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2017年 36卷 第9期
2017, 36(9): 1313-1319.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0901
摘要
PDF 1024KB
摘要:
在基于打滑条件下，履带式机器人两侧履带均匀接地时的转向运动学与动力学研究基础上，推导了在相间分布的外履齿接地时牵引力与转向阻力矩的计算公式，分析了质心偏移的影响，并给出了打滑条件下履带式机器人的转向条件，最后探讨了原地转向时，机器人转向比对滑转率的影响。结果表明：外履齿接地与履带均匀接地时的牵引力和转向阻力矩相同；打滑条件下满足转向条件的转向比范围增大；原地转向时，两侧履带的滑转率随着转向比的增大而增大。
在基于打滑条件下，履带式机器人两侧履带均匀接地时的转向运动学与动力学研究基础上，推导了在相间分布的外履齿接地时牵引力与转向阻力矩的计算公式，分析了质心偏移的影响，并给出了打滑条件下履带式机器人的转向条件，最后探讨了原地转向时，机器人转向比对滑转率的影响。结果表明：外履齿接地与履带均匀接地时的牵引力和转向阻力矩相同；打滑条件下满足转向条件的转向比范围增大；原地转向时，两侧履带的滑转率随着转向比的增大而增大。
2017, 36(9): 1320-1326.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0902
摘要:
基于变密度法建立了多相材料的插值模型，并建立了以结构输出点位移最大为目标、材料体积为约束的多相材料柔性机构拓扑优化数学模型。运用移动渐近线方法对微型柔性夹钳设计开展拓扑优化并对结果进行分析。结果表明：基于多相材料的柔性机构拓扑优化方法能大幅降低拓扑结构的最大应力水平，但也一定程度上减小了结构输出点的位移。整体而言，该方法具有可行性，能有效解决工程中遇到的因应力过大而导致的结构失效问题。
基于变密度法建立了多相材料的插值模型，并建立了以结构输出点位移最大为目标、材料体积为约束的多相材料柔性机构拓扑优化数学模型。运用移动渐近线方法对微型柔性夹钳设计开展拓扑优化并对结果进行分析。结果表明：基于多相材料的柔性机构拓扑优化方法能大幅降低拓扑结构的最大应力水平，但也一定程度上减小了结构输出点的位移。整体而言，该方法具有可行性，能有效解决工程中遇到的因应力过大而导致的结构失效问题。
2017, 36(9): 1327-1332.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0903
摘要:
为了更好的评价外骨骼的人机工效，在现有外骨骼样机的基础上，提出一种基于三维运动捕捉系统的下肢外骨骼人机耦合粗糙度的评价方法。该方法利用运动捕捉系统获得穿戴者髋关节和膝关节的轨迹变化，建立下肢外骨骼人机耦合粗糙度的模型，从而在一定程度上定量地表现外骨骼的人机工效。同时通过引入高斯滤波，实现对模型中线的获取，提高了模型的正确性。实验结果证明，该方法可以获取穿戴者与下肢外骨骼在3种步态时的不匹配度，可以作为外骨骼综合评价的参考。
为了更好的评价外骨骼的人机工效，在现有外骨骼样机的基础上，提出一种基于三维运动捕捉系统的下肢外骨骼人机耦合粗糙度的评价方法。该方法利用运动捕捉系统获得穿戴者髋关节和膝关节的轨迹变化，建立下肢外骨骼人机耦合粗糙度的模型，从而在一定程度上定量地表现外骨骼的人机工效。同时通过引入高斯滤波，实现对模型中线的获取，提高了模型的正确性。实验结果证明，该方法可以获取穿戴者与下肢外骨骼在3种步态时的不匹配度，可以作为外骨骼综合评价的参考。
2017, 36(9): 1333-1339.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0904
摘要:
针对某些地区地层研磨性强，可钻性差，机械钻速低的技术难点，提出了一种扭转振动发生器。通过对发生器结构和工作原理的分析，建立其运动学模型，推导出液压锤的碰撞周期、转动角速度、转动角位移的表达式；结合算例参数得到液压锤的碰撞周期、转动角速度、转动角位移随时间的变化关系，以及入口流量、入口压强对其三者的影响；最后，通过室内实验验证了计算方法的可靠性与准确性。结果表明：液压锤碰撞周期与入口压强成反比，与入口流量成正比；其角速度及角位移随入口流量的增大而减小，随入口压强的增大而增大。
针对某些地区地层研磨性强，可钻性差，机械钻速低的技术难点，提出了一种扭转振动发生器。通过对发生器结构和工作原理的分析，建立其运动学模型，推导出液压锤的碰撞周期、转动角速度、转动角位移的表达式；结合算例参数得到液压锤的碰撞周期、转动角速度、转动角位移随时间的变化关系，以及入口流量、入口压强对其三者的影响；最后，通过室内实验验证了计算方法的可靠性与准确性。结果表明：液压锤碰撞周期与入口压强成反比，与入口流量成正比；其角速度及角位移随入口流量的增大而减小，随入口压强的增大而增大。
