基于卡尔曼滤波算法的车辆振动状态估计与最优控制研究.pdf

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1、汽车技术·AutomobileTechnology基于卡尔曼滤波算法的车辆振动状态估计与最优控制研究★钟孝伟1陈双1张不扬2(1．辽宁工业大学，锦州121000；2．吉林大学，汽车仿真与控制国家重点实验室，长春130022)【摘要】在建立2自由度1／4车辆悬架振动模型基础上，提出了利用卡尔曼滤波算法估计车辆行驶振动状态的方法。通过设计卡尔曼滤波算法，对在不平路面上行驶车辆的车身垂向位移、垂向速度和车轮垂向位移、垂向速度状态进行估计，并通过Matlab／Simulink对估计效果进行验证。验证结果表明，该方法能够在不同路面、

2、不同车速下准确估计车辆的相关参数，为汽车主动悬架的最优控制提供了基础。主题词：汽车悬架状态估计卡尔曼滤波中图分类号：U461．4文献标识码：A文章编号：1000—3703(2017)05—0014—05ResearchonStateEstimationandOptimalControlofVehicleVibrationBasedonKalmanFilterAlgorithmZhongXiaoweil，ChenShuan91，ZhangBuyan92(1．LiaoningUniversityofTechnology，Jin

3、zhou121000；2．StateKeyLaboratoryofAutomotiveSimulationandControl，JilinUniversity，Changchun130022)【Abstract】Basedontheestablishmentofthetwo—degree-of-fkedom1／4vehicleactivesuspensionvibrationmodel，themethodtoestimatevehiclevibrationstatebyusingKalmanfilteralgorithmw

4、asproposed．TheverticaldisplacementandverticalvelocityofthebodyandwheelofvehiclesonunevenroadsurfacewereestimatedbythedesignoftheKalmanfilteralgorithm，andtheestimationeffectwasverifiiedbyMatlab／Simulink．TheresultsshowthattheproposedKalmanfilteralgorithmcanaccuratel

5、yestimatetherelevantvehicleparametersatdifferentspeedsandondifferentroadsurfaces，providingfoundationfortheoptimalcontrolofactivesuspension．Keywords：Automobilesuspension，Stateestimation，Kalmanfilterl前言主动悬架能根据汽车的行驶工况对悬架系统的刚度和阻尼特性进行动态自适应调节，使悬架系统始终处于最佳减振状态。在主动悬架控制(特别是

6、容错控制)研究中，车辆的状态估计至关重要，也是悬架控制器设计的基础n～。卡尔曼滤波算法是车辆系统状态估计中比较经典的一种算法，如文献【3]利用卡尔曼滤波算法对汽车横向速度、横摆角速度进行了估计，文献[4]采用卡尔曼滤波算法对汽车纵向和侧向速度进行估计，但目前对悬架状态变量估计的研究较少。针对汽车主动悬架最优控制中所需的状态变量问题，本文建立了基于卡尔曼滤波算法的车辆振动状态估计模型，用于估算车辆行驶在不平路面时的车身垂向位移、垂向速度、车轮垂向位移、垂向速度，为汽车主动悬架的最优控制提供基础。22自由度1／4车辆模型建立2

7、自由度1／4车辆悬架动力学模型口1，如图l所示。定义戈。为车身垂向位移，戈。为车轮垂向位移，kt为轮胎等效刚度，m。为车身质量，m：为车轮质量，kf为弹簧刚度，c，为悬架阻尼系数，q为路面激励。频域模型是广泛采用的路面模型。路面不平度功率谱密度用指数函数拟合，在一般情况下，当车辆以速。基金项目：国家自然科学基金项目(51605213)；辽宁省科技厅项目(201602367)；辽宁省教育厅科学研究项目(L2015227)。通讯作者：陈双(1979一)，女，辽宁锦州人，博士，副教授，研究方向为车辆系统动力学及控制，eslxy7

8、4@163．cor／l。一14一汽车技术钟孝伟，等：基于卡尔曼滤波算法的车辆振动状态估计与最优控制研究度w匀速行驶时，路面不平度功率谱密度表示为：Js。(，)=s。(凡。)凡。2彤2(1)式中，为时间频率；Sq(n。)为路面不平度系数；n0_o．1／m为标准空间频率。图12目由度1／4车辆悬架棋型由式(