车辆质心侧偏角估计综述

车辆质心侧偏角是车辆稳定性控制系统中至关重要的状态变量。分别从横向车速估计方法、纵向车速估计方法和估计过程中的模型参数自适应估计三个方面回顾车辆行驶过程中的质心侧偏角估计问题。通过对比分析质心侧偏角估计中运动学估计方法和动力学估计方法的各自优缺点,指出多方法融合估计质心侧偏角的优势。比较分析不同种类的观测器技术对质心侧偏角估计效果的影响。分析指出参数自适应估计是提高质心侧偏角估计精度的有效手段,并分别介绍路面峰值附着系数、轮胎侧偏刚度、路面坡度角等参数的自适应估计方法。分析分布式驱动电动汽车结构特点对质心侧偏角估计问题带来的影响,指出充分利用电动机转矩信息是提高质心侧偏角估计的重要措施。针对分布式驱动电动汽车,先后分别列举分析横向车速、纵向车速和参数自适应估计方法的特殊之处和优势所在。     

汽车ABS控制系统关键技术研究综述

为了深入研究和比较汽车ABS控制系统的关键技术,根据汽车ABS技术发展的背景和ABS控制系统的工作原理,对汽车ABS控制系统的参考车速估计和最佳滑移率估计两项关键技术进行了总结。通过比较几种参考车速估计技术的实现原理和优缺点发现,模糊卡尔曼滤波法在计算复杂性、求解精度、鲁棒性和实用性等方面是一种比较理想的车速估计方法;通过比较最佳滑移率估计技术的实现原理和优缺点发现,斜率法和函数极值法是比较理想的估计方法,而同时采用这两种方法进行估计,然后进行估计结果的互相验证,将是一种更理想的估计方法。     

基于自适应扩展卡尔曼滤波的分布式驱动电动汽车状态估计

纵向车速和质心侧偏角是车辆主动安全控制系统的关键参考状态信号,通常采用卡尔曼滤波算法估计。当系统噪声和测量噪声的统计特性存在不确定性时,不仅估计精度会降低,甚至导致估计器发散。结合分布式驱动电动汽车4个车轮转矩和转速可直接测量的特点,提出一种车辆状态自适应扩展卡尔曼滤波估计方法。基于量纲一化新息平方实现车辆状态估计有效性检测,提出滑动窗口长度自适应调整规则;根据新息统计特性提出卡尔曼滤波增益和状态估计误差协方差矩阵的自适应调整策略,及基于车辆状态估计稳态误差和动态响应速度的自适应参数确定原则。数值仿真和试验证明,所提出的车辆状态估计方法,不仅估计精度较高,而且实时性和易用性较强。     

基于梯度的鲁棒多尺度微运动测量算法

将鲁棒估计方法与多尺度方法相结合,给出了一种基于梯度的鲁棒分层估计多尺度运动估计算法。在该算法中,多尺度金字塔的不同尺度层采用不同的梯度滤波器来估计运动。在金字塔的每一层都使用鲁棒估计,这能够较好地解决估计中由于运动不连续和图像亮度变化引起的界外值问题,从而进一步提高运动估计精度。实验模拟表明提出的算法在测量MEMS噪声图像运动时不但估计精度高,而且执行速度快。     

基于多时间尺度的锂离子电池状态联合估计

荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计是锂离子电池管理系统的关键技术。针对SOH退化情况下电池模型参数和容量参数发生改变影响SOC长期估计性能的问题,提出了基于多时间尺度的锂离子电池SOC-SOH联合估计方法。建立多时间尺度状态空间方程,构建SOC-SOH与电池模型参数间多维度空间插值曲面,基于无迹粒子滤波算法实现锂离子电池状态联合估计。根据SOH估计结果更新用于SOC估计的电池模型参数和容量参数,在SOH估计中以在线健康因子作为系统观测量实现在线联合估计。实验结果表明,在锂离子电池全寿命周期中,相较于未考虑SOH退化情况,方法在SOC估计的最大误差、平均误差和均方根误差方面有明显降低,较好地提升了SOC的长期估计性能。     

几种参数估计法评定不确定度对比分析

本文对区间估计、矩估计和最大似然估计三种估计方法进行了理论列举和不确定度评定的举例论证,对比并分析了三种估计方法各自适用的情况,为不确定度输入量的评定提供了方法。     

