机械工程学报

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王立鼎;褚金奎;刘冲;罗怡

. 2008, 44(11): 2-12.

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介绍了中国微纳制造领域的总体概况。从微构件力学性能、微纳摩擦磨损及粘附行为研究、典型微流体器件输运特性研究、拓扑优化技术在微纳结构设计中的应用研究、微传热学的研究和微测试方法和装置的研究具体介绍了微纳制造基础理论方面取得的进展。从设计方法、硅基微机电系统(Micro electro mechanical system，MEMS)制造工艺、非硅MEMS制造工艺等方面介绍了微系统设计与加工工艺研究进展。从物理量微传感器、微执行器件与系统、微纳生化传感与分析和微能源等方面介绍了微纳器件与微纳系统的研究进展，最后对中国微纳制造发展进行了总结和展望。

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面向微机电系统组装与封装的微操作装备关键技术

孙立宁;陈立国;荣伟彬;谢晖;刘延杰

. 2008, 44(11): 13-19.

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对微机电系统(Micro electro mechanical systems, MEMS)组装与封装工艺的特点进行了总结分析，给出了MEMS组装与封装设备的研究现状。针对MEMS产业发展的特点，分析了面向MEMS组装与封装的微操作设备中的工艺参数优化数据库、快速精密定位、模块化作业工具、快速显微视觉、柔性装夹和自动化物流等关键技术。在此基础上，详细介绍了研制的MEMS传感器阳极化键合设备和引线键合设备的组成结构、工作原理，并给出了组装和封装试验结果。最后，指出了MEMS组装与封装技术及设备研制的发展趋势。

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微型旋转冲压发动机设计与分析

蒋庄德;王久洪;卢德江

. 2008, 44(11): 20-25.

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针对微型动力机电系统(Power micro electromechanical systems, Power MEMS)研究中出现的发动机结构匮乏问题，引入旋转冲压概念，提出微型旋转冲压发动机方案；通过对MIT微型涡轮发动机结构与原理分析，提出离心旋转冲压发动机与向心旋转冲压式发动机结构。通过对半径为5 mm的冲压转子内部气流的冷态模拟计算表明，向心旋转冲压转子在边缘线速度510 m/s情况下，最大可以实现3.6 MPa左右的冲压能力，初步达到冲压发动机运转要求。此时其切向喷口的气流相对速度约为630 m/s，满足微型发动机轴功率的输出要求。流体速度场模拟结果表明，转子内部的气流相对速度小于60 m/s，轴向速度为几米到十几米每秒，有利于组织燃烧与保证驻留时间。最后阐明了转子圆周速度，燃气最高温度，转子尺寸对发动机性能的综合影响规律。

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介观压阻效应及器件

张文栋;熊继军;薛晨阳;张斌珍;仝召民

. 2008, 44(11): 26-33.

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介绍GaAs/AlAs/InGaAs双势垒超晶格薄膜结构的介观压阻效应以及几种基于此效应的新型传感器件。阐述介观压阻效应的四个过程，结合空气桥结构和欧姆接触技术，在[001]晶向半绝缘GaAs衬底上加工出来了GaAs/AlAs/InGaAs共振隧穿结构(Resonant tunneling structures, RTS)，并对其进行了加压试验研究，发现其介观压阻灵敏度达到2.54×10–9 Pa–1，是硅压阻灵敏度的一个数量级以上。采用控制孔技术成功加工出了基于RTS的圆膜压力、四梁加速度和仿生矢量水声三种新型纳机电器件，并分别对其进行了压力罐、振动台和水下驻波测试。结果表明圆膜压力传感器具有较好的力电耦合特性；四梁加速度计的压阻灵敏度随RTS两端偏置电压可调，并在微分负阻区具有最大压阻灵敏度；矢量水听器具有良好的“8”字余弦指向性，灵敏度在1 000 Hz时达到184.6 dB，可以实现水平面内的水下声信号探测。

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集成高性能嵌入式螺管电感和互感技术

吴争争;顾磊;李昕欣

. 2008, 44(11): 34-38.

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采用微加工技术制造了可与集成电路工艺后端集成的嵌入式螺管型电感和互感器件。实现的器件具有悬空结构，大大抑制了衬底损耗。同时，器件结构嵌入硅衬底表面，与标准集成电路封装兼容。测试表明电感器件达到高的品质因数和自谐振频率，互感器件实现很宽频率范围内的高有效增益。力学性能分析和测试表明器件具有良好的抗冲击能力和热稳定性。所实现的电感和互感适合高性能射频集成电路(Radio-frequency integrated circuits, RFIC)的应用。

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支持任意流程的微机电系统设计工具

常洪龙;苑伟政

. 2008, 44(11): 39-46.

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论述了微机电系统设计工具的发展概况，并针对微机电系统的多样性对设计工具的需求提出了一种可支持任意流程的微机电系统设计工具架构。该架构以系统级行为建模与仿真、器件级物理建模与仿真和工艺级版图设计与工艺仿真三个设计层级为主干，但特别地提出以六个数据自动传递接口来连接任意两个设计层级。这样，三个设计层级通过六个数据自动传递接口构成一个设计闭环，使得用户可以从任意一个设计层级开始设计，并完成设计循环，提供了在设计流程上的最大柔性。以网表、标准格式的实体模型和版图文件分别作为这三个层级设计数据的出入口，并设计了相应的信息提取算法及程序，实现了任意两个级别之间的数据自动传递，从而可以支持在该架构下的全部六种设计流程。所进行的设计实例表明，基于该工具可以针对不同的微机电系统器件选择最优的设计路线，是对当前通用微机电系统结构化设计方法的发展和提高，可显著提高设计效率。

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国家同步辐射实验室的LIGA技术研究及应用

刘刚;田扬超

. 2008, 44(11): 47-52.

