS软件模拟了不同撞击压力下的温度场;并采用SEM、TEM等技术研究了E36船用钢在高压撞击下的损伤演化规律和变形强化机理. 试验结果表明:不同撞击压力下材料均发生了层裂,毁伤机理为微孔和微裂纹形核、长大和聚合;随着撞击压力的增加,E36船用钢的Hugoniot 弹性极限变化不大,层裂强度逐渐增加,相变强化、位错强化和孪晶强化是E36船用钢在高压、高应变率下的主要强化机制.
网络预出版栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。

1956年创刊, 月刊

ISSN 1001-0645

主管单位:中华人民共和国工业和信息化部

主办单位: 北京理工大学

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