汽車狀態(tài)軟測量和車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測技術(shù)研究.pdf

1、車載組合導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展以及各種濾波方法的成熟，使得組合導(dǎo)航系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。一方面如何利用其他技術(shù)，有效的克服慣導(dǎo)系統(tǒng)自身的缺陷，輔助提高慣導(dǎo)系統(tǒng)的性能;另一方面，對組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性也提出了嚴(yán)格的要求。此外，自主車輛的安全行駛及準(zhǔn)確的定位和組合導(dǎo)航系統(tǒng)不可分割，而采用車體外傳感器準(zhǔn)確地估計(jì)汽車的行駛狀態(tài)成為汽車主動安全的保障。
　　 在建立車體坐標(biāo)系和全局坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，本論文圍繞組合導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測，自主汽車的穩(wěn)定控制和狀

2、態(tài)軟測量技術(shù)進(jìn)行了研究，主要工作及創(chuàng)新性成果如下:
　　 建立了本文坐標(biāo)框架下的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差模型，研究了GPS坐標(biāo)變換方法的區(qū)別。對汽車的運(yùn)動學(xué)特性進(jìn)行了分析，建立了不考慮滑行、剎車等情況下的基本汽車運(yùn)動學(xué)模型。對該運(yùn)動學(xué)模型引入了阿克曼約束，給出了描述汽車運(yùn)動狀態(tài)的轉(zhuǎn)向角、航向角和轉(zhuǎn)彎半徑等物理量的計(jì)算公式。由于汽車在行駛過程中總會受到如側(cè)滑、剎車和側(cè)傾等的影響，其非完整性約束條件會被破壞，因此對該基本運(yùn)動學(xué)模型引入了非完

3、整性約束條件，分析了誤差矢量在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的映射關(guān)系，并將汽車運(yùn)動學(xué)模型用于分析汽車橫向操作的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)了驗(yàn)證理想運(yùn)動學(xué)模型的試驗(yàn)方法，討論了所提出的汽車運(yùn)動學(xué)模型中參數(shù)的匹配，并提出了一種汽車前輪轉(zhuǎn)向角的在線測量方法。
　　 要確定汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)，必須準(zhǔn)確的獲得當(dāng)前車輛的行駛狀態(tài)。然而由于汽車自身的故障和環(huán)境的復(fù)雜性（如振動和顛簸），車輛總是較難控制。如果不能及時(shí)的估計(jì)汽車的行駛狀態(tài)，極有可能發(fā)生事故。針對自主

4、汽車行駛中的主動安全問題，在基本汽車運(yùn)動學(xué)模型的基礎(chǔ)上，研究了行駛車輛中的相關(guān)參數(shù)的軟測量方法，并通過試驗(yàn)對車輛的縱向速度、側(cè)向速度、質(zhì)心側(cè)偏角以及車輛側(cè)滑角的估計(jì)有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。隨后利用汽車姿態(tài)角信息和車速信息，估計(jì)出汽車在行駛過程中的橫向速度偏差和垂向速度偏差，并提出用前進(jìn)方向速度和推算速度的偏差作為行駛狀態(tài)的估計(jì)精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該估計(jì)方法的有效性。
　　 在設(shè)計(jì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)，需要相應(yīng)的仿真系統(tǒng)來測試導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，

5、而此類組合導(dǎo)航仿真系統(tǒng)多為仿真飛行載體而設(shè)計(jì)。車輛的行駛特點(diǎn)更多的受到地面和地形特點(diǎn)的影響。針對該問題分析了常用航跡發(fā)生器原理，結(jié)合汽車運(yùn)動學(xué)模型和航跡推算原理，提出了一個(gè)新的車輛航跡發(fā)生器，可以提供載體車輛在各個(gè)時(shí)刻的過程參數(shù)，對典型的車輛動作進(jìn)行模擬。接著對慣性元器件，包括陀螺儀和加速度計(jì)進(jìn)行了仿真。并通過慣性元器件仿真模塊組成一個(gè)適用于車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)仿真的系統(tǒng)。對該系統(tǒng)進(jìn)行了多種駕駛行為的仿真測試，驗(yàn)證了仿真系統(tǒng)的合理性。接著用

6、誤差無抑制和有抑制兩種類型的卡爾曼濾波算法對該系統(tǒng)進(jìn)行了組合導(dǎo)航系統(tǒng)仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證了仿真系統(tǒng)的有效性。
　　 組合導(dǎo)航系統(tǒng)精度的好壞不但由濾波算法決定，而且還受到觀測信息精度的影響。GPS觀測信息中含有的故障數(shù)據(jù)會對組合導(dǎo)航系統(tǒng)造成深度污染，針對該問題提出了一種基于變長掃描模型的故障檢測方法。該方法對待檢測的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行差減操作求得相應(yīng)的差減序列。由于跳躍點(diǎn)會影響兩個(gè)相鄰差減序列的統(tǒng)計(jì)特性，因此通過當(dāng)前差減序列來估計(jì)即將來臨