4月1日：《机械工程学报》2019年第18期最受关注论文推荐学术资讯

来源：机械工程学报

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基于纵向力伪测量的分布式驱动电动汽车行驶状态估计

江苏大学汽车与交通工程学院陈特等针对精确可靠的状态估计是车辆主动安全控制的必要因素之一,提出一种纵、横向加速度传感器信息缺失情况下的车辆状态补偿估计方法。建立了3自由度车辆模型与轮胎模型,提出电驱动轮模型并将其应用到纵向力估计中,考虑电驱动轮模型含有噪声和未知输入,通过模型解耦的方式得到了纵向力重构方程,并基于伦伯格观测器和高阶滑模观测器实现纵向力估计。将纵向力估计作为伪量测值,设计了一种传感器信息不足情况下的补偿估计方法,并基于强跟踪滤波实现车辆状态估计。联合仿真结果表明,所设计的纵向力观测器针对含未知输入和干扰的系统能够实时估计纵向力,采用补偿和强跟踪结合的方式能够有效提高估计精度。考虑估计方法的实车表现,进行了台架和道路测试,台架试验结果表明纵向力观测器估计精度达到了91.3%,道路试验结果表明STF相比EKF对纵向车速、侧向车速以及横摆角速度的估计精度分别提高了14.03%,15.02%和16.58%。

用于管道变形检测的新型泡沫智能清管器设计与试验验证

中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院熊毅等针对石油天然气管道完整性管理应用中,现有智能清管器通过性较差,聚氨酯泡沫清管器无法实现智能检测的问题,提出将力传感器搭载在泡沫清管器上,设计一种既能对管道进行变形检测又具备泡沫清管器良好通过性的新型泡沫智能清管器。通过力学性能理论分析和标定装置的试验验证发现:该泡沫清管器能感应管道变形数据,在变形量小于1/2传感器埋深时变形检测结果呈良好线性关系;采用内外层密度相同的清管器结构检测灵敏度不受传感器初始位置影响,可增加传感器埋深提升系统可靠性;采用内高外低的清管器结构可以通过减小传感器埋深和增大内层泡沫密度提升检测灵敏度,但应注意结构改变对检测系统可靠性的影响。该新型泡沫清管器可以实现变形的快速检测和定位,减少前期清管次数,节省成本;同时由于泡沫清管器的良好通过性,可以提升清管作业的安全性。

喷嘴出口结构参数对风琴管射流空化作用的影响

北京科技大学机械工程学院蔡腾飞等认为风琴管射流的空化作用虽由其振荡特性诱发,但受制于其出口结构,出口结构对空化作用的影响一直被忽视。首先从射流空化作用机理出发,分析风琴管喷嘴出口边界层流动特性,揭示喷嘴出口结构与空化作用的内在联系。基于水声学原理,采用噪声信号分析法研究了相同空化数下出口结构参数对风琴管射流空化作用的影响,探究不同空化数下出口结构参数对射流空化作用的影响规律。试验结果表明,流道长度L1、扩口长度L2及扩口角度θ等喷嘴出口结构参数对射流空化作用效果均产生显著影响,L1仅对射流空化作用产生直接影响,L2仅对射流空化作用产生间接影响,而θ对射流空化作用产生双重影响;L1、L2及θ对射流空化作用的影响具有明显的规律性,均存在合理的取值范围,在该范围内射流空化作用效果较佳。风琴管射流的高频振荡特性只是自振射流发生空化作用的前提条件,而喷嘴的出口结构在一定程度上决定着自振射流的实际空化作用效果。

探花

用于航空发动机的光纤F-P温度传感器及其信号解调系统研究

西安交通大学高端制造装备协同创新中心林启敬等指出光纤F-P温度传感器具有结构稳定、精度高、体积小、抗电磁干扰、质量轻和成本低等优点,在航空发动机高温测量领域具有重要的潜在应用。针对航空发动机的高温工况,利用多光束干涉原理设计了光纤F-P传感器,并通过端面检测、显微测量等手段完成了光纤F-P温度传感器的制备。针对传统光谱仪解调系统昂贵,解调速度慢的不足,以F-P滤波器和DSP为核心设计了传感器的信号解调系统,克服了传统光谱仪解调的局限性;进行了解调系统的硬件设计,完成了光电转换放大电路的原理设计、仿真分析和电路制作,实现了解调系统的初步搭建。在高控温精度的高温炉中采用标准热电偶对制备完成的传感器进行标定,结果表明:在30～1000℃温度范围内,传感器的温度响应灵敏度为0.012 nm/℃,线性度为0.996。

榜眼

工程系统服役质量指数和性能评价指标体系：文献综述

长沙理工大学汽车与机械工程学院蒋仁言为了对工程系统的运行和维修实施有效的管理,需要对系统关键性能指标进行定量评价和监控。通常,系统全局性能由一个多层级结构的指标体系所描述。层级结构的底层是一列可直接观测的参数或变量,中间层是合成的指标,顶层是服役质量指数或类似的术语(如健康指数)。为明确服役质量指数和性能评价指标体系的含义和用途,完成一个关于质量指数和指标体系的文献综述,并讨论与之相关的研究课题。研究发现,质量指数是一个或多个用于描述系统健康状态的全局的、综合的性能指标,导出质量指数的方法是多准则分析;指标体系和质量指数的主要用途包括性能评估、监控或监管、问题追踪和运维决策。不同于在线监控和故障诊断,基于质量指数的性能监测与追踪通常是周期地完成的,适合于复杂工程系统的整体性能监控和中长期管理。文中所述评的方法和典型案例对复杂工程系统的监管和运维管理具有借鉴作用和参考价值。

状元

高速动车组齿轮传动系统振动特性

北京交通大学机械与电子控制工程学院孙刚等基于齿轮传动系统是高速动车组传递动力的关键结构,对车辆运行安全性和结构振动及其受载特性有重要影响,研究高速列车传动系统的动力学性能对提升高速动车组技术、提高车辆系统稳定性和安全性等具有重要意义。采用有限元法、自由度缩减理论以及多体动力学理论,建立了包含齿轮传动系统振动的国内某型高速动车组刚柔耦合系统动力学模型。模型中,车体和轮对处理为刚体,构架和齿轮副处理为弹性体。在验证模型齿轮副啮合特性基础上,研究了多种工况下传动系统的动力学性能及其与车辆系统主要部件之间的动态相互作用,获得了传动系统载荷及其对车辆系统主要部件振动的影响特性。结果表明,轨道激扰和车辆运行速度对传动系统振动有明显影响,传动系统振动对构架、齿轮箱以及电动机振动等有一定的影响。建立的高速车辆-传动系统耦合振动模型,突破了传统轨道车辆动力学模型模式,对深入研究高速动车组传动系统振动特性具有重要作用。