车辆行驶过程中的状态估计问题综述

从传感器配置、估计用物理模型、状态估计算法和估计过程中的模型参数自适应4个方面回顾车辆行驶过程中的状态估计问题.对比分析以纵向车速、横摆角速度、质心侧偏角为估计目标时传感器的常见配置,给出合理的传感器配置方案;比较在不同估计目标下运动学模型和动力学模型的优缺点,提出纵向车速和横摆角速度适合采用运动学模型、质心侧偏角估计适合采用动力学模型的观点;列举并比较车辆状态估计中常用的估计算法,给出各算法在实际应用中所需注意的因素.指出实现估计过程中的参数自适应是提高不同行驶工况下观测器估计精度的有效手段,并介绍递推最小二乘、联合卡尔曼滤波等实现参数自适应的典型方法.     

基于条件事件代数的防空威胁估计

针对防空威胁估计与条件事件代数的特点,提出了基于条件事件代数的防空威胁估计方法,解决了多传感器联合对空中目标威胁估计的难题,仿真实验表明,该方法提高了防空威胁估计的准确性和有效性。     

基于纵向力伪测量的分布式驱动电动汽车行驶状态估计

精确可靠的状态估计是车辆主动安全控制的必要因素之一,提出一种纵、横向加速度传感器信息缺失情况下的车辆状态补偿估计方法。建立了3自由度车辆模型与轮胎模型,提出电驱动轮模型并将其应用到纵向力估计中,考虑电驱动轮模型含有噪声和未知输入,通过模型解耦的方式得到了纵向力重构方程,并基于伦伯格观测器和高阶滑模观测器实现纵向力估计。将纵向力估计作为伪量测值,设计了一种传感器信息不足情况下的补偿估计方法,并基于强跟踪滤波实现车辆状态估计。联合仿真结果表明,所设计的纵向力观测器针对含未知输入和干扰的系统能够实时估计纵向力,采用补偿和强跟踪结合的方式能够有效提高估计精度。考虑估计方法的实车表现,进行了台架和道路测试,台架试验结果表明纵向力观测器估计精度达到了91.3%,道路试验结果表明STF相比EKF对纵向车速、侧向车速以及横摆角速度的估计精度分别提高了14.03%,15.02%和16.58%。     

基于粒子滤波的非线性设备状态估计

为解决非线性非平稳设备状态估计难的问题,提出一种基于粒子滤波的非线性设备状态估计方法。该方法通过蒙特卡洛方法仿真状态动态模型和观测模型,并对系统状态的后验概率密度函数进行估计。该方法避免了典型卡尔曼滤波状态估计过程中要求线性和高斯噪声的假定。最后,将该方法用于齿轮箱状态估计实验,实验结果显示,该方法与卡尔曼滤波法相比较,结果更加准确,验证了该方法的有效性。     

应用小波变换实现光谱的噪声去除和基线校正

为消除实测光谱信号中的噪声和基线干扰,给出了一种基于小波变换实现两者同时去除及其参数选择的新方法。该方法通过对光谱信号在小波域内的低频段小波系数置零来实现基线校正,通过对较高频段小波系数阈值处理来实现噪声去除;并利用纯光谱和常见基线、噪声的仿真信号,通过兼顾重构信号整体逼近和特征峰处局部逼近的评估系数η来实现小波基、分解层数、阈值估计方式等参数的选取。仿真实验表明,仿真信号采用sym5、db5或db9等小波基进行5次分解,然后低频成分置0及所有高频成分利用单层Heursure阈值估计算法进行硬阈值处理较为合适。进一步的实验表明,该方法对实测光谱中噪声和基线的消除是行之有效的。     

应用延长基线法实现北斗双星的快速定向

为验证北斗双星定向中所提出的通过延长基线确定模糊度的方法,利用双天线北斗载波相位接收机系统构建了实验平台,设计了延长基线北斗定向物理实验方案,通过事先在实验场地确定同一方向不同基线长度的若干天线放置位置实现了该方案。实验结果表明,用延长基线法确定北斗定向载波相位单差模糊度是可行的,在延长基线期间无周跳发生时成功率可达100%。此外,辅助验证了影响北斗定向精度的若干确定性影响因素,包括基线长度、定向时长以及基线指向等,提出为提高定向精度,应适当增加基线长度,延长定向时间,并尽可能令基线指向接近南北方向。该项研究将进一步促进北斗定向技术的实际工程应用。     

