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1. 基于变论域的高速行驶智能汽车模糊模型预测控制方法研究

何洋, 李刚, 余孝楠

中国机械工程 2025, 36 (03): 604-613. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.024

摘要（26）

PDF（pc）（6214KB）（11）

为提高高速行驶智能汽车的轨迹跟踪能力和行驶稳定性，提出一种变论域模糊模型预测控制（VUFMPC）方法。在传统的智能汽车模型预测控制（MPC）方法基础上，将输出误差及其变化率作为输入，误差权重和控制增量的调整因子作为输出，建立模糊模型预测控制器（FMPC）。针对模糊论域无法自适应调整的问题，引入变论域模糊控制(VUFC)方法，根据输出误差自适应调整FMPC的论域。采用硬件在环试验方法进行对比分析。试验结果表明：相较于MPC和FMPC，VUFMPC的最大跟踪误差减小78.8%和53.6%，均值误差减小38.1%和31.6%，横向速度优化量分别为52.3%~50.7%和33.5%~ 30.9%。VUFMPC使高速行驶的智能汽车轨迹跟踪误差更小，行驶更稳定。

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2. 考虑结晶器在线调宽浇次计划的改进蚁群算法

李毅仁1, 2, 王柏琳1, 2, 袁帅鹏1, 2, 李铁克1, 2, 王阳1, 2

中国机械工程 2025, 36 (03): 614-622，633. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.025

摘要（13）

PDF（pc）（2976KB）（7）

针对炼钢连铸调度中的浇次计划编制问题，结合结晶器在线调宽技术，以最小化加权成本（包括浇次间炉次切换成本、连铸机停机成本和结晶器在线调宽成本）为目标对传统模型进行改进，建立了新的浇次计划编制模型。同时，借鉴车辆路径问题的优化思路构建了改进的蚁群算法，算法设计了节点排序规则和节点选择规则，并引入奖惩因子和分位参数提高搜索广度和适应性。最后，利用实际生产数据验证了模型及算法的有效性。

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3. 以动态尺寸为表征的动态座椅综合运动模型研究

王金1 , 张旭伟1, 陈剑平2, 张莉莉2

中国机械工程 2025, 36 (03): 623-633. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.026

摘要（14）

PDF（pc）（5755KB）（7）

动态座椅是干预久坐不适的重要手段，其中动态座椅的综合运动模型对干预效果具有重要意义。为提升动态座椅的干预效果，开展了以动态尺寸为表征的动态座椅综合运动模型研究。开发座椅动态尺寸构建方法，一是利用可调节座椅，采集用户的舒适座椅尺寸；二是基于不同体型用户的舒适座椅尺寸差异，拟合不同体型群体的舒适座椅尺寸在时间维度上的变化趋势，从而构建动态尺寸。以乘客座椅为例，利用7个相互关联的座椅支撑性能尺寸构建动态座椅综合运动模型，采用被试内实验评估动态尺寸降低久坐不适的功效。结果显示，座高、靠背倾角、腰靠高度、腰靠厚度、颈靠厚度均具有一组动态尺寸，而座板倾角包含三组动态尺寸，颈靠高度包含两组动态尺寸，它们能够显著降低关键人体部位和整体的久坐不适。

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4. 虑及刚度特性的管内机器人高精度焊缝打磨方法

王永青, 艾靖超, 李特, 兰天, 刘海波

中国机械工程 2025, 36 (02): 351-358,368. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.02.018

摘要（40）

PDF（pc）（7607KB）（16）

针对管内机器人高精度加工难题，以管内焊缝余高修整打磨为例，提出了一种虑及刚度特性的管内机器人高精度磨削方法。首先基于轮式管内加工机器人建立了考虑气动支撑装置刚度特性的有限元仿真模型，获得了不同加工载荷和位姿下的变形关系；然后建立了基于高度特征的焊缝识别方法，采用三次B样条模型建立了焊缝母线参数方程，从而提出了融合刚度补偿量的加工轨迹点生成方法；最后通过机器人样机实验验证了所提方法对于管内焊缝打磨的有效性。结果表明：该方法可将约1 mm的焊缝余高精确修整至0.2 mm以内，加工后焊缝平均余高与设计余高的误差不超过5%，能够实现焊缝高精度加工。

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5. 采煤机移动软电缆机械特性研究

赵丽娟1, 2, 白忠健1, 谢波3, 林国聪1, 王天翔1, 高峰3, 刘子峰3

中国机械工程 2025, 36 (02): 359-368. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.02.019

摘要（54）

PDF（pc）（12228KB）（18）

为研究采煤机电缆的机械特性，构建了MCP-0.66/1.14 3*95+1*25型电缆的实体模型并依据电缆实际运动状态设计了一种电缆弯曲装置。通过拉伸试验得到电缆股线的材料参数作为数值模拟的初始条件，并对不同成缆节径比、捻制方向及控制单元截面积的电缆进行数值模拟。结果表明：电缆受力随着成缆节径比的增大而增大，考虑制造成本与机械特性，该型电缆成缆节径比为6时更优；以R为右向、L为左向捻制进行捻制描述，不同捻制方向下电缆所受应力从大到小依次为RLR、RRL、RLL、RRR，而三层同向捻制工作时容易出现散股的情况，故RLL捻制时电缆的机械特性最佳；控制单元导体在直线移动阶段，疲劳寿命随着截面积的增大而增大；在弯曲阶段，疲劳寿命随着截面积的增大而减小。通过弯曲试验机对电缆进行弯曲试验，试验结果与仿真分析结果基本一致，验证了数值模拟的准确性。研究结果为电缆复杂的绞合结构设计与分析提供了新的思路，并为提高电缆机械性能和使用寿命提供了理论支撑。

