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原文传递车辆动力学性能参数估计方法研究

论文题名：	车辆动力学性能参数估计方法研究
关键词：	机车车辆;高维条件线性模型;扩展卡尔曼滤波;边缘粒子滤波;切片高斯混合滤波;参数估计方法;动力学性能
摘要：	随着运营速度的不断提高，车辆在高速状态下的动态特性相对于低速状态存在显著不同，如轮轨作用、气流作用、弓网作用的加强，从而诱发振动加剧，磨耗加快、噪声加强等恶劣服役环境。这些环境因素对车辆服役的稳定性、平稳性、可靠性及其安全性提出了更高的要求，同时也对车辆维护检修提出了新要求，带来了新的挑战。为此，深化研究车辆在复杂环境下的服役性能及其演变规律，具有重要的工程意义。车辆的力学性能取决于车辆的结构参数，一定程度上，研究服役性能的演变规律就是研究性能参数的演变规律。研究性能参数随服役里程的演变规律及其参数演变与动力学性能蜕变之间的关系，最为重要环节正是性能参数的估计研究。　　尽管如此，但是目前有关车辆动力学性能参数估计的研究在国内外均处于起步阶段，参数估计理论及其技术还不成熟，研究成果及其论文相对较少。在力学模型合理简化，高维力学模型到高维概率模型转化，车辆性能参数估计的概率模型、结构特点分析、信息流特点分析，用于车辆性能参数估计的概率理论、参数估计模型及其估计方法的适应性上，均没有系统阐述。同时，随着运营速度的不断提高，对性能参数的估计精度、估计参数的数量、实时性等关键性能指标上也提出了更高要求。　　因此，本文以车辆动力学性能参数估计的具体过程为论文的研究线索;以参数估计相关模型的构建、参数估计理论的分析推导、以及参数估计模型、参数估计理论及其模型的理论与试验验证为主要研究内容;以提高参数估计方法的适应性，参数估计精度、参数估计的快速性等关键性能指标为主要研究目标。针对动力学性能参数估计的这些关键理论与技术问题，本文做了一些十分初浅的研究工作。相关工作主要体现在: 　　 (1)梳理了参数估计理论及其方法在国内外的研究现状，分析了不同参数估计方法的根本技术特点，指出了不同参数估计方法的优势和不足。分析了车辆对象的结构特点，车辆动力学性能参数估计是一个多参数、高维状态、初值敏感、多模态的复杂非线性问题。在此基础上，指出了基于混合滤波理论的参数估计方法是车辆性能参数估计的主要发展方向，能够充分利用卡尔曼滤波处理线性状态滤波问题的独特优势，能够充分利用粒子滤波、切片高斯混合滤波处理非线性、初值敏感等滤波问题的独特优势，在方法上形成优势互补; 　　 (2)通过经典力学原理建立了车辆横向力学模型。分析了四种连续状态离散化方法的技术特点，其中，定义法对车辆力学模型的离散化具有很强的适应性，由离散频率确定离散精度，建立了状态转移方程。引入了参数估计的辅助进化方程。通过传感器配置，建立了观测方程。将状态转移方程、参数的辅助进化方程、观测方程进行融合，构建了增广状态空间的参数估计概率模型。在此基础上，分析了参数估计概率模型的信息流结构特点，指出了车辆性能参数估计的概率模型是一个高维条件线性模型; 　　 (3)在分析了卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波、粒子滤波、边缘粒子滤波的基本理论和技术特点的基础上，分别建立了基于扩展卡尔曼滤波的车辆动力学性能参数估计模型，建立了基于边缘粒子滤波的车辆动力学性能参数估计模型。分别从理论、试验角度对参数估计的方法和模型进行了验证和性能对比; 　　 (4)在对传统边缘粒子滤波改进的基础上，建立了基于改进边缘粒子滤波的参数估计模型，应用算例验证了模型的有效性，并与基于边缘粒子滤波的参数估计方法进行了比较; 　　 (5)在梳理低维切片高斯混合滤波基本理论的基础上，应用狄拉克树和高斯单元缩减理论将切片高斯混合滤波理论由低维情况发展到高维情况，建立了基于切片高斯混合滤波的参数估计模型。通过算例验证了模型的有效性，并与基于边缘粒子滤波和改进边缘粒子滤波的参数估计方法进行了性能比较。
作者：	丁建明
专业：	载运工具运用工程
导师：	林建辉
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文