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LIGA技术是一种可以利用多种材料获得大高宽比微结构的微细加工方法。介绍了LIGA技术的原理和国家同步辐射实验室LIGA试验线站的参数。详细给出NSRL近年来在同步辐射光刻、微电铸和微塑铸等LIGA技术方面的研究进展，同时给出其在微惯性器件和微流体器件等LIGA应用方面的研究进展。分析LIGA技术研究及应用的发展现状以及所遇到的困难，结合同步辐射光刻的特点，提出LIGA应用的一些展望。

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微热压成型脱模缺陷分析及其脱模装置

贺永;傅建中;陈子辰

. 2008, 44(11): 53-58.

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为了提高热压成型品质，对手动脱模及自动脱模所产生的缺陷进行了分析。采用有限元模拟了高深宽比微结构的脱模过程。模拟结果显示在自动脱模时应力集中主要出现在微结构底部，而最大脱模应力出现在脱模的起始阶段，这时的脱模缺陷主要以颈缩和根部断裂为主。而手动脱模引入的微小脱模方向偏差会造成巨大的应力集中，该应力集中在脱模阶段后期达到最大。5°的脱模方向偏差造成的应力集中可达190 MPa，这时的脱模缺陷主要表现为微结构倾倒及其根部断裂。因而对于高深宽比微结构的热压印成型，必须要采用自动脱模装置。为了克服常规自动脱模装置导致聚合物翘曲变形问题，设计了新型的气动脱模机构并集成到自行设计的热压印装备中。随后的压印试验中采用该气动脱模装置成功制得深宽比约为3.3的微结构，证实了该脱模装置的有效性。

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基于微机电系统工艺的微型左右手复合传输线宽带滤波器

黄闯;陈迪;靖向萌;陈翔;刘景全;朱军;魏文婕;魏泽勇;李宏强

. 2008, 44(11): 59-63.

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设计并采用微机电系统工艺加工制备了一种微型左右手复合传输线宽带滤波器。器件主要结构由两条平行的金属蛇形线构成，蛇形线的末端接有金属圆片作为接地单元。蛇形线对产生左右手电感和电容。通过改变蛇形线的单元数目，即可改变器件的工作频率，并且，该复合传输线单周期即可体现左手材料特性。给出了器件的电磁场仿真结果，可以看到在左手频带中磁场沿着与能量相反的方向传输，测试结果得出8单元样品通带范围为0.99～2.09 GHz，中心频率为1.54 GHz，相对3 dB宽度为71.42%。4单元样品通带范围1.84～3.36 GHz，中心频率为2.60 GHz，相对3 dB宽度为58.46%。

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基于拉格朗日跟踪法的微混合器内混沌混合特性

傅新;刘素芬;阮晓东

. 2008, 44(11): 64-68.

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为了分析三维交叉导流式(Staggered oriented ridges，SOR)微混合器内混沌混合特性，在计算流体力学的基础上，采用拉格朗日跟踪技术数值模拟SOR混合器中流道截面上流体物质线和物质面的变形、拉伸情况，并通过平均对数线拉伸计算定量地评价SOR混合器的混合效果。研究结果表明：SOR微混合流道内可诱发混沌对流，并在其作用下可增加流体粒子的接触面积，提高混合效率。在小雷诺数时，线拉伸随雷诺数增大变化不大，但在雷诺数较大时，线拉伸随雷诺数增大而增大。

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接近式紫外光刻中图形失真的分析与预修正仿真

李木军;沈连婠;李晓光;赵玮;刘雳颋;郑津津

. 2008, 44(11): 69-74.

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接近式紫外光刻中光刻胶图形形状失真是影响基于紫外光刻工艺的大深宽比微结构质量的重要因素之一。为把握其规律，并探寻减小光刻胶模型形状失真的对策，利用部分相干光理论建立光刻理论模型，计算光刻胶表面的光强分布及变化规律，模拟得到的光刻胶图形轮廓明显地呈现拐角圆化和直边带毛刺等畸变现象。提出一种应用遗传算法的误差预补偿方法，在掩模图形的设计阶段，调整引起衍射的掩模特征形状以实现光刻胶表面的衍射光场调制，并根据光刻胶曝光轮廓特点，提出一种分段分类的思想，设计评价策略，减小问题的求解空间，实现了掩模设计图形的快速优化。结果表明优化补偿后的掩模图形降低了衍射造成的曝光图形的形状失真程度，图形质量得到了显著改善。该研究为提高接近式紫外光刻精度提供了一种新的思路。

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振动式压电发电机及其在无线传感器网络中的应用

温志渝;温中泉;贺学锋;廖海洋;刘海涛

. 2008, 44(11): 75-79.

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为了预测基于悬臂梁结构的振动式压电发电机的固有频率、输出电压和输出功率等关键参数，通过理论分析得到了悬臂梁式压电发电机的理论模型，该模型比Roundy模型与试验结果更加吻合。针对故障诊断无线传感节点瞬时功率大、平均功率小的特点，设计了基于多振子的功率调节电路，当主回路超级电容器储存的电能可以使无线传感节点正常工作时，将主回路打开，开始进行测量和向监测中心传送数据。在轮船发动机上进行的现场试验表明振动式压电发电机可以为无线传感器节点供电。

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微纳米生物机器人与药物靶向递送技术

刘菡萏;王石刚;徐威;梁庆华

. 2008, 44(11): 80-86.

