高速履带车辆横摆运动响应特性分析与试验验证

为研究高速履带车辆操纵特性,奠定高速电驱动履带车辆的操纵稳定性评价及控制的基础,建立了高速履带车辆非线性转向动力学模型及2自由度线性转向动力学模型,并对模型进行试验验证。利用2自由度线性模型推导了高速履带车辆横摆运动传递函数,基于此进行了高速履带车辆横摆运动时域和频域响应特性分析,提出履带车辆稳态横摆角速度增益及临界阻尼车速的定义。研究结果表明:履带车辆稳态横摆角速度增益均小于1,履带车辆具有不足转向特性;履带车辆系统阻尼比在1左右;当车速小于临界阻尼车速时,车辆系统为过阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间在0.2 s内;当车速等于临界阻尼车速时,车辆系统为临界阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间大于10 s;当车速大于临界阻尼车速时,车辆系统为欠阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间迅速减小至2~3 s。

基于射击时机的坦克射击门分析及改进

针对坦克的射击门控制逻辑,分析现有射击门在坦克高速行进条件下在射击时机判断上的不足,提出基于预测机制的射击门改进方法,该射击门在考虑射击时延和炮口切向速度影响的情况下,去除了身管必须满足进入简单射击门的角度约束,可更大限度地把握有效射击时机,数字仿真结果验证了改进射击门的优越性。

降质靶标检测算法

装甲车辆动态性能考核中的立靶成像测试环节,靶标检测的准确性与武器装备鉴定及定型的精度息息相关。针对靶标图像对比度低、可辨识度低等降质问题,提出一种基于改进YOLOv5的降质靶标检测算法:使用多分支分组卷积结构配合深度、逐点卷积搭建主干特征提取网络,降低网络参数计算量,提高网络的检测速度;引入表征注意力机制,增强靶标的表征能力;在网络输出层,引入3分支空间特征融合,利用低层特征图的细粒度特征信息与高层特征图丰富的语义信息组合,保留降质靶标图像的细节、边缘语义信息;实验结果表明:在靶标数据集中,所提算法的检测精度mAP达到90.88%,检测速度达到52.74帧/s,能在降质环境下够高效、精准地完成动态性能考核中立靶成像测试环节中的靶标检测部分。

特种车辆多维载荷谱加速方法及在振动环境模拟试验中的应用

目的 解决车辆多轴轴耦合台架试验耗时长、花费大以及振动环境模拟精度低等问题。方法 将雨流投影方法运用到多维载荷加速处理中,利用传统雨流滤波法和多轴雨流投影滤波方法分别对特种车辆部件实际所受的多轴载荷进行加速处理,对加速后的多维载荷信号开展基于时域波形再现的振动环境模拟,以更有效地利用轮式车多轴轴耦合试验台开展加速疲劳试验。结果 对比加速前后的多维载荷信号,在时域、频域、损伤域基本一致的前提下,多维载荷信号时间压缩了50%,多轴振动环境的模拟精度大于80%。结论 采用该方法开展车轮加速疲劳试验,能够精确再现被试件的实际振动环境。通过实际试验验证,可以很好地再现故障出现的时间和形式,与实际野外路试结果十分吻合。

一种基于多层特征对齐的知识蒸馏方法

实时目标检测算法(如YOLO)是为在资源有限的边缘设备上高效执行物体检测任务而设计的。因检测性能有限,提出一种基于多层特征对齐的知识蒸馏方法。为有效保留原始数据中的知识,引入将教师和学生模型的多个中间层知识纳入其中的蒸馏指标,根据训练过程中教师模型和学生模型中间层特征的差异,纳入了对齐加权因子。该方法能让学生模型从教师模型的中间层学到更多有用的知识。利用提炼出的知识对现有模型进行了增量训练,避免训练多个独立模型的资源开销。通过不同场景和条件下的实验比较,该方法在降低模型计算和存储成本的同时,有效提高目标识别的准确性。实验分析表明,在YOLO模型基础上提出的多层特征对齐蒸馏算法经COCO2017数据集验证,将学生模型的检测精度从33.3提升到40.7,有效提高模型的检测精度。

