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基本信息
- 項目名稱：
- 車輛姿態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 車輛姿態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)是基于慣性導(dǎo)航這一原理上的。使用陀螺儀（角速度傳感器）和三軸重力加速度計（加速度傳感器）將車輛的姿態(tài)實時測量出來；這些動態(tài)變化的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機AD轉(zhuǎn)化后送至上位機進(jìn)行顯示。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品通過陀螺儀和加速度計等傳感器實時采集車輛行駛過程中的姿態(tài)狀況，并以數(shù)字和三維圖像的形式將其顯示出來，同時給出車輛的航向角、橫滾角和俯仰角等主要參數(shù)及相應(yīng)的極限值。該系統(tǒng)可以方便駕駛員對路況的了解，也可以作為一種有效的公路線形測量方法加以應(yīng)用，同時也能為道路交通事故再現(xiàn)提供相關(guān)的數(shù)據(jù)支持，在車輛自動控制和智能交通管理等領(lǐng)域有著較大的應(yīng)用空間。 本系統(tǒng)作為一種慣性導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比在以下三大方面具有突出特點： 1.在汽車導(dǎo)航方面，現(xiàn)在用于汽車導(dǎo)航上的大多是GPS導(dǎo)航儀，它能夠幫助用戶正確定位當(dāng)前位置，并且根據(jù)既定的目的地計算行程，通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導(dǎo)用戶行至目的地。而本系統(tǒng)不需要接受衛(wèi)星數(shù)據(jù)，僅靠陀螺儀和加速度計實現(xiàn)姿態(tài)測量.雖然不具備對車輛進(jìn)行整個周圍環(huán)境的定位功能，但在三維姿態(tài)確定、預(yù)警和返回路徑識別方面有顯著優(yōu)勢。尤其對運輸行業(yè)，由于作業(yè)路段的固定性，本系統(tǒng)可方便駕駛員往返運輸貨物。 2.交通安全方面，目前的交通事故再現(xiàn)主要是通過計算機的輔助實現(xiàn)的。運用計算機作為輔助工具，將事故再現(xiàn)方法系統(tǒng)化和程序化，并通過計算機模擬道路交通事故，依據(jù)交通事故勘察數(shù)據(jù)資料以及事故車輛的基本資料及事故前后的狀態(tài)參數(shù)，對交通事故的全過程進(jìn)行分析。而本系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)可存儲于汽車黑匣子當(dāng)中，最終為事故再現(xiàn)提供相關(guān)必要信息。與此同時，本系統(tǒng)對車輛姿態(tài)的預(yù)警在一定程度上起到了主動安全的作用。 3.在道路測量方面，現(xiàn)在用于道路測量上的有各種各樣的方法，比如放線測量法，導(dǎo)線點檢測法等等，其中大部分測量的方法都是人工的，而且工作量比較大。而本系統(tǒng)省時省力，可在車輛運行過程中同時完成對道路的勘測和檢驗等。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計的目的 本作品通過陀螺儀和加速度計等傳感器實時采集車輛行駛過程中的姿態(tài)狀況，并以數(shù)字和三維圖像的形式將其顯示出來，同時給出車輛的航向角、橫滾角和俯仰角等主要參數(shù)及相應(yīng)的極限值。 設(shè)計思路 首先，運用3個陀螺儀并配合一個3軸重力加速度計構(gòu)成對車輛姿態(tài)的測量系統(tǒng)，分別用來采集車輛在路面上的俯仰角，橫滾角以及航向角和加速度。 其次，通過單片機對這些加速度值的兩次積分處理可以得到車輛的動態(tài)姿態(tài)數(shù)據(jù)和道路線形情況。 最后，利用基于ARM嵌入式μCLinux系統(tǒng)設(shè)計的LCD，并借助VC++和OpenGL等技術(shù)手段實現(xiàn)各數(shù)據(jù)指標(biāo)和車輛運行姿態(tài)三維模擬的實時顯示。 技術(shù)關(guān)鍵 1.在車輛姿態(tài)的不斷轉(zhuǎn)變過程中，能夠通過一定的方法，對上述6個測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實時地、準(zhǔn)確地提取和分析； 2.