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微纳米生物机器人与生物医学的结合可以解决传统医学无法解决的问题，从而显示出了其巨大的发展潜力。将微纳米生物机器人作为药物载体用于药物靶向递送技术，是机器人学、动力学、纳米科学、生物学和医学等多学科的交叉产物，对于治疗癌症、心血管疾病等具有特别的临床意义。但当前国内外的微纳米生物机器人及药物靶向治疗的整体发展水平仍处于基础研究阶段，还存在许多不足。介绍目前主要的药物靶向递送技术——磁性药物靶向及其实现机理和应用进展，总结目前存在的问题和可能解决的方法，提出以磁性红细胞作为机器人而组成的药物载体机器人群的概念，将纳米磁性红细胞机器人群应用到药物靶向递送技术上，由于与其他药物载体相比磁性载药红细胞具有强大的优势，使得它们可以很好地解决药物靶向递送过程中遇到的问题，并得到最优的、可控的、准确靶向及高浓度的药物递送机制。最后展望微纳米生物机器人在生物医学特别是药物靶向递送领域的未来前景及巨大的发展潜力。

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泵控缸电液技术研究现状、存在问题及创新解决方案

权龙

. 2008, 44(11): 87-92.

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降低液压系统的能耗、噪声，减小废油处理对环境的污染，最直接的方法是采用无节流损失的泵控技术，通过改变泵转速或泵排量，使泵输出流量和压力与负载要求完全匹配。在论述泵控液压缸技术特征、现状和存在问题的基础上，根据双作用叶片泵(马达)和轴向柱塞泵结构特点，提出两种新的配流原理，解决差动缸流量不对称影响控制的难题。采用新的配流原理，无需辅助元件，只用一台泵就可闭环控制差动缸的运动，具有能量效率高、结构紧凑和成本低的优势。进一步对这两种配流原理和采用这两种配流原理控制差动缸的系统集成方案作了论述和研究，研究成果对实现液压控制技术的绿色化具有理论和实际意义。

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多层前向网络的动态结构设计方法及其在回弹预测中的应用

韩利芬;李光耀;韩旭;王卫平;冯剑军

. 2008, 44(11): 93-98.

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从构造的角度，开展神经网络的动态结构设计研究，提出一种基于泛化的多层前向网络动态结构设计方法，编制了相应的计算程序。在该方法中，基于Ockhams RAZOR原则，从一个较小的基本网络开始，通过动态增加隐结点或隐层，综合运用网络泛化能力的多种改进方法，改进的BP算法以及快速搜索机制和全局搜索机制相结合确定学习速率、动量系数、跳跃因子和正则化系数的方法，采用网络权值的局部和全局调节方案，对多层前向网络进行动态结构设计。上述方法在凸凹弧翻边回弹预测中的应用实例表明，运用该方法设计的网络具有较好的计算精度。

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基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析

王卫忠;赵杰;高永生;蔡鹤皋

. 2008, 44(11): 99-104.

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由于可重构机器人构型的多样性，其动力学的分析方法要求建模方便，并且具有通用性。基于此，讨论在运动螺旋和力螺旋的基础上采用拉格朗日方程建立机器人动力学方程的方法。采用运动螺旋和力螺旋表示，可以对机器人各杆件建立统一的坐标系，方程可表示成简洁的形式；可方便地实现力/力矩在不同坐标系之间的转换及末端执行器上的力/力矩与各关节力矩之间的转换，适合分析复杂的受力情况。动力学拉格朗日方程为封闭显式状态方程，便于进行构型的设计和校验、运动仿真以及控制系统的分析与综合，适应可重构机器人构型多变的特点。最后给出动力学分析的具体方法和步骤，并对一个典型的可重构机器人构型进行仿真计算。

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换热管内液轮机的转速计算

林靖宇;林清宇;林榕端

. 2008, 44(11): 105-111.

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进行换热管内液轮机转子内流体运动分析，根据动量矩定理求得液流给液轮机的转动力矩及液轮机所受阻力矩，在定态流动时液轮机恒速转动，转动力矩与阻力矩应平衡，由此推导出液轮机的转速计算式。进行15种不同参数液轮机的转速特性试验，试验结果与理论表达式比较一致。理论分析及试验结果均表明，影响换热管内液轮机转速的主要因素是流体轴向流速及叶片螺距。流体轴向流速越大，液轮机转速越高，两者呈线性关系；叶片螺距越大，液轮机转速越低。提出表征换热管内液轮机特征的无因次准数，无因次准数关联了液轮机转速及影响转速的两个主要参数——流体轴向流速和叶片螺距。

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自旋对弹流油膜影响的试验研究

栗心明;郭峰;耿美香

. 2008, 44(11): 112-115.

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利用自制的旋滑式光干涉弹流薄膜测量系统，对带有自旋的钢球—玻璃盘接触副形成的弹流油膜形状和厚度进行试验研究。采用新的方法来获得自旋，即通过调节接触副与玻璃盘旋转中心的距离改变自旋分量的大小。试验结果表明，自旋导致油膜厚度降低，油膜形状也失去了经典的马蹄形相对卷吸中心线的对称性。当卷吸速度增加时，油膜厚度增加，油膜形状的非对称性增强；载荷增加，油膜厚度减小，油膜形状的非对称性增强；偏心距增加，油膜整体厚度增加，两侧油膜厚度差别减小，油膜形状的对称程度增加。

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差速驱动式移动焊接机器人动力学建模

张轲;吴毅雄;吕学勤;金鑫

. 2008, 44(11): 116-120.

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采用牛顿－欧拉法，分析差速驱动式移动焊接机器人系统的左右驱动轮和机器人本体对焊炬点的动力学行为。为了实现机器人本体和滑块的联合控制，进一步研究滑块的动力学行为，建立了移动焊接机器人系统完整的动力学模型。由于模型的复杂性和不确定影响因素，基于动力学模型进行控制器的设计是不切实际的。为便于控制器的设计，最后结合实际应用情况对模型进行合理简化，并转化为状态空间方程。应用Matlab对移动焊接机器人进行动力学仿真建模，模型的建立为差速驱动式移动焊接机器人的机构设计、稳定性分析以及控制器设计提供了理论依据。

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无阀压电微流体泵工作特性与结构参数

鲁立君;吴健康

. 2008, 44(11): 121-125.