小口径弹载遥测系统天线设计

天线是弹载遥测系统的核心器件。针对小口径弹载遥测系统的特殊需求,开展弹载天线设计。采用圆极化模式消除炮弹飞行过程中自旋对遥测信号的影响;通过扩展天线的波束宽度适应炮弹的曲线弹道;为满足小口径炮弹对天线小尺寸的需求,通过采用高介电常数介质基板并对辐射单元开槽实现天线小型化;天线和弹载遥测系统板卡之间采用插针相连以实现天线的抗过载要求。对所设计的天线进行试制加工,并测得其阻抗带宽为24 MHz,沿轴线±80°内的轴比均小于3 dB,且其顶点处增益为2.18 dBi。测试结果表明此天线的性能够满足实际使用需求。

基于BN-AHP的装甲车辆动力系统故障状态评估

装甲车辆复杂传统部件的损伤能否及时被发现,这关系到整车战备或作战能力,系统的故障状态评估是至关重要的。将贝叶斯网络模型结合云模型理论,建立云贝叶斯网络模型,针对4个不同工况的装甲车辆进行故障状态评估。在获取贝叶斯网络初始节点时更多是依靠专家经验,往往会带来很大的误差,导致条件概率偏差过大,采用证据理论/层次分析法来优化专家经验,确定各个节点的条件概率;将层次分析法转化所得的条件概率值代入到云贝叶斯网络模型中,经过计算可以得到不同损毁等级的概率。将云贝叶斯网络模型计算结果与其他状态评估方法结果进行对比分析,结果表明,所采用的计算方法较其他方法在可靠性和准确性方面有所提高。

滑移转向无人车轨迹跟踪控制策略研究

针对滑移转向车辆构型的无人车,通过建立车辆动力学和运动学模型,对LQR(linear quadratic regulator)最优控制算法进行改进,在速度环采用一种自抗滑移的前馈控制,设计了一种轨迹跟踪控制策略。前馈控制有效提高了横摆角速度响应速度,可进一步优化LQR估计器的参数矩阵,保证车辆在提高轨迹跟踪控制精度的同时不影响跟随稳定性。采用Trucksim与Simulink联合仿真进行验证,结果表明:在双移线测试工况下,使用该控制策略的无人车最大横向误差比在双PID控制下小0.086 m,误差收敛速度2.1 s,稳态误差振荡幅值比滑模控制小约0.05 m;不同车速和不同附着系数路面下,无人车最大横向误差浮动小于0.02 m,误差收敛速度不变,设计算法控制效果稳定,验证了其鲁棒性。

基于多智能体强化学习的重载运输车队队列控制

重载运输队列作为现代战争战备物资高效运输方式,有效提升运输能力并降低运输成本。现有队列控制主要关注运动控制特征,忽略了重载特种车辆自身驱动系统构型下系统动力响应特性。基于此,提出了基于多智能体强化学习的重载运输车队队列控制策略,通过控制策略自主式参数优化实现重载队列协同控制,搭建了融合长短时记忆网络的柔性动力需求引导方法,将长期规划策略与短期控制策略解耦,并分别在双层马尔科夫链迭代,建立动力总成元件工况柔性调节控制方法。标准工况试验结果表明:所提出的队列控制策略使队列行驶过程中车头时距保持在1.2 s,动力电池荷电状态维持在35%~65%,并使发动机工作在高效经济区间内,有效提升了重载运输队列的稳定性、耐久性与燃油经济性。

基于油液监测的高原环境下特种车辆关键部件研究

高原的外部环境相较平原地区恶劣,油液理化性能会发生剧烈变化,因此机械在此环境下更需要进行监控。结合实际案例,通过光谱分析油液中元素变化情况,通过铁谱仪分析油液中颗粒物数量及大小分布,确定故障点。通过装置拆装检修,证实油液监测数据的真实性和参考性,并给出高原环境下特种车辆维保注意事项。