EMD-based fault diagnosis for abnormal clearance between contacting components in a diesel engine

The accuracy of fault diagnostic systems for diesel engine-type generators relies on a comparison of the currently extracted sensory features with those captured during normal operation or the so-called “baseline.” However, the baseline is not easily obtained without the required expertise. Even worse, in an attempt to save costs, many of the diesel engine generators in manufacturing plants are second hand or have been purchased from unknown suppliers, meaning that the baseline is unknown. In this paper, a novel vibration-based fault diagnostic method is developed to identify the vital components of a diesel engine that have abnormal clearance. The advantage of this method is that it does not require the comparison of current operating parameters to those collected as the baseline. First, the nominal baseline is obtained via theoretical modeling rather than being actually captured from the sensory signals in a healthy condition. The abnormal clearance is then determined by inspecting the timing of impacts created by the components that had abnormal clearance during operation. To detect the timing of these impacts from vibration signals accurately, soft-re-sampling and empirical mode decomposition (EMD) techniques are employed. These techniques have integrated with our proposed ranged angle (RA) analysis to form a new ranged angle-empirical mode decomposition method (RA-EMD). To verify the effectiveness of the RA-EMD in detecting the impacts and their times of occurrence, their induced vibrations are collected from a series of generators under normal and faulty engine conditions. The results show that this method is capable of extracting the impacts induced by vibrations and is able to determine their times of occurrence accurately even when the impacts have been overwhelmed by other unrelated vibration signals. With the help of the RA-EMD, clearance-related faults, such as incorrect open and closed valve events, worn piston rings and liners, etc., become detectable even without the comparison to the baseline. Hence, proper remedies can be applied to defective diesel engines to ensure that valuable fuel is not wasted due to the incorrect timing of combustion as well as unexpected fatal breakdown, which may cause loss of production or even human casualties, can be minimized.     

基于改进 EMD 方法的 FBG 传感网络光谱基线校正研究

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络中,由于环境条件导致的光谱信号基线漂移问题,本文提出一种基于改进经验模态分解(EMD)的光谱信号校正方法。用该方法对仿真数据处理,处理后光谱可通过设置阈值划分出各FBG反射峰区,验证了改进EMD方法的可行性。通过实验采集在光纤通路损耗及端面反射影响下、产生基线漂移情况的FBG传感网络光谱信号,并使用改进EMD法、小波软阈值法和惩罚最小二乘法进行实时的光谱校正处理,运用高斯非线性拟合法计算正常和校正后光谱的各FBG中心波长。结果显示,运用改进EMD法校正后计算的各FBG中心波长,传感信号存活率分别提高48.9%和61.6%,平均偏差和偏差标准差最小,分别为4.33、6.28和6.01、6.58 pm。该方法校正后的光谱信号能为物理量检测提供可靠信息。     

大视场双目视觉传感器现场标定方法

针对大视场视觉测量应用,分析了摄像机和双目视觉传感器的数学模型,提出了一种基于基线尺的大视场双目视觉传感器标定方法。在测量空间内任意多次摆放基线尺,两摄像机拍摄基线尺图像。利用基本矩阵及基线尺上两特征点之间距离的约束,采用线性解和非线性优化方法结合同时估计摄像机的内部参数以及双目视觉传感器的结构参数。该标定方法操作简单,标定效率高,无需初始参数即可估计双目立体传感器的全部参数。实验结果表明该方法在6000mm×4500mm的范围内可以达到0.06mm的测量精度,适合双目立体视觉传感器的现场标定。     

车联网环境下车辆最优车速闭环快速模型预测控制

为解决智能交通系统中多辆车的最优车速预测问题,提高车辆燃油经济性及控制算法的执行效率,提出一种基于交通信号灯正时（SPAT）的方法来计算目标车速范围,避免车辆红灯停车;提出基于最优巡航车速和最优加速度跟随的模型预测控制建模方法;提出考虑效率反馈的闭环车速预测控制方法并采用快速模型预测求解最优目标车速。基于云计算的软件在环仿真结果表明,提出的控制方法可以避免车辆红灯怠速以及发生碰撞;相比于基准方法1和基准方法2,平均燃油经济性分别提高6.44%和37.1%;相比于基准方法1,系统平均驱动效率提高7.13%;快速模型预测程序执行效率为模型预测的13倍,且每一步长的实际计算时间小于计算步长,可以实现实时控制。     