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根据平面无阀压电微流体泵的结构特点，采用厚度平均的浅水模型和有限元法，得到微流体泵液体－振动片耦合方程。耦合方程的模态分析给出硅片一阶模态自然频率和振型，以及硅片振幅－频率关系。在模态分析之后，加入压电力考察振动片响应、微泵流动特征和微泵流量。同时研究微泵结构参数(微泵压电片半径、扩散管长度、最小宽度、扩散张角)对微流体泵液—固耦合系统的自然频率、振动片振幅和微泵流量的影响，得出对微流体泵优化设计有重要意义的结果。

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层错能在剧烈剪切变形时对晶粒细化的影响

汪建敏;周孔亢;陆晋;许晓静;姜银方

. 2008, 44(11): 126-131.

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基于等通道角挤压晶粒细化技术，研究不同材料在相同工艺条件下为什么其晶粒演化过程会出现较大的差异，提出晶体结构与层错能在等通道角挤压过程中的剧烈剪切变形对纳米/超细晶粒组织塑性变形及晶粒细化机制的影响。试验采用中低层错能的面心立方晶格纯铜和中高层错能的体心立方晶格中碳钢作为试验材料，挤压工艺采用冷挤压和Bc工艺路径。试验结果表明，中高层错能的体心立方晶格金属是以交滑移和位错分割方式使晶粒细化；中低层错能的面心立方晶格金属是以位错分割和孪生方式使晶粒细化。金属层错能越高，剧烈剪切变形时交滑移作用越大，晶粒细化的速度也越快。体心立方结构的钢在等通道角挤压四道次后可获得均匀的纳米/超细晶粒组织，而面心立方结构的铜挤压八道次后才可获得均匀的超细晶粒组织。

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基于缺陷分布形式的粉末冶金涡轮盘可靠度计算模型

魏大盛;杨晓光;王延荣

. 2008, 44(11): 132-137.

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为研究微缺陷对粉末冶金涡轮盘可靠性的影响，在有限元分析结果的基础上，基于国内粉末盘中缺陷分布的概率特点，建立针对低循环疲劳裂纹萌生和裂纹扩展失效模式的可靠度计算模型。该模型可计算不同缺陷分布形式、不同循环载荷条件下的轮盘可靠度。对某型粉末盘失效概率的分析表明：表面质量是导致粉末盘失效的重要因素，这同大量试验研究结果相一致，对粉末盘的设计和使用具有工程指导意义。

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铁路货车横向非线性动态行为的理论与试验研究

翟婉明;王开云;陈建政

. 2008, 44(11): 138-144.

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运用车辆－轨道耦合动力学理论，建立三大件式转向架货车与轨道结构耦合动力学模型，详细考虑货车系统非线性特性，包括轮轨接触非线性、轴箱间隙非线性、楔块干摩擦非线性及转向架抗菱刚度非线性等。以我国广泛运用的转8A转向架货车为例，从理论上分析货车的横向非线性运动稳定性。结果表明，空车蛇行失稳临界速度仅为78 km/h。实车运行试验的结果表明，当该型货车空车以75 km/h速度在直线轨道上运行时，车体表现出剧烈的横向蛇行运动现象，蛇行运动主频为2.69 Hz，蛇行波长为7.745 m。

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隐性函数S-压缩贝叶斯故障识别方法

王雪;毕道伟;丁梁;王晟

. 2008, 44(11): 145-151.

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支持矢量机(Support vector machines，SVM)已经在小样本故障识别中得到了广泛应用。与之对比，由于先验知识获取和非线性识别较难实现，基于贝叶斯概率的故障识别方法应用较少。针对上述问题，提出隐性函数S-压缩贝叶斯故障识别方法(LS-BFR)。LS-BFR以高斯随机过程和贝叶斯概率为基础，以高斯回归作为隐性函数，通过S-压缩对回归输出进行变换使其具有概率意义，利用贝叶斯概率实现故障识别。为提高LS-BFR非线性故障识别效果，引入核函数方法在高维空间进行隐性高斯过程回归，并给出基于贝叶斯参数估计的核函数参数选择方法。在转子试验台上模拟了不对中和不平衡故障，并利用LS-BFR进行故障识别。试验结果表明，基于隐性函数和S-压缩的LS-BFR方法能有效地进行小样本故障识别，且识别效果优于SVM。

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基于GF集的锻造操作机构型方法

余发国;高峰;史巧硕

. 2008, 44(11): 152-159.

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为了发展新型锻造操作机，提出基于GF集的锻造操作机构型方法及其构型法则。阐述一种包含移动项和转动项且转动项转动轴线交于一点的特殊集合GF集的概念及构型特点；研究GF集中移动项对转动项转动轴线位置的影响，提出并证明了移动对转动轴线位置影响定理，基于此定理定义了GF集的求和与求交的运算法则；将锻造操作机要求实现的运动分解为由钳杆提升、俯仰和沿操作机前进方向的运动组成的主运动以及由操作机侧移和侧摆组成的次运动两部分，从这两部分的运动入手，采用GF集方法构造出一系列锻造操作机。从锻造操作机的构型过程来看GF集方法是一种直观的构型方法，该方法为锻造操作机构型提供了一种新思路。

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滚动轴承故障信号的多尺度形态学分析

郝如江;卢文秀;褚福磊

. 2008, 44(11): 160-165.

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数学形态分析是数字信号处理的一种非线性分析方法，滚动轴承故障信号是一种非线性非平稳信号。为了提取不同类型故障特征，利用多尺度形态学分析对滚动轴承故障振动信号建立一种不同于时频分析的信号特征描述方法。采用多尺度形态开运算得到故障信号的形态谱，定量反映了信号在不同尺度下的形态变化特征；由形态谱曲线计算形态谱熵，定量描述不同信号的形态特征。通过试验数据的分析以及与峭度和共振包络解调方法的对比，表明多尺度形态学分析方法计算效率高，特征描述准确简单，为轴承故障信号的分析、识别和分类提供了新的思路。

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基于自适应时频分解的瞬态冲击信号提纯

刘小峰;柏林;秦树人

. 2008, 44(11): 166-170.

