面向主动安全系统的汽车行驶状态参数检测

论文摘要

随着人们对生命安全的重视以及汽车安全技术的发展,汽车主动安全技术将是未来汽车安全技术的主要方向。而汽车行驶状态参数检测系统则是为汽车主动安全系统提供状态参数而产生的采集系统。此系统将提供纵向车速、横摆角速度以及质心侧偏角等汽车行驶过程中的状态参数。作为汽车主动安全系统的配套系统,其有着非常重要的应用价值和实际意义。本论文中提到的采集系统既可以为汽车主动安全系统提供实时的汽车行驶过程中的状态参数,也可以将采集的原始数据和估计参数存储起来,以便于为设计主动安全系统提供原始数据。由于本采集系统存储的数据形式是以通用格式存储,因此此系统有较大的通用性和灵活性。本课题着重设计了汽车行驶状态参数检测系统,采用了ARM嵌入式微控制器和惯性传感单元对汽车行驶过程中状态参数进行检测,通过卡尔曼滤波器算法估计行驶状态参数,为主动安全系统提供汽车行驶过程中的状态参数。此系统的硬件设计了ARM嵌入式系统,可以实现蜂鸣器和LED灯的提示,液晶提示显示,键盘设定控制开关,数据的SD卡的存储;软件为采集系统各个分系统相应的驱动程序和采集程序以及卡尔曼滤波器算法。通过实验室的多平台静态测试和实车动态测试来验证此系统的性能。本论文研究成果是:设计出稳定性和实时性良好的汽车状态参数采集系统,为主动安全系统的设计提供实时数据,为后期进一步复杂环境测试奠定了必要的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 学位论文的选题依据、研究的理论和实际意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 学位论文研究内容
• 1.4 本课题主要研究内容及研究途径与方法
• 第二章 理论分析
• 2.1 汽车学模型的建立以及传感器的安装
• 2.2 汽车动力学模型的建立
• 2.2.1 汽车行驶过程中纵向车速的运动学模型
• 2.2.2 汽车行驶过程中横摆角速度的运动学模型
• 2.2.3 汽车行驶过程中质心侧偏角的运动学模型
• 2.3 卡尔曼滤波器算法
• 2.3.1 卡尔曼滤波器
• 2.3.2 卡尔曼滤波器算法中参数K 和Pk 的确定方法
• 2.3.3 卡尔曼滤波器的能观性
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 系统整体设计
• 3.2 硬件设计元器件选型
• 3.2.1 微控制器的选型
• 3.2.2 传感器的选型
• 3.3 采集系统各分系统的硬件电路设计
• 3.3.1 ARM 最小系统电路
• 3.3.2 存储器电路
• 3.3.3 液晶和键盘电路
• 3.3.4 报警指示灯和输出控制电路
• 3.3.5 ADIS16355 惯性测量单元与LPC2114 微控制器的接口电路
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 软件设计要求
• 4.2 软件开发环境
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 系统初始化
• 4.3.2 LED，蜂鸣器控制驱动
• 4.3.3 串口UART0 驱动实现
• 4.3.4 SPI 接口程序设计
• 4.3.5 SD 卡程序设计
• 4.3.6 LCD 液晶显示程序设计
• 4.3.7 定时器程序设计
• 4.3.8 ADIS16355 惯性测量单元驱动程序设计
• 4.3.9 中断子程序程序设计
• 4.4 ARM 软件调试时遇到的问题小结
• 4.4.1 在线调试时遇见的问题
• 4.4.2 程序下载过程中遇到的问题
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统测试及实验数据处理分析
• 5.1 采集系统实验前的准备工作
• 5.1.1 实验硬件测试设备以及实验平台的搭建
• 5.1.2 采集数据的存储格式和数据处理用软件的准备
• 5.2 实验室环境下的静态检测
• 5.2.1 采集系统各分系统在线调试
• 5.2.2 采集系统整体在线调试
• 5.2.3 将估计算法写入系统中在线调试
• 5.2.4 采集系统离线调试
• 5.3 实验道路检测
• 第六章 结论
• 6.1 工作总结
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 硬件实物图
• 附录2 卡尔曼滤波器在MATLAB 上的实现
• 附录3 主程序及中断程序
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