基于短基线双目内窥镜成像系统的3D视频标定与校正

为了解决短基线双目内窥成像系统获得的视频图像在裸眼3D显示设备中观看到的视频纵深感和立体感较弱的问题,通过分析双目内窥镜的参数以及立体视频中图像对的视差,提出了基于短基线双目内窥成像系统的立体视频校正和视差调整方法。首先,对采用的双目结构内窥系统进行相机标定,获取各相机参数和相机间的位置参数;其次,利用获得的参数进行相机视频校正,再针对裸眼3D显示设备对视频源的参数要求进行图像对的视差调整,最终获得符合裸眼3D立体显示设备要求并适合人眼观看的双目内窥系统实时显示立体视频。通过实验验证了方法的可行性,实际搭建了一套基线距离为8 mm的短基线双目内窥成像系统,原始视差范围(0,64)像素,经视差调整后达到（-30, 30）像素,双路并行视频处理25 帧/s并实时显示。与实验室设计的裸眼3D立体显示系统匹配,可实现具有明显立体感的医用内窥镜实时裸眼3D成像。     

基于 PPP 和共视技术的改进 PPP 时间频率传递方法

PPP 时间频率传递技术是高精度 GNSS 时间频率传递技术之一,且具有精度高、范围广、低成本等特点,而共视时间频 率传递的站间差分能够消除卫星钟差和削弱电离层、对流层等路径误差,本研究结合两种方法的优点实现了一种改进 PPP 时 间传递方法。 实验选取了 5 个连接 UTC(k)和 1 个外接高精度氢原子钟的 IGS 测站,建立了零基线、短基线和长基线链路评估 该方法的时频传递性能,实验结果表明,以 IGS 最终钟差产品为时间参考,改进 PPP 时间传递精度相比 PPP 提高了 2. 55% ~ 17. 78% 。 零基线链路频率稳定度达到 2. 0×10 -17 / 600 000 s,且不切换共视星时,其短期频率稳定度优于 PPP,长期频率稳定度 与 PPP 相当;非零基线链路中各链路的改进 PPP 在时间间隔 10 000 s 以后的频率稳定度相对于 IGS 最终产品和 BIPM PPP 有 10% 左右的提升。     

基于改进的卫星共视法的远程时间比对研究

为了解决标准卫星共视法中存在的两个局限性:一是其完整的观测周期为16 min,只有13 min有观测数据,存在3 min观测间隙;二是数据事后交换处理模式,导致比对结果生成严重滞后,不满足实时性的要求。本文提出了一种改进的卫星共视法,改进的卫星共视法不使用国际权度局规定的共视跟踪表,而是采用时间频率连续比对的方法,以10 min(或其整数倍)作为一个观测周期,并同时对观测数据进行处理,当一个周期结束时,立即进入下一个观测周期,去除了标准卫星共视法中每个观测周期内的观测死区时间,增加了观测数据量,实现了时间频率的连续比对。最后,文中利用改进的卫星共视法研制了一套高精度远程时间频率校准系统,并与标准卫星共视法比对结果进行了对比分析,得出零基线情况下,改进的卫星共视法授时精度达到0.295 ns,与相同条件下标准卫星共视法比对结果 0.554 ns相比有了提高。另外,在长基线条件下,改进卫星共视法的授时精度达到3.12 ns,频率稳定度天稳达到8.24 e-14。     

基于三次回归分析的试车台基线库的建立

试车台基线是航空发动机生产商或维修企业挑选性能理想的发动机在试车台上试车所得到的性能参数的趋势线。将维修后的发动机的试车数据曲线与相应参数的基线进行对比,就可得到该发动机维修后的性能状况。因此基线在试车结果分析中起着重要的作用。目前,工程师通常是利用Excel软件对试车数据进行处理来得到基线的,这种方法效率低,精度差,且容易出错。本文利用三次回归分析法建立了发动机试车台基线的数学模型,并对该数学模型所产生的误差进行估计,提出了基线库的建立方法。通过在发动机全寿命管理系统中的应用,证明了本文所述的模型的实用性。