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在分析非平稳振动信号中瞬态冲击信号和平稳振动信号各自特点的基础上，发展了新的提纯机械故障冲击成分的信号处理方法。首先选择Chirplet基函数将被分析信号自适应展开，得到噪声抑制，高分辨率且无交叉干扰项的自适应时频谱，然后分别使用了两种方法从自适应时频谱中恢复出瞬态冲击分量。一种是采用振动冲击信号模型的时频分布去逼近时频滤波后的冲击分量时频分布，继而借助信号模型重构出冲击分量；另一种是根据冲击信号的Chirplet基函数的参数表达特征，直接选择所需基函数对冲击分量进行重构。最后，采用这两种方法分别对齿轮和轴承的故障信号进行分析，分析结果验证了这两种方法对瞬态冲击信号提取都非常有效，在机械故障诊断中有很大的参考价值。

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CVT轻度混合动力系统电动机和发动机联合工作模式下的系统效率优化

秦大同;胡明辉;杨亚联;舒红

. 2008, 44(11): 171-177.

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进行无级变速器(Continuously variable transmission, CVT)轻度混合动力电动汽车关键部件效率的试验数值建模，基于效率数值模型和系统的纵向动力学方程，分析推导出混合动力电动汽车驱动工况不同工作模式下的系统效率计算公式，得到了系统效率优化模型，利用序列二次规划算法对CVT轻度混合动力电动汽车驱动工况的系统效率进行优化计算，从而确定了驱动工况不同工作模式下的最佳电动机/发电机输出功率和最佳CVT速比，为驱动工况下CVT轻度混合动力汽车系统效率的提高和控制策略的优化提供了方法和依据。

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双离合器式自动变速器起步的智能控制及性能仿真

杨伟斌;陈全世;吴光强;秦大同

. 2008, 44(11): 178-185.

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在综合考虑驾驶员的起步意图、发动机的运行状态及离合器接合状况的基础上，提出基于模糊智能控制的电作动型双离合器式自动变速器(Dual clutch transmission, DCT)的起步控制策略。确定了起步控制系统中的各种控制参数，发动机运行状态的控制参数为其实时转速与目标转速的偏差，离合器接合状况的控制参数为其主从动片的转速差与主动片转速的比值，根据加速踏板开度及其变化率的大小，实时识别出驾驶员的起步意图。基于优秀驾驶员的操作经验，制定了驾驶员意图及离合器接合速度的模糊控制规则。从DCT起步过程中离合器的接合速度、冲击度和滑摩功三个方面，分析模糊推理系统中三角型及高斯型隶属度函数的缺点。提出基于均匀设计方法的隶属度函数的优化方法，获得了较佳的隶属度函数组合，利用快速起步、慢速起步、坡道起步及驾驶员意图多变的起步工况验证了所制定控制策略的合理性。

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基于大小气缸与大小活塞的新型发动机系统性能预测分析

李建锋;吕俊复;杨海瑞;刘青;岳光溪

. 2008, 44(11): 186-191.

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为提高现有内燃发动机的热效率，在分析斯特林发动机以及常规发动机特点的基础上提出基于大小气缸与大小活塞的带回热器的新型发动机系统。气体在该新型发动机系统的小气缸中受到压缩，压缩的过程中喷入水雾以便降低压缩功耗。压缩后的气体在回热器中受到初步加热后进入大气缸，与喷入大气缸中的燃料混合、燃烧并做功，做功后的气体在回热器中放热后被排入大气。在对系统深入分析的基础上，建立新型发动机系统的性能计算模型。利用数学模型，计算该新型发动机系统热效率在不同压缩比、不同的最高工作温度以及不同的活塞效率条件下的变化规律，并与相同条件下的常规奥托循环与狄塞尔循环的热效率进行对比。结果表明，这种新型发动机系统比常规发动机具有更高的热效率，最多可以提高20%以上。而且新型发动机系统的效率还随着回热器的效率增加而增加，增幅可以接近10%。

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基于移动最小二乘响应面方法的整车轻量化设计优化

张勇;李光耀;钟志华

. 2008, 44(11): 192-196.

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汽车轻量化是汽车产业发展方向之一，也是一个汽车厂商和国家技术进步、先进程度的重要标志。优化汽车的结构设计是实现汽车轻量化的有效途径之一，文中采用拉丁方试验设计方法进行样本数据设计，同时，为了提高了计算效率，将基于移动最小二乘拟合的响应面近似模型引入到整车正碰优化设计的复杂系统中，并利用序列响应面优化方法对近似模型进行优化，避免了整车碰撞传统优化设计方法计算量大，且在碰撞非线性系统优化中常常易导致收敛缓慢甚至不收敛的缺点。在满足了CMVDR294安全法规的同时，使汽车车身一些部件的板厚达到合理的配置，从而达到使汽车重量得到一定程度的减轻的目的。

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新型续流增磁直流电动机驱动控制系统

李军求;张承宁;邵桂欣

. 2008, 44(11): 197-202.

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为消除传统型直流电动机驱动控制系统在电动汽车应用时存在的缺陷，依据弱磁调速的控制思想，研制出新型的续流增磁电动机及其驱动控制系统。依据该电动机控制系统原理图和试验数据，分析系统弱磁调速原理和工作特性。与传统型串励直流电动机相比，该系统在控制思想、控制结构和再生制动性能方面均具有极大的优越性。热量考核试验表明高频工作中的IGBT开关损耗对控制系统温升影响显著。试验结果和装车试验显示，该系统抗干扰能力强、调节速度快、平稳性好，低速增磁增扭和高速弱磁增速的特性能很好地满足电动公交大客车的动力特性要求。

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液压轴向柱塞泵配流盘气蚀机理

刘晓红;于兰英;刘桓龙;柯坚

. 2008, 44(11): 203-208.

