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基于卡尔曼滤波算法的路面平整度识别方法研究
| 论文题名： | 基于卡尔曼滤波算法的路面平整度识别方法研究 |
| 关键词： | 路面平整度;加速度;车辆参数识别;卡尔曼滤波;国际平整度指数 |
| 摘要： | 路面平整度是评价路面质量最重要的指标之一。良好的路面平整度是乘车舒适性与安全性、车辆正常使用寿命的重要保证。目前路面平整度的测试方法主要分为三类，分别是断面类、反应类和主观评估类。其中，断面类测试方法精度较高，但是存在测试效率低下、部分测试设备购买和维护成本高的缺点；反应类测试方法操作相对方便，但是稳定性差，也需要标准化的车辆配置和测试系统；主观评估类测试方法具有较强的主观性，不同评估者给出的评价存在较大差异。因此，需要一种价格低廉、可操作性强的路面测试方法，同时，它最好能计算出路面纵断面轮廓高程和国际通用的路面平整度指标。故本文研究了一种利用车辆加速度响应估算路面纵断面轮廓高程和国际平整度指数的方法。主要研究内容如下： （1）研究了一种7自由度车辆模型物理参数的识别方法。建立了7自由度车辆模型，推导出车辆物理参数和加速度响应功率谱之间的关系，利用这种关系识别车辆模型的物理参数。当车辆以一定速度通过形状已知的减速带时，利用车辆加速度响应获得其功率谱，利用遗传算法识别车辆物理参数。完成了该方法的仿真模拟，结果表明该方法具有较高的精度和较好的抗噪声性能。 （2）利用卡尔曼滤波算法，根据车辆加速度响应数据计算了路面纵断面轮廓高程。建立7自由度车辆模型受迫振动的动力学方程，利用基于未知输入的离散卡尔曼滤波算法，根据车辆加速度响应数据，计算出路面纵断面轮廓高程。完成了该方法的仿真模拟，结果表明该方法具有较高的精度。 （3）进行了路面平整度理论计算方法的验证试验。首先使用功率谱法识别了与试验车辆对应的车辆模型物理参数，并对识别的参数进行了验证；然后进行了路面平整度测试试验，将根据加速度数据计算的国际平整度指数IRI（InternationalRoughnessIndex）和激光平整度仪输出的IRI进行对比，试验结果表明，当待测路段的路况较好时，绝大多数计算结果的平均相对误差小于20%，具有较高的精度，验证了本文基于卡尔曼滤波算法的IRI计算方法的有效性。由加速度数据计算得到的IRI，可以用来评价路面平整度。 |
| 作者： | 李源 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 段忠东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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