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6. 重载列车紧急制动过程踏面轮廓变化定量预测

宋剑锋1, 时迎港2, 3, 黄伟建3, 赵琰淞3, 董永刚1

中国机械工程 2025, 36 (02): 369-379. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.02.020

摘要（52）

PDF（pc）（11720KB）（24）

为了定量预测车轮踏面轮廓形貌变化，利用ABAQUS软件完成热机械耦合有限元仿真，求解制动过程中的踏面瞬态温度分布、硬度分布以及热弹、塑性应变；基于Archard磨损模型，利用Fortran语言对ABAQUS子程序进行二次开发，在此基础上采用ALE技术和Umeshmotion子程序求解有限元模型中车轮踏面的磨损深度动态变化。最后综合塑性变形和磨耗的影响，得到冷却至室温后踏面形貌的变化。结果表明：由于踏面塑性变形和轮轨磨损影响轮瓦接触状态，轮瓦磨损和轮轨磨损综合作用下磨损区域呈台阶状；在轴重25 t、初速度100 km/h、制动距离600 m的工况下，由于塑性变形和轮轨磨损的综合作用，轮轨接触斑中心最大凹陷深度约16 μm，轮轨接触斑边缘凸起约5 μm。

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7. 电力动车组变刚度转臂节点的半主动控制

李旭阳, 代亮成, 池茂儒, 赵明花, 周荻

中国机械工程 2025, 36 (01): 160-167,176. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.017

摘要（69）

PDF（pc）（9071KB）（31）

为抑制电力动车组运行中由异常轮轨匹配产生的车体晃动，提出一种采用半主动转臂节点代替被动式转臂节点的解决方法。设计了具有两级刚度特性的半主动转臂节点并建立其力学模型，推导了具有可变惯性通道的半主动转臂节点复刚度表达式，并通过台架试验验证了力学模型的准确性。基于半主动转臂节点控制策略，建立了半主动转臂节点与车辆动力学的联合仿真模型，分析了不同轮轨匹配状态下半主动转臂节点对车辆动力学性能的影响。结果表明：在低等效锥度轮轨匹配状态下，半主动转臂节点能有效衰减一次蛇行对应速度区间内车体大幅值、低频的横向振动，显著减小车体横向加速度主频处的幅值；正常轮轨匹配状态下，与搭载传统被动转臂节点的车辆相比，搭载半主动转臂节点的车辆有更优的曲线通过能力和更高的临界速度。

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8. 基于人机耦合模型和肌电实验的单轨吊车司机生物力学分析

辛运胜1, 2, 金泓懿1, 张丽莉2, 宁振兵2, 白伟1, 董青1

中国机械工程 2025, 36 (01): 168-176. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.018

摘要（59）

PDF（pc）（7825KB）（23）

针对单轨吊车井下运输的工作环境易导致司机驾驶疲劳的问题，提出了基于生物力学仿真和表面肌电实验的驾驶员操作舒适性分析方法。通过Anybody构建了驾驶员操作系统生物力学耦合模型，并对驾驶员操作过程中的疲劳特性进行了量化分析，结果表明：肱二头肌的肌肉激活度均值为0.171，肌肉力最大为106.9 N；腓肠肌的肌肉激活度为0.288，肌肉力最大为235.6 N；司机下肢整体疲劳程度大于上肢。肌电实验验证了仿真数据的准确性，相对误差小于15%，相关系数均超过0.966（P＜0.05）。

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9. 基于多维级联知识抽取的核电建造经验反馈图谱研究

李池璐1, 熊世权1, 雷玮剑2, 刘疏桐1, 李英敏2, 易茜1, 易树平1

中国机械工程 2025, 36 (01): 177-189. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.019

摘要（75）

PDF（pc）（20500KB）（22）

针对核电装备建造过程中经验反馈时效性弱、各参与方对经验知识认知不统一、经验反馈知识复用率低等问题，将经验知识化，构建统一的经验反馈图谱。分析了经验反馈信息的特征，构建了经验反馈关键知识域结构与图谱框架；提出的多维信息感知模型和改进PCNN关系抽取模型在核电企业数据集上取得了良好效果，并基于Neo4j图数据库生成了经验反馈图谱。研究结果表明该方法可完成核电产品的隐性知识深层次检索，辅助核电专业技术与管理人员快速解析、传递经验反馈知识，实现核电建造经验反馈沉淀应用模式从以文档为中心向以知识为中心的转变。

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10. 硬质颗粒参数对列车增黏撒砂喷射行为的影响

岳子恒, 张沭玥, 叶浩, 丁昊昊, 郭俊, 王文健, 刘启跃

中国机械工程 2024, 35 (11): 2054-2062. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.017

摘要（134）

PDF（pc）（7438KB）（30）

为研究颗粒参数对列车增黏撒砂喷射行为的影响，利用可视化检测技术开展不同颗粒粒径、形状和密度下喷射行为试验，分析各因素对喷射速度、扩散角度的影响权重，探究不同颗粒在撒砂装置内部运动特征及影响机理。研究结果表明：随着颗粒粒径、密度的增大，颗粒喷射速度和扩散角度均逐渐减小，不规则颗粒的扩散角度普遍大于近圆形颗粒的扩散角度；喷射速度显著影响因素权重(从大至小)为：粒径、密度；扩散角度显著影响因素权重(从大至小)为：形状、粒径；颗粒粒径和密度与所受气固耦合力成正比，与初始时刻颗粒加速度成反比，不规则颗粒的碰撞次数高于近圆形颗粒的碰撞次数；根据耦合力和动能的变化规律将颗粒运动特征分为加速和稳定两个阶段，初始时刻颗粒加速决定颗粒在稳定阶段所获动能大小。