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对轴向柱塞泵配流盘进行气蚀试验。在试验条件相同的情况下，根据减压槽处结构不同的配流盘，得到两种截然不同的气蚀破坏结果。针对试验中两种配流盘的配流过程进行计算流体动力学(Computational fluid dynamics，CFD)解析，得到了配流盘不同位置的速度分布，以及压力、速度随缸体转角的变化曲线；得出配流盘发生气蚀的机理，即气蚀不仅取决于配流盘附近的速度和压力大小，还取决于速度的方向——射流角；提出通过改变配流盘结构，将油液回冲阶段初期的射流角控制在30°～60°内来减少配流盘上气蚀的方法。根据配流盘气蚀产生的机理将油液回冲阶段初期的射流角控制在30°～48°，经过试验，就气蚀破坏来讲配流盘的寿命延长到了原来的4倍多。

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工艺参数对多楔轧件接口质量的影响规律

赵静;束学道;胡正寰

. 2008, 44(11): 209-214.

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楔横轧多楔成形工艺是生产长轴类零件的先进方法，但生产过程中模具工艺参数对轧件接口质量的影响比较复杂。根据楔横轧多楔模具的工艺特点，建立多楔轧制长轴类零件的三维有限元模型。基于ANSYS/LS-DYNA有限元模拟软件，在不同模具工艺参数下对多楔轧制过程进行了有限元模拟，得到模具工艺参数对轧件接口质量的影响规律。在与模拟工艺参数相同的条件下进行轧制试验，试验结果和模拟结果一致。通过对理论模拟和轧制试验获得结果的分析，得到工艺参数中过渡角对轧件的接口质量影响最大、展宽角对轧件接口质量影响最小的结论。综合考虑各工艺参数的影响，给出保证轧件接口质量良好的过渡角选择范围。研究结果为多楔成形长轴类零件的模具设计提供理论依据和参考。

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结构光直线光条图像特征的三步法提取

周富强;王飞;张广军

. 2008, 44(11): 215-219.

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提出一种三步法直线光条图像特征自动提取方法。计算光条各点的HESSIAN矩阵以确定其法线方向，在法线方向利用泰勒级数展开求得光条中心点的亚像素图像坐标，利用光条中心点的空间位置连续性约束，将相邻光条中心点连接成曲线。采用直线近似方法将曲线拆分为独立直线。将位于不同独立直线上的共线点进行融合，构成新的融合直线，通过融合直线长度约束和近似直线的角度约束，分割出单一直线光条的中心点，采用最小二乘直线拟合方法得到结构光直线光条的方程。通过对真实图像的试验，结果表明，提出的三步法直线光条提取方法，能够自动提取出复杂背景中的直线光条，为线结构光视觉测量的现场应用奠定基础。

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基于单点预瞄最优曲率模型的单轨车辆驾驶员模型

丁能根;冉晓凤;张宏兵

. 2008, 44(11): 220-223.

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单轨车辆动力学特性研究一般需要一个合适的驾驶员模型。基于郭孔辉的单点预瞄最优曲率模型，利用车辆转向时的Ackerman几何关系和稳态转向时横垂面内力的平衡分别确定目标转向角和目标侧倾角，建立适用于单轨车辆的驾驶员模型。模型重点考虑了驾驶员的预瞄、驾驶员对转向手把的转向力矩输入、驾驶员上半身在车座上绕通过髋部的纵向轴线转动的侧倾力矩输入以及驾驶员的动作滞后。为使实际转向角和侧倾角跟随目标转向角和目标侧倾角变化，转向力矩和侧倾力矩皆采用PD控制。采用ADAMS软件建立了驾驶员—车辆闭环动力学模型，并按双移线和蛇行两种典型行驶工况进行仿真。仿真结果表明车辆可以很好地跟随所设定的路径，验证了驾驶员模型的合理性。所建立的驾驶员模型适用于单轨车辆人—车闭环控制模型的动力学仿真研究。

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车辆主动悬架用电机作动器的研制

曹民;刘为;喻凡

. 2008, 44(11): 224-228.

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针对现有车用液力式主动悬架作动器普遍存在的响应慢、能耗大、蓄能效率低和结构复杂等不足，提出采用滚珠螺旋传动式无刷电机作动器的电机蓄能式主动悬架，并对该主动悬架的结构原理和电机作动器的创新设计方案。并以某中级轿车半独立后悬架作为试验对象，对电动机作动器的弹性元件、滚珠丝杠和无刷电动机等重要部件进行结构设计以及对输出特性进行分析推导。试制出电机作动器的功能样机，并对电气特性和被动响应特性进行测试分析，初步验证了该电机作动器的可行性和有效性，同时还阐述在有待进一步改进的设计缺陷，以及尚须进一步测试的主动控制响应和电磁蓄能特性等性能指标。

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低附路面汽车动力学稳定性控制系统控制策略

李亮;宋健;于良耀;黄全安

. 2008, 44(11): 229-235.

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分析低附条件下轮胎－路面的附着特性和轮胎力特性，建立基于HSRI轮胎模型的四轮2自由度模型，分析汽车在实际工况下的动力学稳定特性。应用β法分析汽车车身稳定性控制的可控区间，结合车身稳定特性、前后轴稳定特性、轮胎稳定特性，确定低附路面上汽车动力学稳定性控制系统对侧偏角、横摆角速度状态偏差的控制目标。基于上述分析开发出低附路面汽车动力学稳定性控制策略，并通过仿真和实车试验验证了控制效果。

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小波相关特征尺度熵和隐半马尔可夫模型在设备退化状态识别中的应用

曾庆虎;邱静;刘冠军

. 2008, 44(11): 236-241.

