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

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

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

3、整性約束條件，分析了誤差矢量在導航坐標系中的映射關系，并將汽車運動學模型用于分析汽車橫向操作的穩(wěn)定性。設計了驗證理想運動學模型的試驗方法，討論了所提出的汽車運動學模型中參數的匹配，并提出了一種汽車前輪轉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，必須準確的獲得當前車輛的行駛狀態(tài)。然而由于汽車自身的故障和環(huán)境的復雜性（如振動和顛簸），車輛總是較難控制。如果不能及時的估計汽車的行駛狀態(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，在基本汽車運動學模型的基礎上，研究了行駛車輛中的相關參數的軟測量方法，并通過試驗對車輛的縱向速度、側向速度、質心側偏角以及車輛側滑角的估計有效性進行了驗證。隨后利用汽車姿態(tài)角信息和車速信息，估計出汽車在行駛過程中的橫向速度偏差和垂向速度偏差，并提出用前進方向速度和推算速度的偏差作為行駛狀態(tài)的估計精度。實驗結果證明了該估計方法的有效性。
　　 在設計組合導航系統(tǒng)時，需要相應的仿真系統(tǒng)來測試導航系統(tǒng)的性能，

5、而此類組合導航仿真系統(tǒng)多為仿真飛行載體而設計。車輛的行駛特點更多的受到地面和地形特點的影響。針對該問題分析了常用航跡發(fā)生器原理，結合汽車運動學模型和航跡推算原理，提出了一個新的車輛航跡發(fā)生器，可以提供載體車輛在各個時刻的過程參數，對典型的車輛動作進行模擬。接著對慣性元器件，包括陀螺儀和加速度計進行了仿真。并通過慣性元器件仿真模塊組成一個適用于車載組合導航系統(tǒng)仿真的系統(tǒng)。對該系統(tǒng)進行了多種駕駛行為的仿真測試，驗證了仿真系統(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)進行了組合導航系統(tǒng)仿真試驗，驗證了仿真系統(tǒng)的有效性。
　　 組合導航系統(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據會對組合導航系統(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間序列數據進行差減操作求得相應的差減序列。由于跳躍點會影響兩個相鄰差減序列的統(tǒng)計特性，因此通過當前差減序列來估計即將來臨