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11. 核安全级DCS设备危险频率下的电接触摩擦学特性

王东伟, 李发强, 赵阳, 黄起昌, 汪凡雨, 刘滨

中国机械工程 2024, 35 (11): 2063-2070. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.018

摘要（97）

PDF（pc）（21132KB）（19）

为研究核安全级分布式控制系统（DCS）设备中的电接触摩擦学特性，对核安全级DCS设备的危险频率进行了评估。建立了一套球面电接触摩擦学试验装置，在危险频率下进行了一系列载流摩擦学试验，探索不同电流作用下界面摩擦磨损特性。研究结果表明，核安全级DCS设备的危险频率为12 Hz；在该频率下，随着输入电流从1 A增大至3 A，摩擦因数呈现先减小后增大的趋势；在大电流作用下，电接触达到失效的时长显著增长；电接触界面表现出划痕、颗粒、微裂纹、磨屑堆积和磨屑飞溅等5种特征；虽然接触区域存在一定的氧化产物，但是只要有足够多的接触区域实现导电通路，界面依然能够保持良好的电接触状态。

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12. 永磁直驱带式输送机模糊自抗扰偏差耦合多电机控制策略

张磊1, 鲍久圣1, 郝建伟1, 杨小林2, 阴妍1, 魏春基1, 王雷1, 葛世荣3

中国机械工程 2024, 35 (11): 2071-2081. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.019

摘要（144）

PDF（pc）（2504KB）（43）

针对煤矿井下带式输送机传统异步电机驱动系统存在的传动效率低、耗电量高、重载启动性能差以及多电机运行不同步等问题，提出了基于模糊自抗扰偏差耦合控制策略的多电机永磁直驱带式输送机。在此基础上开展了模糊自抗扰偏差耦合控制策略仿真试验与井下运输顺槽带式输送机现场工业性试验，结果表明：相较于传统主从控制，基于模糊PI自抗扰偏差耦合控制策略的带式输送机多电机永磁直驱系统，在额定负载下多台电机之间的最大转速不同步度最小仅为0.04%，同步性能最大可提高99.7%；而在现场动态落煤工况试验中，最大转速不同步度仅为2%，能够满足长距离重载带式输送机的零速重载启动要求，可显著提高带式输送机多电机驱动系统的同步性能与抗干扰能力。

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13. 基于可变阶陷波算法的混合动力汽车阶次噪声主动控制

周雪莲1, 贺岩松1, 苏宏健2, 林伟雄2, 郭林2, 傅小宇1

中国机械工程 2024, 35 (11): 2082-2089. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.020

摘要（211）

PDF（pc）（5720KB）（43）

针对混合动力汽车发动机多工作转速下阶次丰富且变化所导致的并联加速工况主动降噪效果下降问题，提出了一种可变阶陷波FxLMS算法，并建立相应的多通道发动机噪声主动控制系统。在MATLAB/Simulink中针对某七座混动MPV车搭建多通道发动机噪声主动控制仿真模型，使用实车声学路径、各工况车内噪声及发动机转速信号，对两种陷波FxLMS算法进行降噪仿真和比较，仿真结果表明，可变阶陷波FxLMS算法可以针对各充电转速点特定的阶次进行降噪，相比于传统的陷波FxLMS算法，主驾及第三排左、右耳4个位置处的总体降噪量分别提高了28.5%、60%、50%及50%。通过实车试验验证了在70~100 km/h加速工况下采用可变阶陷波FxLMS算法的发动机主动噪声控制系统的降噪效果，该系统对2阶、5阶、5.5阶、6阶、6.5阶、7阶和8阶的发动机噪声均表现出良好抑制作用。

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14. 数据驱动的混凝土泵车臂架疲劳载荷谱编制

李鹏1, 2, 3, 4, 王一棠1, 4, 王佳茜2, 3, 周佩泉2, 3, 杨亮亮1, 4, 宋学官1, 4, 郑跃滨5, 6

中国机械工程 2024, 35 (10): 1881-1889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.018

摘要（142）

PDF（pc）（14091KB）（68）

为对混凝土泵车进行疲劳分析，利用大数据分析技术，提出了一种数据驱动的混凝土泵车臂架疲劳载荷谱编制方法。通过分析臂架倾角和夹角定义了混凝土泵车典型作业姿态。根据所选取的典型作业姿态进行载荷信息采集，并对采集到的原始信号进行了数据预处理，以提高数据质量，令之后的疲劳载荷谱编制更具可靠性。采用参数法对测试载荷谱的幅值分布进行了参数估计和外推，以获得全寿命周期下的载荷谱，并用强化后载荷谱进行了疲劳验证。通过对300多台某型号混凝土泵车所采集到的大量数据进行试验验证了所提方法的可靠性和工程实用性。该研究成果为混凝土泵车多关节臂架结构疲劳载荷谱编制提供了参考。

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15. 计及叶轮不平衡的差动调速风电机组变桨距控制

张文华1, 尹文良1, 张祯滨2, 刘琳3, 彭克1

中国机械工程 2024, 35 (10): 1890-1899. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.019