2017, 36(9): 1340-1344.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0905
摘要:
给出系统在参数空间最大Lyapunov指数的计算方法，计算Duffing系统在双参数平面上最大Lyapunov指数的分布特性。结合单参数分岔图讨论了Duffing系统在双参数平面上的分岔特性。结果表明系统在双参数平面上出现了周期跳跃、叉式分岔和倍周期分岔等各种分岔曲线，系统在倍周期分岔曲线环内不断嵌套新的倍周期分岔曲线环，使得系统最终经倍周期分岔序列进入混沌运动；这些倍周期分岔曲线环均被周期跳跃曲线截断，使得系统经过周期跳跃曲线后出现不同的周期运动。参数平面上各种分岔曲线的相交使得系统局部分岔特性变得极为复杂。通过对Duffing系统的计算与分析证明了本文方法在计算混沌问题方面的有效性与可行性。
给出系统在参数空间最大Lyapunov指数的计算方法，计算Duffing系统在双参数平面上最大Lyapunov指数的分布特性。结合单参数分岔图讨论了Duffing系统在双参数平面上的分岔特性。结果表明系统在双参数平面上出现了周期跳跃、叉式分岔和倍周期分岔等各种分岔曲线，系统在倍周期分岔曲线环内不断嵌套新的倍周期分岔曲线环，使得系统最终经倍周期分岔序列进入混沌运动；这些倍周期分岔曲线环均被周期跳跃曲线截断，使得系统经过周期跳跃曲线后出现不同的周期运动。参数平面上各种分岔曲线的相交使得系统局部分岔特性变得极为复杂。通过对Duffing系统的计算与分析证明了本文方法在计算混沌问题方面的有效性与可行性。
2017, 36(9): 1345-1350.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0906
摘要:
为更好的实现手部快速稳定抓取，避免虚拟环境中穿刺现象发生，以自动抓取思想为基础，将目标物体特征变量引入多指抓取进行运动轨迹的构建与验证。通过人手结构分析人指运动特征，提出了以目标物体尺寸和位置为变量的指尖运动轨迹模型；对手进行正逆向运动学分析求解，同时设定抓取规则保证抓取的稳定性；基于SolidWorks和MATLAB对指尖运动轨迹模型仿真分析，并通过抓取实例验证，仿真结果正确反映了人手抓取的特征，验证了该方法的有效性。
为更好的实现手部快速稳定抓取，避免虚拟环境中穿刺现象发生，以自动抓取思想为基础，将目标物体特征变量引入多指抓取进行运动轨迹的构建与验证。通过人手结构分析人指运动特征，提出了以目标物体尺寸和位置为变量的指尖运动轨迹模型；对手进行正逆向运动学分析求解，同时设定抓取规则保证抓取的稳定性；基于SolidWorks和MATLAB对指尖运动轨迹模型仿真分析，并通过抓取实例验证，仿真结果正确反映了人手抓取的特征，验证了该方法的有效性。
2017, 36(9): 1351-1356.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0907
摘要:
针对具有非线性摩擦和有界外部扰动的进给伺服系统，设计了一种自适应滑模控制器。该控制器采用自适应算法建立了摩擦力的线性边界，将其作为滑模控制项增益，利用滑模控制项补偿摩擦和外部扰动，使系统跟踪误差渐进收敛于要求的允差内。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的全局稳定性。仿真结果表明该控制器能有效补偿摩擦和外部扰动，相对于传统的PD和PID控制，显著提高了进给伺服系统的跟踪精度，并对系统参数和摩擦的不确定性具有一定的鲁棒性。
针对具有非线性摩擦和有界外部扰动的进给伺服系统，设计了一种自适应滑模控制器。该控制器采用自适应算法建立了摩擦力的线性边界，将其作为滑模控制项增益，利用滑模控制项补偿摩擦和外部扰动，使系统跟踪误差渐进收敛于要求的允差内。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的全局稳定性。仿真结果表明该控制器能有效补偿摩擦和外部扰动，相对于传统的PD和PID控制，显著提高了进给伺服系统的跟踪精度，并对系统参数和摩擦的不确定性具有一定的鲁棒性。
2017, 36(9): 1357-1361.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0908
摘要:
针对柴油机主轴承孔圆度问题，在装配完成、温度为150 ℃和施加爆压3种状况下，对原机模型和胀断模型的主轴承孔位移进行数值模拟，分析了两种模型主轴孔周围位移的差异；制造出RuT450和HT250材料的试验件，运用试验对比方法，从材料材质、胀断面质量和主轴承孔径变化方面，对Ru450、HT250试验件和德国MAN公司的D26合金材料进行主轴承孔胀断工艺研究。结果表明Ru450在硬度和强度方面都能满足柴油机性能要求，且适合采用胀断技术。胀断后Ru450试样胀断面非常光整且材质组织非常致密，对主轴承孔径进行检测，发现所有样件孔径变化都不超过设定值0.1 mm，表明胀断后主轴承孔加工精度较高。
针对柴油机主轴承孔圆度问题，在装配完成、温度为150 ℃和施加爆压3种状况下，对原机模型和胀断模型的主轴承孔位移进行数值模拟，分析了两种模型主轴孔周围位移的差异；制造出RuT450和HT250材料的试验件，运用试验对比方法，从材料材质、胀断面质量和主轴承孔径变化方面，对Ru450、HT250试验件和德国MAN公司的D26合金材料进行主轴承孔胀断工艺研究。结果表明Ru450在硬度和强度方面都能满足柴油机性能要求，且适合采用胀断技术。胀断后Ru450试样胀断面非常光整且材质组织非常致密，对主轴承孔径进行检测，发现所有样件孔径变化都不超过设定值0.1 mm，表明胀断后主轴承孔加工精度较高。
2017, 36(9): 1362-1366.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0909
摘要:
考虑接触表面工况的差异性，建立一类含两类摩擦及间隙的两自由度碰撞振动系统动力学模型，给出系统在不同运动阶段的判断条件和粘-滑-碰运动行为过渡准则，采用数值仿真方法对系统求解，结合判断条件分析摩擦对系统造成的非光滑运动特性及复杂的动力学行为，同时分析不同摩擦模型对系统动力学特性的影响。结果表明，系统存在瞬时摩擦诱导振动、周期颤振、颤振向粘着过渡及粘-滑-碰之间的转换等摩擦振动现象。
考虑接触表面工况的差异性，建立一类含两类摩擦及间隙的两自由度碰撞振动系统动力学模型，给出系统在不同运动阶段的判断条件和粘-滑-碰运动行为过渡准则，采用数值仿真方法对系统求解，结合判断条件分析摩擦对系统造成的非光滑运动特性及复杂的动力学行为，同时分析不同摩擦模型对系统动力学特性的影响。结果表明，系统存在瞬时摩擦诱导振动、周期颤振、颤振向粘着过渡及粘-滑-碰之间的转换等摩擦振动现象。
2017, 36(9): 1367-1374.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0910
摘要:
针对电主轴在高速切削过程中动态精度控制不稳定问题，提出一种依据电主轴定子输入端电压、电流值来预测主轴输出转矩和转速的方法。该方法根据无速度传感器矢量控制原理，结合主轴电阻、电感等电磁参数，以转子磁链幅值和相位角为桥梁，建立电主轴定子输入端的三相电压、电流与转子输出端转速、转矩之间的数学模型，从而构建无速度传感器矢量控制下速度外环和电流内环的双闭环控制系统。通过该双闭环系统，将电主轴在切削过程中定子输入端的三相电压、电流，转换成两相旋转坐标系下的电压、电流。并在此基础上，进一步将电流环分解为磁链环和转矩环两个独立控制的子系统，以分别控制转子磁链和电磁转矩，从而可以通过观测磁链环的励磁电流和转矩环转矩电流的变化趋势，判断主轴输出端转矩、转速的稳定性。最后通过切削实验，验证了上述方法的可行性。
针对电主轴在高速切削过程中动态精度控制不稳定问题，提出一种依据电主轴定子输入端电压、电流值来预测主轴输出转矩和转速的方法。该方法根据无速度传感器矢量控制原理，结合主轴电阻、电感等电磁参数，以转子磁链幅值和相位角为桥梁，建立电主轴定子输入端的三相电压、电流与转子输出端转速、转矩之间的数学模型，从而构建无速度传感器矢量控制下速度外环和电流内环的双闭环控制系统。通过该双闭环系统，将电主轴在切削过程中定子输入端的三相电压、电流，转换成两相旋转坐标系下的电压、电流。并在此基础上，进一步将电流环分解为磁链环和转矩环两个独立控制的子系统，以分别控制转子磁链和电磁转矩，从而可以通过观测磁链环的励磁电流和转矩环转矩电流的变化趋势，判断主轴输出端转矩、转速的稳定性。最后通过切削实验，验证了上述方法的可行性。
2017, 36(9): 1375-1380.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0911
摘要:
利用Pro/E建立了空心主轴单元的三维模型，采用ANSYS对空心主轴单元进行了振动特性分析。通过在空心主轴上选取的6个关键节点，并取前轴承不同位置，对比分析不同前轴承位置时的固有频率及相应6节点处的振动特性，得到如下结论：刀具和调刀套节点处的振动对棒材加工精度影响最大，并在此基础上对空心主轴结构进行优化，提高了加工精度。
