基于卡尔曼滤波的主动悬挂控制技术研究

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应急救援车辆作为陆上救援的重要装备,需要在复杂多变的工作环境下保持良好的行驶平顺性和位姿稳定性。具有主动悬挂系统的应急救援车辆在不平路面下的行驶过程中能够通过实时调节车辆悬挂参数来抵消不同路面的冲击影响,从而可以有效改善车辆在不同等级路面下的行驶平顺性和位姿稳定性,因此对主动悬挂控制技术的研究有着重大的理论意义和实际应用价值。本文主要通过对车体位姿的数据融合算法和主动悬挂控制策略两个关键问题进行研究,在获取精确车身位姿的基础上对车辆的主动悬挂系统进行调控,来提高应急救援车辆在复杂道路行驶条件下的平顺性和位姿稳定性。首先,利用惯性测量单元(三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计)以及GPS提取车身位姿,针对未知系统噪声对数据融合算法的影响,通过改进自适应卡尔曼滤波对未知系统的观测噪声进行实时估计,实现对车辆状态参数的最优估计。其次,在搭建两种不同路面模型和九自由度非线性动力学模型的基础上,设计基于滑模理论的主动悬挂位姿稳定控制器,实现对车身位姿的控制调节,从而有效改善车辆的位姿稳定性与行驶平顺性。通过运用Matlab/Simulink仿真软件完成路面模型、车辆悬挂模型、主动悬挂控制器模型的搭建以及仿真分析。最后根据试验样车进行整车试验,并对试验结果进行对比分析。试验结果表明,滑模控制下的主动悬挂系统相较于被动悬挂系统在车身垂向位移、俯仰角、侧倾角分别降低了50.98%、41.07%、48.00%。对应加速度分别降低了25.53%、21.91%、24.78%。证明本文设计的车身位姿稳定控制器具有良好的控制调节作用。
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