摘要（124）

PDF（pc）（8938KB）（52）

为保证差动调速型风电机组在全风速区间内运行的能量效率及稳定性，在考虑叶轮不平衡、风剪切及塔影效应的影响下，提出了一种基于径向基（RBF）神经网络的滑模变结构控制（SMVSC）方法，以完成差动调速型风力机桨距的准确、快速调节。该方法将滑模误差引入其控制的自适应率中，通过在线调整RBF神经网络的权值和中心值来有效地抑制抖振效应。搭建了1.5 MW差动调速型风电机组仿真模型，在利用物理试验平台对仿真模型进行原理验证后，对所提RBF-SMVSC方法的控制效果进行了对比验证。研究结果表明：相较于PI和传统滑模控制独立变桨方法，在不同的风速条件下，所提控制方法不仅可以更加快速、精确地调节风力机转速和功率输出，还可以有效提高机组的能量捕获效率，减小不平衡载荷。

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16. 基于机器视觉的汽车车门三维定位引导

那一鸣1, 胡超1, 邱业余2, 卢礼兵2, 宋凯1

中国机械工程 2024, 35 (09): 1677-1687. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.018

摘要（191）

PDF（pc）（13731KB）（89）

目前车间中常通过预先示教机械臂运动轨迹的方式对夹具上位姿固定的零部件进行引导抓取，存在人机工程性差且智能化程度较低等问题。机器视觉作为非接触感知测量的有效手段已在工业场景中有所应用。基于单目视觉位姿测量技术建立多相机n点透视定位模型和机械臂引导模型，实现了对零部件的空间感知和引导抓取。提出一种用于补偿机械臂和视觉模块系统误差的多零位锚点的预标定方法，有效减小了大尺寸零部件的定位引导误差。

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17. 基于自适应有限时间控制策略的高分辨率显微镜运动控制

余胜东1, 2, 3, 李小鹏1, 2, 杨思朋2, 吴鸿源1, 2, 胡文科1, 2, 蔡博凡1, 2, 马金玉3

中国机械工程 2024, 35 (09): 1688-1697. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.019

摘要（118）

PDF（pc）（11757KB）（48）

针对大数值孔径显微成像技术对物镜位移台提出的长行程、高精度和大负载的要求，提出了一种非线性鲁棒运动控制策略以实现物镜位移台的精密运动。设计了大数值孔径显微镜的光路系统、虚拟样机以及由滚珠丝杠驱动的物镜位移台，采用双螺母预紧的方式消除滚珠丝杠传动间隙。将自适应技术引入非奇异终端滑模控制，实现系统状态的有限时间收敛，提高系统鲁棒性。针对滚珠丝杠传动机构内部的非线性摩擦效应，采用时延估计技术实现摩擦力的在线估计和实时补偿，将时延估计技术和自适应非奇异终端滑模控制相结合获得无模型控制特性。通过Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性。搭建了一个高分辨率的光学显微镜，实现物镜位移台的精密运动，采集到小鼠心肌细胞的显微图像，证明了所提算法的有效性。

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18. 基于增广卡尔曼滤波器的时域传递路径分析方法

朱雨1, 何智成1, 赵亮2

中国机械工程 2024, 35 (09): 1698-1709. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.020

摘要（134）

PDF（pc）（20105KB）（46）

时域传递路径分析方法用于解决瞬态工况下复杂系统振动噪声问题不仅未能解决自然频率附近频响函数矩阵的病态问题，而且利用现有频域信息转换提取得到的所需时域信息精度较低，因此提出一种基于增广卡尔曼滤波器的时域传递路径分析方法。该方法采用增广卡尔曼滤波器辅以遗传算法估计时域工况载荷，通过最小二乘算法辨识单位脉冲响应函数，将时域工况载荷和对应的单位脉冲响应函数进行线性卷积以计算各传递路径的时域贡献量。算例表明，所提方法采用的增广卡尔曼滤波器载荷识别误差小于传统方法的去卷积滤波器所识别载荷的误差，最小二乘算法辨识的单位脉冲响应函数误差小于对频响函数直接进行快速逆傅里叶变换或者构造有限单位脉冲响应滤波器的误差，且所提方法在复杂结构上也同样具有较小的误差。

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19. 基于离合器滑摩扭矩估计的并联式气电混合动力船舶模式切换控制

彭程, 陈俐, 傅圣来

中国机械工程 2024, 35 (08): 1489-1497. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.017

摘要（137）

PDF（pc）（9571KB）（56）

在并联式气电混合动力船舶由纯电到混动的模式切换过程中，需要通过离合器的滑摩作用来完成动力的耦合，然而离合器滑摩扭矩具有很大的不确定性，导致其名义值偏离实际值，使得基于名义值的模式切换控制失效，造成传动轴系冲击。针对上述问题，提出了一种基于离合器滑摩扭矩估计的模式切换控制方法。采用扰动观测器与未知输入观测器结合的方式实现了离合器滑摩扭矩的估计，并基于估计值设计了驱动电机以及天然气发动机扭矩控制律。仿真与台架试验结果表明，所提的离合器滑摩扭矩估计方法有较好的估计效果，基于估计值的模式切换控制策略能够有效减小轴系冲击。

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20. 基于自适应闭环反馈的高空车臂架避障控制研究

黄毅, 胡明, 汤麒英, 郭金梦, 张金来, 任广安

中国机械工程 2024, 35 (08): 1498-1508. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.018