利用Pro/E建立了空心主轴单元的三维模型，采用ANSYS对空心主轴单元进行了振动特性分析。通过在空心主轴上选取的6个关键节点，并取前轴承不同位置，对比分析不同前轴承位置时的固有频率及相应6节点处的振动特性，得到如下结论：刀具和调刀套节点处的振动对棒材加工精度影响最大，并在此基础上对空心主轴结构进行优化，提高了加工精度。
2017, 36(9): 1381-1387.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0912
摘要:
为了准确预测汽车前悬结构件的耐久性，建立了前悬系统有限元模型，采用路试实测载荷的极限值对有限元模型加载进行强度分析，采用路试实测动态载荷对前悬系统有限元模型进行疲劳分析。强度分析结果表明整车在过坑工况下前悬筒壁的最大应力位置和应力值都与试验完全吻合；疲劳分析结果也表明弯曲处疲劳损伤严重。以上分析证明了采用前悬系统有限元的强度分析和疲劳分析能够有效预测前悬结构件的耐久性。在前期没有实测载荷的情况下，采用相关路谱载荷的极限值进行强度计算能够有效预测出耐久性问题。通过对前悬臂筒设计优化，发现提升材料性能比增加壁厚效果更明显，减小衬套刚度会引起减小载荷，但作用有限。
为了准确预测汽车前悬结构件的耐久性，建立了前悬系统有限元模型，采用路试实测载荷的极限值对有限元模型加载进行强度分析，采用路试实测动态载荷对前悬系统有限元模型进行疲劳分析。强度分析结果表明整车在过坑工况下前悬筒壁的最大应力位置和应力值都与试验完全吻合；疲劳分析结果也表明弯曲处疲劳损伤严重。以上分析证明了采用前悬系统有限元的强度分析和疲劳分析能够有效预测前悬结构件的耐久性。在前期没有实测载荷的情况下，采用相关路谱载荷的极限值进行强度计算能够有效预测出耐久性问题。通过对前悬臂筒设计优化，发现提升材料性能比增加壁厚效果更明显，减小衬套刚度会引起减小载荷，但作用有限。
2017, 36(9): 1388-1395.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0913
摘要:
为提高机床立柱静动态性能，对机床立柱筋板结构进行设计，初步筛选出4种优选结构，然后以机床立柱筋板结构，筋板厚度、立柱起吊孔内径为试验因素，以立柱质量、最大耦合变形量、一阶固有频率、最大耦合应力为评估指标，设计了3因素4水平的正交试验。采用灰色关联法和组合赋权法处理有限元仿真数据，综合考虑主观因素与客观因素的影响，得到优化设计的最优参数组合。结果表明，立柱"十"型筋板结构，筋板厚20 mm，起吊孔内径180 mm是最佳参数组合，优化后，在最大耦合变形基本不变的情况下，立柱质量减轻了503 kg，最大耦合应力降低了6%，一阶固有频率也有所增加，轻量化效果显著，拓展了正交试验、组合赋权和灰色关联法的应用范围，为其它机床零部件的设计提供了有益的方法参考。
为提高机床立柱静动态性能，对机床立柱筋板结构进行设计，初步筛选出4种优选结构，然后以机床立柱筋板结构，筋板厚度、立柱起吊孔内径为试验因素，以立柱质量、最大耦合变形量、一阶固有频率、最大耦合应力为评估指标，设计了3因素4水平的正交试验。采用灰色关联法和组合赋权法处理有限元仿真数据，综合考虑主观因素与客观因素的影响，得到优化设计的最优参数组合。结果表明，立柱"十"型筋板结构，筋板厚20 mm，起吊孔内径180 mm是最佳参数组合，优化后，在最大耦合变形基本不变的情况下，立柱质量减轻了503 kg，最大耦合应力降低了6%，一阶固有频率也有所增加，轻量化效果显著，拓展了正交试验、组合赋权和灰色关联法的应用范围，为其它机床零部件的设计提供了有益的方法参考。
2017, 36(9): 1396-1401.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0914
摘要:
提出基于WEDG技术的微铣刀在位制备方法，将微铣刀的制备与使用结合起来，在同一台微细电火花加工机床上完成微铣刀的在位制备与在位铣削过程，可实现微铣刀的低成本高精度制备，同时避免微铣刀的二次装夹所造成的倾斜和偏心误差，提高微铣削整体质量。为验证基于WEDG技术的微铣刀在位制备工艺方法的可行性，基于自研μEM-200CDS2型双主轴三工位微细组合电加工机床平台，进行了微铣刀在位制备与在位铣削的实验研究。结合WEDG工艺特点对微铣刀进行材料选用与构型设计，实现了直径小于100 μm、刃口锋利的D型微铣刀的制备，并利用所制备微铣刀在位铣削出最小壁厚小于20 μm的一组薄壁结构。实验结果表明：基于WEDG技术的微铣刀在位制备方法在原理和技术上是可行的。