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为正确识别机械设备当前所处的退化状态，预防设备进一步退化和故障的发生，提出一种基于小波相关特征尺度熵和隐半马尔可夫模型(Hidden semi-Markov models, HSMM)的设备退化状态识别新方法。对采集到的设备振动信号进行小波相关滤波处理，得到信噪比较高的尺度域小波系数，在此基础上结合信息熵理论提出了沿尺度分布的小波相关特征尺度熵概念。构造信号的小波相关特征尺度熵/矢量，并以此矢量作为HSMM的输入进行训练，建立基于HSMM的机械设备运行状态分类器，从而实现设备退化状态的识别。以滚动轴承为例，对正常和几种故障程度不同的滚动体运行状态进行了识别，同时还与基于小波相关特征尺度熵-HMM的状态识别法进行了比较，试验结果表明该方法能有效识别设备的退化状态。

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基于等效滑移率变化率的汽车防抱制动系统模糊直接自适应控制

王国业;刘昭度;胡仁喜;王斌

. 2008, 44(11): 242-247.

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针对汽车防抱制动系统(Antilock brake system，ABS)车轮角减/加速度和滑移率逻辑门限值控制方法以及常规汽车ABS模糊控制方法的滑移率控制精度不高的缺点，提出汽车ABS模糊直接自适应控制。针对通常将滑移率跟踪误差变化率，或车轮角加/减速度跟踪误差作为汽车ABS模糊控制器输入量其计算值不够准确的缺点，提出车轮等效滑移率变化率的概念和算法，采用车轮滑移率跟踪误差和等效滑移率变化率作为ABS模糊控制系统的输入量，设计出常规ABS模糊控制器，作为ABS闭环控制系统的模糊逼近控制器；采用直接自适应控制方法设计出ABS模糊补偿控制器；它们组成ABS闭环控制系统模糊直接自适应控制器。仿真研究和实车试验表明，该控制器应用于汽车ABS系统取得良好的控制效果，且算法简单、具有实际应用价值。

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基于6σ的稳健优化设计在薄板冲压成形中的应用

孙光永;李光耀;陈涛;郑刚

. 2008, 44(11): 248-254.

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薄板冲压成形过程中，其设计变量和噪声因素都具有一定的波动，都存在不确定性。传统的优化设计由于忽略不确定因素的影响，当设计变量产生波动时，往往会导致设计最优目标超出约束界限或者目标函数对设计变量的波动极为敏感，从而使设计失效。采用自主开发的STLMesher软件建立了模具的参数化模型，在此基础上将试验设计、能代表实际冲压过程精度较高的近似模型和蒙特卡罗模拟技术相结合，构造了基于产品质量工程的6σ稳健优化设计方法。该方法在设计初始阶段就考虑了各种不确定因素的影响，因此在获得近似最优解的同时能够提高设计变量的可靠性和目标函数的稳健性，大幅提高产品的质量。在优化过程中调用的是近似模型，能大大减少调用有限元模型的次数，提高优化效率。算例表明，该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。

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热带钢轧机线性变凸度工作辊的研制及应用

何安瑞;杨荃;陈先霖;赵林;董浩然;徐延强

. 2008, 44(11): 255-259.

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为改善轧机的板形调控性能，在分析连续变凸度(Continuously variable crown，CVC)辊形技术的板形控制特性的基础上，开发出用于热带钢轧机的线性变凸度(Linearly variable crown，LVC)工作辊辊形技术及其相应的板形控制模型。LVC技术的板形调节能力与窜辊量成线性关系，同时与带钢宽度成近似线性关系。在满足宽带钢板形控制要求的同时，提高轧机对窄带钢的板形控制能力，使轧制各种规格带钢时所需弯辊力处于合理的的幅值。在1 700 mm热带钢轧机上一年多的工业应用表明，采用LVC工作辊后，板形控制精度提高30%以上，尤其是轧制高强度钢种时，凸度下降显著，轧制公里数一般都大于55 km，磨损辊形和轧辊消耗与常规工作辊基本一致。

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履带车辆感应电动机驱动系统匹配理论

孙逢春;陈树勇

. 2008, 44(11): 260-266.

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为了把以某15 t级装甲履带车辆的机械传动系统改装成双电动机独立驱动电传动系统，体现电传动履带车辆的优点，依据该型车辆的整车设计参数和动力性能指标参数，对驱动系统中感应电动机、侧传动性能参数进行合理匹配计算。运用现代设计理论与方法——协同仿真与虚拟样机技术，借助控制系统分析软件Matlab/Simulink和多体动力学分析软件RecurDyn/ Track-HM，对整车行走系统及电动机驱动系统进行了建模与协同仿真，并提出转矩控制策略。对加速性能、最高车速、最大爬坡度和原地转向等四种不同极限工况下驱动性能的仿真结果均得到国内首台电传动履带车辆原理样车实车路况试验结果验证，从而说明匹配是合理可行的，协同仿真模型及控制策略是正确的。对提高国内电传动履带车辆的研究水平具有重要的现实意义。

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金属板材服役状态下应力场的动态检测方法

陈志红;任学平;陈冷;毛卫民

. 2008, 44(11): 267-271.

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对304不锈钢板材服役条件下动态力学行为检测进行设计和探索。通过X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)在线检测，对不锈钢板材在圆形孔模拟缺陷存在时，不同加载方式、载荷大小条件下的动态服役过程中的应力分布进行研究。明确金属板材在动态服役过程中的应力分布与载荷大小、加载方式之间的关系。利用自行设计开发的金属板材服役行为动态检测系统，测得的304不锈钢薄板内孔周边的应力分布与理论值吻合很好，且外加载荷与最大应力成线性关系。初步实现了金属板材服役状态下力学行为的检测，该检测方法可为开发全方位的检测系统提供一定的技术基础。

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瞬变载荷下巨型水压机液压操作控制策略

谭建平;黄长征;刘彬;周俊峰

. 2008, 44(11): 272-276.