摘要（132）

PDF（pc）（5833KB）（56）

针对改进梯度投影法在混合式高空作业车应用中出现的速度、轨迹不连续以及避障过程中末端速度突变等问题，提出了一种基于自适应闭环反馈的高空车臂架避障控制算法。对改进梯度投影法进行优化，实现了存在伸缩臂的高空车臂架与末端的速度、轨迹连续的运动控制。采用伪距离描述臂架与障碍物的接近程度，对传统避障速度算法进行优化，并提出一种自适应闭环反馈方法，将反馈权重与伪距离相关联，使反馈权重自适应变化。所提算法在保证末端轨迹精度的同时大大改善了臂架关节在避障过程中的速度突变。仿真及半物理实验结果表明，相较于传统方法，所提方法速度变幅大大减小且轨迹更加平滑，实现了多障碍物避障与同一障碍物多次避障。

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21. 基于位敏传感器的对中监测系统

郭丰泽, 杨博, 戎志祥, 杨俊曼, 冯熠硕

中国机械工程 2024, 35 (08): 1509-1519. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.019

摘要（141）

PDF（pc）（12718KB）（70）

为了实时掌握柴油机动力装置的对中状态，设计了一种基于位敏传感器的对中监测系统。首先提出了基于位敏传感器的位姿变化测量方法，形成包含位姿变化的非线性方程组，通过位姿转换获得对中变化；其次通过传感器支架组件实现对方程组常量的高精度测量，通过软硬件设计形成测量系统，设计了基于简单牛顿法的复合迭代算法，保证方程组快速、准确求解；最后对测量系统的精度进行了分析，并采用四维平台进行了验证。试验结果表明：对中监测系统噪声小，偏差量噪声在0.005 mm以下，开口角噪声在0.01°以下；精度受激光入射方向影响较大，最佳入射方向下，偏差量监测精度可达0.02 mm，开口角监测精度可达0.019°。该系统将用于国产柴油机动力装置的对中监测。

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22. 考虑车轮多边形的动车组车轴疲劳寿命预测

靳智超1, 梁红琴1, 卢纯1, 胡文1, 许珂1, 陶功权2, 温泽峰2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1299-1307. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.018

摘要（174）

PDF（pc）（9525KB）（69）

以某型高速动车组车轴为研究对象，基于考虑轮轨柔性的车辆轨道刚柔耦合动力学模型、轮对有限元模型和多轴疲劳模型，以实测多边形磨耗为输入，在速度300 km/h下分析了多边形磨耗对车轴疲劳损伤的影响。研究表明：在多边形磨耗的影响下，轮对受载状态剧烈波动并具有显著的周期性，且受载波动情况与多边形磨耗阶次相关。在18阶多边形磨耗影响下，高速动车组车轴的服役寿命降低至22年，小于《铁路动车组运用维修规程》规定的车轴设计寿命。

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23. 船用起重机多柔索减摇系统的动力学分析与工程应用

孙茂凱, 王生海, 韩广冬, 陈海泉, 孙玉清

中国机械工程 2024, 35 (07): 1308-1317. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.019

摘要（186）

PDF（pc）（16530KB）（62）

针对船用起重机在高海况下普遍存在的工作效率低、风险大、吊装定位精度低等问题，设计出一种船用起重机多柔索减摇系统。将多柔索减摇系统简化成船舶运动和风载荷激励的约束摆模型，利用MATLAB/Simulink对多柔索减摇系统的动力学特性进行仿真分析，并在船用起重机多柔索减摇系统的实验样机上进行了验证。实验结果表明，多柔索减摇系统的平均减摆比可达78%，证明了多柔索减摇系统的有效性。

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24. 煤矿掘进机自定位截割控制方法及试验研究

刘送永1, 吴洪状2, 程诚2, 宋明江1, 3, 崔玉明4

中国机械工程 2024, 35 (07): 1318-1329. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.020

摘要（171）

PDF（pc）（13823KB）（65）

开展了掘进机自定位截割控制方法及试验研究，提出了掘进机自定位截割控制策略，使用基于单目视觉与深度学习的掘进机机体六自由度位姿检测方法，以及具有规定性能的双层模糊自适应反步控制方法实现了掘进机自定位截割，并将其用于机体任意位姿下的截割头循迹跟踪控制。在掘进机两种不同的机体位姿下进行了截割头循迹跟踪控制试验，试验结果显示最大轮廓误差分别在48 mm和52 mm（约2.14%与2.32%）以内，验证了提出的掘进机自定位截割控制方法的有效性。

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25. 小半径曲线上P75钢轨打磨廓形设计及应用研究

刘永乾1, 2, 任尊松1, 侯银庆2, 吴潇2, 王军平2

中国机械工程 2024, 35 (06): 1112-1119. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.017

摘要（172）

PDF（pc）（7006KB）（35）

以国内某重载铁路R400 m曲线P75钢轨为研究对象，建立了轮轨接触模型和轮径差曲线描述模型，选取代表性车轮踏面和钢轨廓形，采用轮径差曲线逆向求解法优化了轮轨接触区域钢轨廓形，并依据打磨量最小化原则设计得到了曲线钢轨打磨廓形。建立了实测参数下的车辆轨道多体动力学仿真模型，对比分析了实测廓形和设计廓形匹配下的动力学指标。按钢轨廓形设计要求，在该R400 m曲线上实施了钢轨打磨试验和轮轨动力学测试。研究结果表明，优化后轮径差曲线趋于平滑，车辆曲线通过能力得到提高，抗脱轨能力得到保持；轮轨关系得到显著改善、轮轨接触点交叉跳跃和集中问题得到缓解;轮轨横向力减小20%以上，脱轨系数减小16%以上，钢轨法向接触应力减小32%以上，轮轨蠕滑力减小26%以上;实施打磨后，轮轨横向力减小34%以上，脱轨系数减小35%以上，钢轨振动加速度减小35%以上；打磨后3个月轨面疲劳伤损未见明显发展,钢轨使用寿命由前一换轨周期的8个月延长至13.5个月。仿真分析和打磨试验验证了钢轨廓形设计方法在重载铁路小半径曲线的应用效果。