提出基于WEDG技术的微铣刀在位制备方法，将微铣刀的制备与使用结合起来，在同一台微细电火花加工机床上完成微铣刀的在位制备与在位铣削过程，可实现微铣刀的低成本高精度制备，同时避免微铣刀的二次装夹所造成的倾斜和偏心误差，提高微铣削整体质量。为验证基于WEDG技术的微铣刀在位制备工艺方法的可行性，基于自研μEM-200CDS2型双主轴三工位微细组合电加工机床平台，进行了微铣刀在位制备与在位铣削的实验研究。结合WEDG工艺特点对微铣刀进行材料选用与构型设计，实现了直径小于100 μm、刃口锋利的D型微铣刀的制备，并利用所制备微铣刀在位铣削出最小壁厚小于20 μm的一组薄壁结构。实验结果表明：基于WEDG技术的微铣刀在位制备方法在原理和技术上是可行的。
2017, 36(9): 1402-1407.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0915
摘要:
为了准确地进行滚动轴承故障诊断，针对故障振动信号的低信噪比特征，提出了局部特征尺度分解、k均值聚类分析和独立分量分析相结合的故障诊断方法。首先，应用局部特征尺度分解对振动信号进行分解，得到若干个内禀尺度分量；然后，依据分量与原始信号的互相关系数及峭度值，应用k均值聚类方法选取有效的分量组成新的观测信号；最后，对观测信号进行独立分量分析处理，实现信噪分离，依据峭度值选取信号分量，对信号应用希尔伯特包络谱技术实现故障诊断。通过轴承内圈故障数据分析，验证了方法的有效性。
为了准确地进行滚动轴承故障诊断，针对故障振动信号的低信噪比特征，提出了局部特征尺度分解、k均值聚类分析和独立分量分析相结合的故障诊断方法。首先，应用局部特征尺度分解对振动信号进行分解，得到若干个内禀尺度分量；然后，依据分量与原始信号的互相关系数及峭度值，应用k均值聚类方法选取有效的分量组成新的观测信号；最后，对观测信号进行独立分量分析处理，实现信噪分离，依据峭度值选取信号分量，对信号应用希尔伯特包络谱技术实现故障诊断。通过轴承内圈故障数据分析，验证了方法的有效性。
2017, 36(9): 1408-1413.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0916
摘要:
应用间接耦合法对三维轮齿进行热-结构耦合分析，获取轮齿在齿宽方向上的热弹耦合变形量分布，将齿宽方向变形量数据点拟合成关于齿宽位置的函数，在Walker齿廓修形基础上，提出一种新的轮齿修形方式，结果表明：在轮齿齿宽方向上，热变形分布不均匀，使得热弹耦合变形呈中间小两侧大的分布趋势，新的修形方式可适应轮齿不同齿宽处的变形量，弥补了Walker齿廓修形因齿宽方向修形量恒定所引起的齿宽局部修形过大或不足的缺陷，使轮齿修形更为精确。
应用间接耦合法对三维轮齿进行热-结构耦合分析，获取轮齿在齿宽方向上的热弹耦合变形量分布，将齿宽方向变形量数据点拟合成关于齿宽位置的函数，在Walker齿廓修形基础上，提出一种新的轮齿修形方式，结果表明：在轮齿齿宽方向上，热变形分布不均匀，使得热弹耦合变形呈中间小两侧大的分布趋势，新的修形方式可适应轮齿不同齿宽处的变形量，弥补了Walker齿廓修形因齿宽方向修形量恒定所引起的齿宽局部修形过大或不足的缺陷，使轮齿修形更为精确。
2017, 36(9): 1414-1420.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0917
摘要:
以COMSOL Multiphysics有限元分析软件为工具，建立170SD30-SY型电主轴水冷系统有限元模型，并对不同水流量下水冷系统温度场进行仿真；搭建水冷系统温升实验平台，分别对不同转速下的电主轴水冷却系统参数与电主轴温度的关系进行实验。研究结果表明：不同转速下，随着冷却水流量的增加，电主轴温度有不同程度的降低；冷却水流量为0.28 m3/h~0.30 m3/h时，冷却效果均为最佳选择；同时，通过改变冷却水初始温度来控制电主轴温升具有更直接效果。
以COMSOL Multiphysics有限元分析软件为工具，建立170SD30-SY型电主轴水冷系统有限元模型，并对不同水流量下水冷系统温度场进行仿真；搭建水冷系统温升实验平台，分别对不同转速下的电主轴水冷却系统参数与电主轴温度的关系进行实验。研究结果表明：不同转速下，随着冷却水流量的增加，电主轴温度有不同程度的降低；冷却水流量为0.28 m3/h~0.30 m3/h时，冷却效果均为最佳选择；同时，通过改变冷却水初始温度来控制电主轴温升具有更直接效果。
2017, 36(9): 1421-1427.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0918