特种车辆油气弹簧减振阀可靠性研究

油气弹簧减振阀为特种车辆悬挂装置中的重要部件,针对其应用中受高频载荷易损问题,提出基于Ansys Fluent的油气弹簧减振阀流固耦合可靠性研究方法。基于该方法建立减振阀中阀芯及阀座固体模型与周围油液流体模型,分析0.6、3.96、7.83 Hz激振频率下的减振阀工作状态,研究其安全系数及寿命。结果表明:减振阀阀座在颈部连接处、正对常通孔处易破坏;阀芯易损部位主要集中于阀杆处。研究结果可为减振阀可靠性分析提供参考,亦可服务于后续减振阀薄弱环节优化设计。

车体刚强度结构优化对连发武器射击精度的影响

为减小射击时车体振动对车载连发武器射击精度的影响,建立了某轮式车辆车体有限元模型,对火炮典型射击工况下车体的受力进行了分析,以提高车体结构刚强度为优化目标,在车体后方横向增加变截面梁来改进相应的薄弱结构。车体改进前后的模态测试与射击试验结果表明,经过车体结构优化可有效改善整车环境下对射击精度影响较大的身管一阶模态频率,5连发射击时的射击精度得到有效提高。

基于PMOS器件的低压驱动电路仿真及设计

本文以PMOS为核心器件,搭配不同的分立器件组合成三种不同的高边开关基本拓扑机构,经仿真分析和试验验证,功能和性能指标基本吻合,满足低压负载的驱动需求。这三种驱动电路可作为“最小硬件单元”,搭配其他功能电路如过载保护、电流反馈等,可增强驱动电路的鲁棒性。

基于粒子群优化算法PID参数优化的双电机耦合驱动履带车辆转向控制

针对电驱动履带车辆转向灵敏度不高、控制精度难的问题进行转向控制策略研究,对双电机耦合驱动履带车辆开展动力学分析,利用数学仿真软件建立转向动力学模型。设计一种基于粒子群优化算法对比例-微分-积分控制器(Proportional-Integral-Differential controller,PID)参数优化的转向控制策略,以改进型时间乘绝对误差积分指标为粒子群优化算法目标函数,对PID转向控制策略中的控制参数进行实时优化,动态调节控制参数,实现车辆转向控制系统优化输出。利用硬件在环仿真平台和实车试验,对控制策略进行仿真和实车试验验证,试验结果验证了控制策略的有效性。

履带式特种车辆精细化动力学建模与仿真

履带车辆动力学模型是车辆结构优化设计与控制算法开发、测试与标定的基础。基于商业软件所搭建模型的动力学方程及梯度信息对用户未知,极大地限制了结构参数与控制参数的优化效率。此外,现有商业软件求解效率低、实时性差,影响了控制算法开发进度。针对上述问题,基于多体动力学推导建立可同时满足纵横垂耦合运动仿真需求的履带车辆精细化动力学模型并进行仿真。建立考虑空间三维耦合运动的车体动力学模型以及精细到履带板的履带链动力学模型。通过计算履带板与各部件相互作用力,将车体模型、履带链模型以及地面相关联,最终构建190自由度的履带车辆动力学模型。在加速、刹车与转向等工况下与ATV(ADAMS Tracked Vehicle Toolkit)进行对比,结果表明自主开发的仿真模型纵横垂向运动仿真结果与商业软件高度一致,验证了新方法的准确性。

不同冲击载荷下典型路面结构的动态弯沉响应

为研究不同冲击载荷下典型路面结构的动态弯沉响应数值规律,开展试验勘测等级公路信息,分析实测数据并归纳出等级公路承载能力与路面结构的相关关系,基于统计规律构建了承载力维度下的典型路面结构。建立包含塑性损伤的多层连续道路结构模型,通过比对仿真结果与试验数据验证模型的有效性,研究模型大小对不同冲击载荷作用下路面弯沉仿真结果的影响。开展不同冲击载荷下典型路面结构的弯沉响应规律研究,计算出冲击载荷作用下路面峰值沉降与残余沉降数值,揭示不同冲击载荷下典型路面结构弯沉响应内在规律。研究结果表明:包含塑性损伤的多层连续道路结构模型能够准确反映冲击载荷下路面真实动态弯沉响应;不同冲击载荷下,路面沉降中塑性沉降量占比与冲击载荷幅值满足双指数方程;百吨级范围内,路面沉降中弹性回弹部分随冲击载荷幅值增大而增大,塑性沉降部分与载荷幅值呈指数正相关关系;百吨级以上,路面沉降中弹性回弹量达到上限1.2~1.3 mm,路面塑性沉降量与载荷幅值呈线性关系。开展的不同冲击载荷下模型大小对仿真结果的影响规律研究可为有限元仿真中确定合适的仿真模型尺度提供参考。