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26. 复合型径向机构在地铁车辆上的适用性研究

郑阳, 代亮成, 池茂儒, 郭兆团, 曾鹏程

中国机械工程 2024, 35 (06): 1120-1128. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.018

摘要（145）

PDF（pc）（6182KB）（40）

设置径向机构是解决铁道车辆蛇行稳定性与曲线通过性能之间矛盾的主要措施，然而，传统的杠杆式迫导向转向架在低等效锥度状态下运行时，由于连杆的存在加剧了车辆的一次蛇行，进而导致车辆的稳定性下降。针对传统杠杆式迫导向转向架存在的上述缺陷，提出了一种复合型径向机构，该径向机构使车辆在小半径曲线运行时具有迫导向的功能，车辆在大半径曲线或直线上运行时迫导向功能失效，从而克服了传统杠杆式迫导向转向架存在的不足。基于复合型径向机构的工作原理，建立了该机构的数值仿真模型和控制模块，然后采用MATLAB/Simulink对复合型径向机构数学模型和地铁车辆动力学模型进行联合仿真，研究它对车辆系统动力学性能的影响，并进行了台架试验验证。结果表明，复合型液控径向机构不但可以保证车辆具有良好的曲线通过性能，而且可大幅度提高车辆的稳定性。

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27. 基于等效结构应力法的铝合金无钉压铆接头疲劳分析与试验研究

曾维和, 苟黎刚, 王明庆, 王磊, 俞荣贵

中国机械工程 2024, 35 (06): 1129-1139. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.019

摘要（196）

PDF（pc）（12489KB）（61）

以无钉压铆连接铝合金接头为研究对象，通过测试三组料厚不等的搭接试样拉伸强度和疲劳力学性能，研究了铝合金无钉压铆接头失效断裂行为，获得压铆连接试样力寿命（F-N）分布规律。根据试样疲劳测试条件建立等效有限元模型,并计算等效结构应力幅ΔSs，对实测的疲劳寿命散点数据进行Weibull分析,并基于最小二乘法拟合得到无铆连接ΔSs-N（主S-N）曲线关键参数。应用拟合的主S-N曲线进行纯电车型全铝合金引擎盖动态关闭无钉压铆连接疲劳损伤预测，结果表明：无钉压铆接头疲劳开裂发生在颈部位置，其ΔSs-N曲线满足幂函数关系，经连接点数量和位置优化设计，铝合金引擎盖关键区域无钉压铆连接最大损伤由1.08降低至0.78，满足了引擎盖动态关闭耐久性能设计要求。开发的计算方法和主S-N曲线参数可为车身领域无钉压铆连接疲劳仿真与优化提供理论依据。

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28. 风车桥气动干扰作用下的汽车纵横向协调控制

袁志群, 李曰瀚, 林立, 孙鹏飞, 张义,

中国机械工程 2024, 35 (04): 731-741. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.016

摘要（197）

PDF（pc）（14748KB）（111）

为提高跨海大桥上轿车的风致行车安全能力，采用合成风和动网格耦合方法建立了轿车超越集装箱货车的瞬态分析模型，揭示了“风车桥”气动交互作用机理及其对轿车气动特性的影响规律。采用五次多项式插值算法建立了超车轨迹规划模型，基于模糊逻辑的双PID控制方法与径向基神经网络的滑模控制方法设计了纵横向协调控制器，开展了轿车超车过程的路径跟踪能力分析及行驶稳定性评价。研究结果表明：风车桥的气动干扰大小与行驶车道及位置有显著关系，纵横向协调控制器的路径跟踪控制精度和鲁棒性较好，轿车侧风稳定性提高效果明显。

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29. 车端侧滚减振装置对高速双层动车组动力学性能的影响分析

王昕, 代亮成, 杨东晓, 罗贇, 池茂儒, 郭兆团, 曾鹏程

中国机械工程 2024, 35 (04): 742-751. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.017

摘要（172）

PDF（pc）（7243KB）（136）

双层动车组设置较大的二系横向阻尼来抑制一次蛇行引起的共振，而较大的二系横向阻尼会使车辆的横向平稳性变差。针对某型高速双层动车组横向平稳性差的问题，基于车端侧滚减振装置的工作原理建立了车端侧滚减振装置在车体滚摆和摇头运动状态下的数学模型，并将AMEsim软件中建立的减振器仿真模型与台架试验进行验证。最后通过建立车端侧滚减振装置与被试车辆的联合仿真模型，在不改变车辆现有悬挂参数的基础上对车端侧滚减振装置的关键参数进行优化选取。仿真结果表明，车端侧滚减振装置可以在不影响车辆垂向平稳性、保证曲线运行安全性的前提下有效改善双层动车组的横向平稳性。

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30. 基于正交试验的850吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计

祁瑁富, 孙远韬, 田春雷, 冯嘉琪

中国机械工程 2024, 35 (04): 752-759. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.018