摘要:
以MATLAB/SIMULINK为研究平台，搭建了包括车身垂直，俯仰和侧倾的七自由度非线性整车分析模型，讨论了汽车在随机路面谱激励下，非线性悬架系统对于整车振动的影响，并通过实车试验验证了所分析结果的正确性。论文详细分析了悬架阻尼非线性特性对车身总加权振动加速度均方根值的影响规律，研究结果表明：不同的复原行程阻尼值变化系数nr和压缩行程阻尼值变化系数nc会不同程度的影响整车的振动，较小的变化系数会增大车身总加权振动加速度均方根值，而过大的变化系数对于整车平顺性并无较大改善。研究结果还表明变化系数相同的双向阻尼值变化系数nrc和ncr对整车振动影响很小。所开展的阻尼非线性对车身加权加速度振动响应影响的研究规律研究，考虑了对人体较为敏感的水平振动的影响，对于改善整车平顺性的悬架系统设计有一定的指导作用。
以MATLAB/SIMULINK为研究平台，搭建了包括车身垂直，俯仰和侧倾的七自由度非线性整车分析模型，讨论了汽车在随机路面谱激励下，非线性悬架系统对于整车振动的影响，并通过实车试验验证了所分析结果的正确性。论文详细分析了悬架阻尼非线性特性对车身总加权振动加速度均方根值的影响规律，研究结果表明：不同的复原行程阻尼值变化系数nr和压缩行程阻尼值变化系数nc会不同程度的影响整车的振动，较小的变化系数会增大车身总加权振动加速度均方根值，而过大的变化系数对于整车平顺性并无较大改善。研究结果还表明变化系数相同的双向阻尼值变化系数nrc和ncr对整车振动影响很小。所开展的阻尼非线性对车身加权加速度振动响应影响的研究规律研究，考虑了对人体较为敏感的水平振动的影响，对于改善整车平顺性的悬架系统设计有一定的指导作用。
2017, 36(9): 1428-1433.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0919
摘要:
引入SIR粒子滤波算法用于估算电动汽车电池的荷电状态（State of charge，SOC），利用系统状态连续近似分布进行采样的正则化滤波算法解决了SIR粒子滤波算法多样性匮乏问题。结合安时法构建电动汽车电池的状态空间模型，进而对电池模型进行参数辨别，结合SIR粒子滤波算法和改进后的粒子滤波算法在MATLAB中进行实验仿真。仿真结果显示，随着时间的增加，SIR粒子滤波算法估算电池SOC误差会变大，改进后的粒子滤波算法估算电池SOC一直逼近真实值，比SIR粒子滤波算法精度高、适应性更好，为电动汽车电池SOC的估算提供了新思路。
引入SIR粒子滤波算法用于估算电动汽车电池的荷电状态（State of charge，SOC），利用系统状态连续近似分布进行采样的正则化滤波算法解决了SIR粒子滤波算法多样性匮乏问题。结合安时法构建电动汽车电池的状态空间模型，进而对电池模型进行参数辨别，结合SIR粒子滤波算法和改进后的粒子滤波算法在MATLAB中进行实验仿真。仿真结果显示，随着时间的增加，SIR粒子滤波算法估算电池SOC误差会变大，改进后的粒子滤波算法估算电池SOC一直逼近真实值，比SIR粒子滤波算法精度高、适应性更好，为电动汽车电池SOC的估算提供了新思路。
2017, 36(9): 1434-1440.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0920
摘要:
针对巡航系统在弯道行驶路段常出现目标车混乱或丢失的现象，应用扩展卡尔曼滤波理论进行巡航系统前方弯道关键目标识别研究。建立纵向、侧向与横摆的非线性三自由度车辆模型，设计了横摆角速度的扩展卡尔曼滤波器，实现了道路曲率的在线实时估计。建立了弯道关键目标识别模型并给定了关键目标判定依据。采用模糊控制理论，设计了多目标车换道模糊逻辑控制器，预判危险换道车辆，确定了直道行驶的关键目标车。利用MATLAB/Simulink搭建立了三自由度车辆模型的扩展卡尔曼滤波器仿真模块，采用双移线输入实现了车辆横摆角速度与质心侧偏角估计的验证。在Carsim中构建车辆模型、传感器模型及道路模型等仿真环境，实现了与Simulink控制模块的联合仿真，验证了弯道多目标行驶及直道行驶工况下关键目标的准确识别，结果表明：采用扩展卡尔曼滤波理论的弯道目标识别方法能够准确判定弯道关键目标，有效避免系统在弯道路段因目标混乱或丢失而造成的追尾事故。基于模糊控制理论的关键目标模糊判别方法可预判直道行驶危险换道车辆并准确识别关键目标。