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通过对巨型水压机液压操作控制系统的负载分析得知，其负载即分配阀心开启力在控制过程中出现瞬变，且变化幅度很大，影响控制系统的鲁棒性和控制精度。针对该载荷特点,提出PID-H∞串级闭环控制策略，将液压操作控制系统的瞬变载荷当成控制系统的干扰信号，设计控制器，建立数学模型。将该控制策略应用于300 MN模锻水压机液压操作控制系统，对单一PID控制和PID－H∞复合控制进行仿真比较。仿真结果和工业应用表明，采用PID-H∞串级闭环控制较单一PID控制能更好地抑制瞬变载荷的干扰作用，提高系统的鲁棒性和控制精度。

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基于等距曲面的弧面凸轮单侧面数控加工刀位优化算法

孔马斌;胡自化;李慧;陈小告;张平

. 2008, 44(11): 277-282.

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针对弧面凸轮廓面的多轴数控加工，在分析现有各种加工工艺方法，尤其是分析单侧面加工方法存在的不足的基础上，围绕减小加工得到的实际廓面与理论设计廓面的极差，提出一种以刀轴轨迹面与凸轮廓面等距曲面的极差最小为优化目标的弧面凸轮单侧面数控加工刀位数据计算的优化算法。所建立的刀位优化算法综合了不可展直纹面侧铣加工的两点偏置算法和三点偏置算法的优点。通过实例对各种单侧面刀轨规划算法进行加工误差综合对比分析，结果表明所建立的刀位计算优化算法正确有效，可显著减小编程误差，为进一步提高弧面凸轮单侧面加工精度和完善加工工艺奠定了扎实的理论基础。

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基于压电元件的主动弹性隔振系统理论与试验

曹青松;李维嘉

. 2008, 44(11): 283-289.

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基于力作动器的传统主动隔振理论已得到广泛研究和较多应用，但要求较高的作动器功率，因此限制了较小功率的压电元件在主动隔振上的应用。将压电元件粘贴于一定形状的弹性元件上，构造成主动弹性隔振器件，使其具有传统被动弹性隔振器与主动隔振器两者的优点。通过综合考虑隔振系统的性能指标与主动弹性隔振器的自身能力，建立主动弹性隔振系统的理论模型，推导并分析反馈控制、前馈控制在主动弹性隔振系统中的应用框架。试验研究基于压电元件的Z形主动弹性隔振系统，通过采用粘贴其上的压电元件作为隔振器的作动器与检测隔振器内部性能的传感元件，用加速度信号作为隔振系统性能指标信号，分别采用前馈与反馈控制算法有效地实现了振动源的隔离。

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双层直斜叶及其组合桨搅拌槽三维流场数值模拟

梁瑛娜;高殿荣

. 2008, 44(11): 290-297.

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采用计算流体力学的方法，对双层六直叶涡轮桨、双层六斜叶涡轮桨以及双层六直斜叶交替涡轮桨搅拌槽流场进行研究。利用Laminar层流模型对其在甘油与水的混合物中产生的流场进行数值计算，得到三种不同结构形式的双层桨以恒转速200 r/min在搅拌槽内转动时所产生的流场结构，对比分析轴向、径向和周向的速度矢量图、速度云图以及速度分布曲线，为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了理论依据。

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新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构

伞红军;钟诗胜;王知行

. 2008, 44(11): 298-303.

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提出一种新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构。机构的运动平台通过两个相邻的TPR分支运动链和两个相邻的TPS分支运动链与固定平台相联接。每个TPR分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个转动副R组成，一端通过胡克铰T与固定平台相联，另一端通过转动副R与运动平台相联；每个TPS分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个球面副S组成，一端通过胡克铰T与固定平台相联，另一端通过球面副S与运动平台相联。运用约束螺旋理论，对机构的运动性质和奇异位形进行分析。机构运动平台具有沿两个TPR分支所在平面的二维移动自由度，和以两个TPR分支胡克铰二级转动副轴线所在平面内的任何直线作为转轴的二维转动自由度。选取4个分支运动链的移动副作为驱动副，发现了机构可能出现的四种奇异位形。

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基于矩阵分解的一般6R机器人实时高精度逆运动学算法

刘松国;朱世强;王宣银

. 2008, 44(11): 304-309.

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为解决现有的一般6R机器人实时逆运动学算法存在计算过程复杂和有增根的问题，提出一种优化的实时高精度算法。将6个基础逆运动学方程作变形处理，通过符号运算把目标矩阵从24阶降低到16阶，提高计算效率的同时消除了增根。采用矩阵特征分解方法求解关节变量，保证了算法的稳定性和精度。在VC++环境中编译和调用CLAPACK进行矩阵运算，所有计算过程采用C/C++语言和面向对象程序设计方法实现。求解实例表明，提出的算法能在平均1.37 ms内得到一般6R机器人的16组逆运动学解，并使对应的正运动学末端位姿矩阵元素精确到小数点后12位，可用于实时高精度在线控制。

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3自由度气浮台力学性能研究——自重作用下平台结构平衡敏感性分析

李延斌;王祖温;包钢;高有华

. 2008, 44(11): 310-316.

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基于运动弹性动力学理论建立3自由度气浮台平台的力学模型。根据航天器姿态动力学理论推导出自重作用下在气浮台姿态变化过程中平台质心变化公式和所需配重公式，从而获得气浮台平台不平衡力矩的计算公式。应用有限元法计算不同结构参数值组合时平台自重变形产生的不平衡力矩；探究结构各方向刚度相同时参数的变化对不平衡力矩的影响，提出使平台结构不平衡力矩为零的平衡点概念；分析平台结构参数变化对不平衡力矩影响大小即平衡敏感性与平台结构刚度之间的关系。结果表明，平台结构中存在许多使平台各方向刚度相等从而不产生不平衡力矩的平衡点。在每个平衡点处，结构参数值的略微变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响相差很大。结构刚度越大，结构参数值变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响越小，即平衡敏感性越低。

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2008年, 第44卷, 第11期　
刊出日期：2008-11-15

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