摘要（194）

PDF（pc）（3736KB）（76）

以减小850吨冷剪机剪切力为研究目的，从冷剪机剪切机理及特点出发，采用正交试验法分析剪切间隙、剪刃倾角、剪切速度、剪刃刀面宽度及剪刃重叠量等参数对剪切力的影响，分别以方差、极差及显著性作为影响因素的指标，并对其进行优先级排序，进而优化剪切参数，减小剪切力。优化剪切参数前后的冷剪机现场试验表明，优化前后冷剪机剪切力的实测值与仿真值误差均在5%以内，仿真结果可靠。采用优化后的剪切参数，冷剪机剪切相同规格钢筋时，上剪刃最大剪切力减小了5.84 kN，减小约13%，下剪刃最大剪切力减小了4.77 kN，减小约9.7%。经车间反馈，使用优化后的剪切参数可大幅延长冷剪机剪刃崩刃和磨损的周期，增长剪刃寿命和提高剪切效率。该研究对提高设备经济性和生产效率具有重要意义，可应用于同类型冷剪机的工程设计。

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31. 振动压路机的能量传递模型与作业参数优化研究

惠记庄, 骆伟, 张泽宇, 张军, 王杰

中国机械工程 2024, 35 (03): 541-547. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.016

摘要（238）

PDF（pc）（1996KB）（342）

为提高振动压路机作业过程的压实质量，研究了振动压路机的能量传递模型与作业参数优化。首先基于U-K方程建立“碾轮被压实材料”的系统振动动力学模型，结合能量守恒提出振动压路机能量传递模型；然后以振动频率和压实速度作为寻优工作参数，构建路面压实质量的优化模型；最后通过案例验证证明了所提方法的可行性与有效性。结果表明：工作频率与被压实材料的固有频率比值保持在2～2范围内，可避免共振带来的影响；初始阶段低速碾压，材料性能稳定后提高碾压速度可保证高效压实，得出振动频率在21.8～27 Hz、压实速度在2.36～2.91 km/s范围内，可达到最优的压实效果。所提的能量传递模型、作业参数优化模型为保障振动压路机压实质量奠定了基础，为提高振动压路机压实质量和效率提供了参考。

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32. 基于改进预瞄控制模型的车道保持系统设计

梁永彬, 付广, 林智桂, 何智成, 张家洛, 陈涛

中国机械工程 2024, 35 (03): 548-558. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.017

摘要（278）

PDF（pc）（8767KB）（299）

为解决扭矩控制的车道保持（LKA）系统鲁棒性不高、受车辆制造一致性以及路面激烈干扰影响大的问题，采用神经网络技术、Autofix算法及预瞄反馈控制理论，利用预期轨迹决策和跟随PID控制算法设计了一套基于角度控制的车道保持系统。基于Carsim/Veristand/MATLAB搭建了硬件在环仿真试验平台，通过虚拟仿真验证了该车道保持系统设计的有效性与准确性。基于GB/T 39323—2020、CN-CAP—2021、Euro-NCAP—2022并结合实车调试及用户关注场景对车道保持系统的测试要求，通过仿真及实际场景对比验证得出以下结论：相对于扭矩控制的LKA系统，在相同使用场景下，使用角度控制的车道保持系统具有较好的车道保持能力、稳定性、适应性和鲁棒性。

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33. 基于NSGA-Ⅱ的滑油泵叶轮结构优化设计

孙永国, 金欣, 薛冬, 单建平, 石晓春

中国机械工程 2024, 35 (03): 559-569. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.018

摘要（273）

PDF（pc）（6468KB）（237）

滑油泵常需要在高空、低压工况下稳定运转，常会出现供油不足、效率降低等问题。为了得到满足设计要求且具有最佳性能的滑油泵，以某直升机用滑油泵叶轮为研究对象，对其结构进行优化设计。选择高空两个典型工况的效率与扬程作为优化目标，利用NSGA-Ⅱ算法对滑油泵叶轮几何参数进行寻优，对优化前后的滑油泵效率、扬程进行对比分析。采用CFD流体仿真及实验方法对优化结果进行对比验证。结果表明：所选优化参数对滑油泵性能有较大影响，优化后的滑油泵叶片位置附近流动更加平稳，高低压区域过渡平缓，能量损失更小，且降低了汽蚀发生的可能性；优化后的滑油泵设计点扬程提高2.6 m，效率提高2.86%。

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34. 驱动系统效率最优的并联混合动力商用车模式切换及换挡控制策略

严正峰, 蒋光宗, 姚明尧

中国机械工程 2024, 35 (02): 354-363. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.020

摘要（289）

PDF（pc）（19302KB）（72）

为提高搭载自动变速器的并联混合动力商用车燃油经济性，以驱动系统效率最优为目标，提出一种新的驱动模式边界划分和挡位边界划分方法。制定了基于效率最优的模式切换及换挡控制策略，并在中国重型商用车行驶工况下对所制定的控制策略进行了仿真验证。结果表明，所提出的策略不仅能够维持电池荷电状态的平衡，且百公里油耗比电辅助控制策略低11.2%，具有更好的燃油经济性。

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35. 尺寸偏差下的车身含胶滚边滚轮的位姿补偿

李默之, 朱文峰, 王顺超

中国机械工程 2024, 35 (02): 364-370. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.021

