基于改進卡爾曼濾波的列車舒適度平穩性測試儀

陳子文，李廣軍，陳世鑫

（江蘇理工學院 a.機械學院；b.汽車與交通工程學院，江蘇 常州 213000）

0 引言

隨著國內鐵路技術的發展，對車輛乘坐品質的要求日益提高，對車輛運行過程中的振動情況進行實時監測也提出了需求。國內對于列車舒適度平穩性測試儀已有了一些研究，早期的測試儀基于虛擬機實現，設備龐大不便攜帶，數據通信需要經過布線，檢測不便；隨著集成電路技術的發展，逐漸產生了基于單片機、DSP、SOC等技術的測試儀[1-3]，但由于計算速度和集成化的局限，性能各有不足。目前，ARM微處理器具有極高的運算能力和豐富的外設，可集中實現AD轉換、數據處理、數據通訊等多項功能，無需單獨設計電路模塊。同時，得益于微處理器的高運算速度和數字濾波算法的迅速發展，測試儀可實現較為復雜的數據濾波處理，使測量結果更加精確。文中提出了一款基于自適應抗野值卡爾曼濾波的便攜式列車舒適度平穩性測試儀，通過對測試儀的軟硬件的設計，其可實現實時的列車三向加速度的測量和舒適度平穩性的計算，并通過藍牙模塊與上位機進行無線傳輸，具有較高的精確性和便攜性。

1 加速度信號濾波處理

加速度傳感器在實際測量過程中，由于自身測量精度的限制和環境隨機干擾的影響，測量結果往往出現較大的誤差，通常需要對原始數據進行降噪處理。卡爾曼濾波是一種最小方差的最優估計，常作為動態數據處理方法。但普通卡爾曼濾波器往往有以下缺陷：第一，普通卡爾曼需要知道系統和觀測噪聲的統計特性，而實際噪聲特性往往是未知且隨機的；……