针对巡航系统在弯道行驶路段常出现目标车混乱或丢失的现象，应用扩展卡尔曼滤波理论进行巡航系统前方弯道关键目标识别研究。建立纵向、侧向与横摆的非线性三自由度车辆模型，设计了横摆角速度的扩展卡尔曼滤波器，实现了道路曲率的在线实时估计。建立了弯道关键目标识别模型并给定了关键目标判定依据。采用模糊控制理论，设计了多目标车换道模糊逻辑控制器，预判危险换道车辆，确定了直道行驶的关键目标车。利用MATLAB/Simulink搭建立了三自由度车辆模型的扩展卡尔曼滤波器仿真模块，采用双移线输入实现了车辆横摆角速度与质心侧偏角估计的验证。在Carsim中构建车辆模型、传感器模型及道路模型等仿真环境，实现了与Simulink控制模块的联合仿真，验证了弯道多目标行驶及直道行驶工况下关键目标的准确识别，结果表明：采用扩展卡尔曼滤波理论的弯道目标识别方法能够准确判定弯道关键目标，有效避免系统在弯道路段因目标混乱或丢失而造成的追尾事故。基于模糊控制理论的关键目标模糊判别方法可预判直道行驶危险换道车辆并准确识别关键目标。
2017, 36(9): 1441-1446.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0921
摘要:
利用无网格伽辽金法（Element-free galerkin，EFG）建立了发动机复合材料连杆的传热计算模型，推导了正交各向异性结构的无网格法传热控制方程，通过复合材料平板验证了该模型对混合边界条件传热问题有很好的适应性。利用EFG法计算了不同各向异性因子的复合材料连杆的温度场，并讨论了EFG节点数对精度的影响。结果表明，EFG法的温度计算精度比有限元法高，且各向异性因子小于1时能较好地改善连杆小头的温度场分布，连杆设计时宜选择横向导热系数比纵向大的复合材料。
利用无网格伽辽金法（Element-free galerkin，EFG）建立了发动机复合材料连杆的传热计算模型，推导了正交各向异性结构的无网格法传热控制方程，通过复合材料平板验证了该模型对混合边界条件传热问题有很好的适应性。利用EFG法计算了不同各向异性因子的复合材料连杆的温度场，并讨论了EFG节点数对精度的影响。结果表明，EFG法的温度计算精度比有限元法高，且各向异性因子小于1时能较好地改善连杆小头的温度场分布，连杆设计时宜选择横向导热系数比纵向大的复合材料。
2017, 36(9): 1447-1451.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0922
摘要:
针对无线充电技术在电动汽车中的应用，提出了一种新型电力发射系统的设计方法。以矩形线圈和螺旋线圈为研究对象，最终确定采用复合绕组为最佳方案。通过计算单位面积互感系数得到磁通量密度，选择最优匝数和节距以形成均匀磁场，并且运用有限元分析获得发射端偏移容差的性能评估，从而使感应电能传输得到有效提升。模拟出所设计发射端的磁通量密度分布模式，所得结果与预先设计的计算值基本一致。复合结构发射端中，螺旋绕组使用非统一节距时，尽管发射端边缘处磁通量密度不可避免地有所下降，但其它大部分充电区域的磁通量密度仍保持均匀。
针对无线充电技术在电动汽车中的应用，提出了一种新型电力发射系统的设计方法。以矩形线圈和螺旋线圈为研究对象，最终确定采用复合绕组为最佳方案。通过计算单位面积互感系数得到磁通量密度，选择最优匝数和节距以形成均匀磁场，并且运用有限元分析获得发射端偏移容差的性能评估，从而使感应电能传输得到有效提升。模拟出所设计发射端的磁通量密度分布模式，所得结果与预先设计的计算值基本一致。复合结构发射端中，螺旋绕组使用非统一节距时，尽管发射端边缘处磁通量密度不可避免地有所下降，但其它大部分充电区域的磁通量密度仍保持均匀。
2017, 36(9): 1452-1457.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0923
摘要:
针对压气机叶栅角区流动易分离的特点，提出一种在叶栅前缘安装小叶片来抑制角区分离的新型流动控制方法。在利用叶栅试验数据确认数值模拟的可靠性后，对不同攻角下安装小叶片前后叶栅的流场特性进行了数值研究。结果表明：在-6°到9°攻角范围内小叶片改善了扩压叶栅的气动性能，使得总压损失减小，静压升增大。小叶片能使叶栅角区前缘分离点后移，角区分离线后的反流区面积减小，改善了角区流动；更多的流体汇聚到中间叶高，增强叶中部载荷，提高了叶栅的扩压能力。
针对压气机叶栅角区流动易分离的特点，提出一种在叶栅前缘安装小叶片来抑制角区分离的新型流动控制方法。在利用叶栅试验数据确认数值模拟的可靠性后，对不同攻角下安装小叶片前后叶栅的流场特性进行了数值研究。结果表明：在-6°到9°攻角范围内小叶片改善了扩压叶栅的气动性能，使得总压损失减小，静压升增大。小叶片能使叶栅角区前缘分离点后移，角区分离线后的反流区面积减小，改善了角区流动；更多的流体汇聚到中间叶高，增强叶中部载荷，提高了叶栅的扩压能力。