爆轰驱动陶瓷面背板碎裂行为研究

为研究陶瓷平板在爆轰载荷下的碎裂行为,采用AUTODYN软件对其爆轰驱动过程进行了数值计算,通过爆轰波与陶瓷平板的作用过程分析及陶瓷破片的特征尺寸统计,得到了陶瓷平板的裂纹拓展规律及陶瓷破片尺度分布规律。结果表明:不同陶瓷平板药室中爆轰波的传播及其与陶瓷平板的作用过程类似,但陶瓷裂纹拓展及形态不同,无拼接陶瓷平板形成网格化裂纹,而拼接陶瓷平板则呈现环向裂纹及径向裂纹;爆轰载荷下陶瓷平板药室形成的陶瓷破片尺度满足Rosin-Rammler分布模型;不同尺度陶瓷破片质量分布的比重由幂指数系数k决定,陶瓷平板的整体损伤程度可用平均特征尺寸系数λ评判,考虑到陶瓷平板药室的低附带损伤特性,选择小尺寸的陶瓷片进行陶瓷平板拼接较合适,研究结果可为陶瓷平板药室在轻型装甲车辆上的应用提供参考。

装甲车辆用防爆复合结构抗爆性能试验技术研究

为考核装甲车辆用防爆复合结构的抗爆性能,提出了基于底甲板损伤等级和(AIS)人体伤害/防护等级为防爆判据的台架试验方法和模拟舱体试验方法。建立了防爆复合结构抗6 kg TNT当量的试验平台,并进行了防爆复合结构抗6 kg TNT当量爆炸性能验证试验。台架试验后基板的稳态变形量为47.451 mm,模拟舱体试验后舱内模拟假人各项关键部位测试结果均在指标范围内,这表明该防爆复合结构具有良好的抗爆性能,对装甲车辆底甲板具有一定的保护作用,并且能够有效保护模拟舱体内部人员。此外,上述试验结果还表明,提出的台架试验方法和模拟舱体试验方法能够较好地考核和评价装甲车辆用防爆复合结构的抗爆性能。

单级旋转倒立摆系统辨识与随动稳定控制方法研究

针对单级旋转倒立摆系统参数辨识和随动稳定控制问题,首先建立倒立摆在不受外力控制,摆杆自然下垂的顺摆模型,基于顺摆模型采用快速傅里叶变换方法对系统参数进行辨识;然后推导顺摆模型与倒摆模型之间的关系,进一步得到倒立摆的倒摆模型;根据辨识出的倒摆模型,采用线性二次型控制器对其进行稳定控制,并进行了数值仿真与实物实验验证。研究结果表明,通过辨识得到的系统模型更加精确,对比直接测量参数得到的系统模型,控制效果更好,且能对随动输入指令进行更优的跟随。该方法可以有效避免量测误差,提高模型的准确性,为火炮随动稳定控制提供参考。

高寒山地环境特种车辆底盘适应性评价研究

目的 解决特种车辆底盘在高寒山地特殊自然环境中的适应性问题,以提高特种车辆在此类环境下的使用效能和保障能力。方法 通过深入分析高寒山地环境的特点,结合某型特种车辆底盘的任务需求、结构组成及历史运行数据,识别其受环境影响的关键分系统。进一步建立一套适用于高寒山地环境的特种车辆底盘评估指标体系,并运用熵权-TOPSIS方法对多因素下的车辆底盘进行综合评价和型号选择。结果 构建了评估指标体系,并应用熵权-TOPSIS方法对特种车辆底盘进行了有效的评价和优选。基于新的研究成果、实际使用经验和评估过程,提出了一系列提升高寒山地地面武器系统效能的策略。结论 通过提出的评估体系和优选方法,可以有效地提高特种车辆底盘在高寒山地环境下的适应性和性能,同时为类似环境下的地面武器系统使用和维护提供科学的决策支持和实践指导。