摘要（200）

PDF（pc）（7970KB）（86）

针对铝合金车身更严格的外观精度要求，提出一种面向车身尺寸偏差的滚轮位姿补偿方法。首先对尺寸偏差区间与胎模边线进行等距离散，得到尺寸偏差矩阵；然后基于Frenet标架与齐次坐标变换将尺寸偏差映射为滚轮位姿，得到滚轮位姿偏差矩阵；最后将滚轮位姿补偿量转化为滚轮位姿偏差矩阵行编号的调整量，得到补偿后的滚轮位姿。其中，滚轮位姿偏差矩阵由胎模曲面/曲线方程、滚轮倾角，以及FEM-SPH有限元仿真获得的尺寸偏差与TCP-RTP值的量化模型决定。实验结果表明，滚轮位姿补偿后的车身尺寸偏差平均值由0.32 mm降至0.14 mm。

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36. 凸棱非平面聚晶金刚石齿的破岩机理及在含砾地层中的应用

陈炼, 魏小虎, 曹强, 周岩, 杨迎新, 胡川, 赵志杰, 伍彬

中国机械工程 2024, 35 (02): 371-379. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.022

摘要（170）

PDF（pc）（19830KB）（80）

为提高聚晶金刚石复合片（PDC）钻头在含砾、软硬交错等不均质地层中的抗冲击性能，开展了凸棱非平面PDC齿的研究。通过仿真和室内实验对比分析了凸棱非平面齿与常规平面齿的破岩机理。与平面齿相比，凸棱非平面齿与岩石的接触应力分布更均匀，切削破岩过程中的载荷波动幅度明显更小，切削稳定性更高。凸棱齿特殊的非平面结构改变了切削齿与岩石的互作用方式，在不均质地层得到成功应用。

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37. 基于缸盖等效构件模型的热机疲劳寿命预测与优化设计方法

杨文军, 庞建超, 康鑫, 王磊, 李思成, 张哲峰

中国机械工程 2023, 34 (24): 3004-3014. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.012

摘要（326）

PDF（pc）（9409KB）（240）

为了更加高效、简便地预测内燃机缸盖的疲劳寿命并开展改进设计，基于缸盖等效构件模型提出了热机疲劳寿命预测与优化设计方法。依据火力面几何特征实现了缸盖模拟构件的数值建模，进一步利用Sehitoglu理论探究了服役载荷对缸盖热机疲劳损伤的影响，研究结果表明工作转速对缸盖热机疲劳寿命的影响最大，三种损伤类型中机械损伤占主导地位。最后，基于模拟构件和响应面试验设计方法开展了缸盖构件的优化设计，经优化后鼻梁区处最大应力降低了7%，疲劳寿命达到了6.7×104次循环，改善了缸盖构件的疲劳损伤特性，为服役工况下缸盖热机疲劳寿命预测与结构优化提供了理论依据。

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38. RV减速机摆线齿轮接触应力数值分析方法与试验

黄襄茂

中国机械工程 2023, 34 (24): 3015-3023. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.013

摘要（430）

PDF（pc）（8857KB）（242）

计及摆线齿轮齿面弹性变形及侧隙计算了在特定载荷下摆线齿轮齿面的有效接触区域及其周向载荷分布，利用力平衡方程和变形协调方程建立了摆线齿轮齿宽方向的接触应力数学模型并给出计算步骤和流程图。该数学模型为非线性方程组，通过求解该非线性方程组完成了摆线齿轮齿宽方向的接触应力分布和接触宽度的计算。利用接触应力数学模型及计算步骤仿真分析了摆线齿轮理想状态和安装误差的接触齿宽及接触应力分布, 结合试验和仿真结果验证所提方法的正确性和可行性。

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39. 考虑轮胎载荷转移影响的复合式胎压监测补偿修正方法

唐先智, 张晓壮, 郝少澎, 王波, 张宇

中国机械工程 2023, 34 (23): 2881-2888. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.012

摘要（266）

PDF（pc）（6683KB）（145）

车辆在加速和爬坡时会产生载荷转移，导致胎压监测结果受到干扰，针对该问题，提出了基于轮胎载荷的胎压监测结果补偿修正方法。基于双重无迹卡尔曼滤波对车辆质量和质心位置进行了双重估计，采用递推最小二乘法（RLS）进行了坡度识别。利用轮胎转毂试验台进行试验，得到载荷、车速、胎压和轮胎下沉量的数据，拟合了载荷、车速、胎压与轮胎下沉量的关系表达式。利用坡度识别，通过车辆质量和质心位置的估计，计算四轮独立载荷，修正相应的轮速脉冲。试验结果表明：没有载荷修正的胎压计算值存在20%的稳定误差和大幅度波动；加入载荷修正，虽有一定的迟滞性和波动，但会很快收敛到真实值，稳定误差在5%以内，解决了因载荷变化导致胎压估算不准确的问题。

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40. 基于反馈线性化与非线性扰动补偿的液压型风电机组有功功率控制研究

陈立娟, 吴蝶, 高伟, 魏龙正, 曹晟维, 艾超, 李景彬

中国机械工程 2023, 34 (23): 2889-2897. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.013

摘要（283）

PDF（pc）（6922KB）（240）

液压型风电机组并网后不能直接发电，需要对有功功率进行控制，而风能具有随机性和波动性，导致该系统具有时变性和非线性，故需解决外部扰动下风机有功功率的精准控制。采用反馈线性化解决液压主传动系统非线性问题，采用非线性扰动观测器快速精准观测外部扰动对系统输出功率的影响，设计了不匹配扰动下的有功功率补偿控制器，精确补偿扰动对系统输出功率的影响，最终得到了液压型风电机组有功功率控制策略。基于30 kV·A液压型风电机组半物理模拟实验平台，使机组输出有功功率能够精准跟随目标转速变化，有功功率绝对误差为±0.05 kW，稳态误差在3%～5%范围内。

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