2017, 36(9): 1458-1463.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0924
摘要:
提出一种三转动自由度冗余驱动飞行模拟器。在3-RRR球面并联机构的基础上，通过球面平行四边形机构的引入而实现冗余驱动，从而克服电机驱动相对于液压驱动功率相对较小的缺点。将一般3-RRR球面并联机构的参数进行变化，从而设计出体积相对较小的运动机构。利用空间球面解析理论建立了各支链的方向余弦，在方向余弦建立的基础上给出机构的雅可比矩阵。利用支链夹角不变原理建立了机构的约束方程，进行了运动学反解分析。考虑球面平行四边形冗余驱动支链的干涉情况，根据向量叉积定理计算得出了输入转角范围，并通过一种数值正解算法计算得到机构给定输入参数的工作空间。分析结果表明，在给定特定结构参数的情况下，所提出的飞行模拟器具有转角大的优点，远远大于传统的Stewart机构，从而为飞行模拟器的实际应用提供一种新的选择。
提出一种三转动自由度冗余驱动飞行模拟器。在3-RRR球面并联机构的基础上，通过球面平行四边形机构的引入而实现冗余驱动，从而克服电机驱动相对于液压驱动功率相对较小的缺点。将一般3-RRR球面并联机构的参数进行变化，从而设计出体积相对较小的运动机构。利用空间球面解析理论建立了各支链的方向余弦，在方向余弦建立的基础上给出机构的雅可比矩阵。利用支链夹角不变原理建立了机构的约束方程，进行了运动学反解分析。考虑球面平行四边形冗余驱动支链的干涉情况，根据向量叉积定理计算得出了输入转角范围，并通过一种数值正解算法计算得到机构给定输入参数的工作空间。分析结果表明，在给定特定结构参数的情况下，所提出的飞行模拟器具有转角大的优点，远远大于传统的Stewart机构，从而为飞行模拟器的实际应用提供一种新的选择。
2017, 36(9): 1464-1471.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0925
摘要:
为实现航天器载荷的高精高稳控制，研究了航天器微振动一体化集成建模与控制方案。首先，根据航天器典型微振动源构建航天器本体微振动的动力学与控制集成模型，并对其进行姿态控制仿真。然后进一步构建包含载荷-本体隔振界面的航天器微振动集成动力学与控制模型，为比较分析被动控制隔振与主被动控制隔振，分别仿真了对载荷被动隔振以及主被动混合隔振两种方案下的姿态控制。结果证实主被动控制混合隔振可有效提高载荷姿态精度和稳定度2个数量级，实现了航天器载荷的高精度高稳定度控制。
为实现航天器载荷的高精高稳控制，研究了航天器微振动一体化集成建模与控制方案。首先，根据航天器典型微振动源构建航天器本体微振动的动力学与控制集成模型，并对其进行姿态控制仿真。然后进一步构建包含载荷-本体隔振界面的航天器微振动集成动力学与控制模型，为比较分析被动控制隔振与主被动控制隔振，分别仿真了对载荷被动隔振以及主被动混合隔振两种方案下的姿态控制。结果证实主被动控制混合隔振可有效提高载荷姿态精度和稳定度2个数量级，实现了航天器载荷的高精度高稳定度控制。
2017, 36(9): 1472-1476.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0926
摘要:
采用实验方法确定了某型航空液压管道带垫卡箍的等效刚度并研究了管径、温度对刚度的影响。利用带温度箱的电子拉力试验机，测定了不同管径的单点固定带垫卡箍在不同温度（-50 ℃~125 ℃）下的等效刚度。研究表明：卡箍Y方向的等效刚度约为X方向等效刚度的1/4；室温环境中，卡箍管径从6 mm增加到12 mm，卡箍X方向等效刚度下降33.6%，卡箍Y方向等效刚度下降了49.6%；卡箍刚度对环境温度十分敏感，随着温度升高，不同管径卡箍刚度均有大幅下降，当温度高于80 ℃时卡箍夹紧力降低，并出现打滑现象。最后，建立了考虑温度场变化的卡箍细节有限元接触模型，利用该模型计算了不同影响因素下的卡箍刚度，预测结果与试验数据吻合良好。
采用实验方法确定了某型航空液压管道带垫卡箍的等效刚度并研究了管径、温度对刚度的影响。利用带温度箱的电子拉力试验机，测定了不同管径的单点固定带垫卡箍在不同温度（-50 ℃~125 ℃）下的等效刚度。研究表明：卡箍Y方向的等效刚度约为X方向等效刚度的1/4；室温环境中，卡箍管径从6 mm增加到12 mm，卡箍X方向等效刚度下降33.6%，卡箍Y方向等效刚度下降了49.6%；卡箍刚度对环境温度十分敏感，随着温度升高，不同管径卡箍刚度均有大幅下降，当温度高于80 ℃时卡箍夹紧力降低，并出现打滑现象。最后，建立了考虑温度场变化的卡箍细节有限元接触模型，利用该模型计算了不同影响因素下的卡箍刚度，预测结果与试验数据吻合良好。