利用ARM和OpenGL等技術(shù)手段，能夠在LCD上對車輛的運行姿態(tài)進(jìn)行較為全面和精確的三維顯示及操作； 3.可對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單地處理并能使駕駛員獲取相應(yīng)的信息（諸如對危險情況的預(yù)警等）。 主要技術(shù)指標(biāo) 1.車輛運行姿態(tài)信息的采集精度； 2.三維顯示的效果和操作系統(tǒng)的簡潔、友好； 3.整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和相關(guān)數(shù)據(jù)最終處理結(jié)果的精確度。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本系統(tǒng)作為一種慣性導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比在以下三大方面具有突出特點： 1.在汽車導(dǎo)航方面，本系統(tǒng)不需要接受衛(wèi)星數(shù)據(jù)，僅靠陀螺儀和加速度計實現(xiàn)姿態(tài)測量.雖然不具備對車輛進(jìn)行整個周圍環(huán)境的定位功能，但在三維姿態(tài)確定、預(yù)警和返回路徑識別方面有顯著優(yōu)勢。尤其對運輸行業(yè)，由于作業(yè)路段的固定性，本系統(tǒng)可方便駕駛員往返運輸貨物。 2.交通安全方面，本系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)可存儲于汽車黑匣子當(dāng)中，最終為事故再現(xiàn)提供相關(guān)必要信息。與此同時，本系統(tǒng)對車輛姿態(tài)的預(yù)警在一定程度上起到了主動安全的作用。 3.在道路測量方面，現(xiàn)在用于道路測量上的有各種各樣的方法，比如放線測量法，導(dǎo)線點檢測法等等，其中大部分測量的方法都是人工的，而且工作量比較大。而本系統(tǒng)省時省力，可在車輛運行過程中同時完成對道路的勘測和檢驗等。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 長安大學(xué)第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽 特等獎
作品所處階段
- 基本完成各項工作，是想相關(guān)功能。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物和現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明 本系統(tǒng)使用簡單，基本全自動化，駕駛員僅通過基于ARM的嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行觀測不同的數(shù)據(jù)即可。 技術(shù)特點和優(yōu)勢 適用范圍與推廣前景 可作為各種汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，可為汽車黑匣子和與汽車平順性相關(guān)的控制、評價提供部分?jǐn)?shù)據(jù)，還可應(yīng)用于各類交通運輸部門以及公路設(shè)計勘測機構(gòu)等。鑒于本系統(tǒng)的功能多樣化以及輸出數(shù)據(jù)的重要性，其應(yīng)用范圍可推廣至相關(guān)領(lǐng)域的更多方面，前景較為可觀。 市場分析與經(jīng)濟效益預(yù)測 當(dāng)前，在國家的政策引導(dǎo)下，我國的汽車行業(yè)迎來了一個嶄新的發(fā)展階段，而我國的公路交通安全也隨之面臨著巨大挑戰(zhàn)。鑒于此，本系統(tǒng)的設(shè)計綜合了導(dǎo)航、預(yù)警、姿態(tài)測量與顯示等各種功能，對交通的安全高效和公路設(shè)計的簡潔精確具有一定積極意義。因此，其市場前景廣闊。 同時，該系統(tǒng)硬件構(gòu)成簡單，軟件開發(fā)難度適宜，成本低廉，性價比高。由此可以預(yù)見，其經(jīng)濟效益亦將不菲。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前應(yīng)用在汽車導(dǎo)航上的大多是GPS導(dǎo)航儀，但是其成本高以及功能單一，使得其推廣度并不是很大，該系統(tǒng)有用陀螺儀和三軸重力加速度計構(gòu)建一個慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，將角速度數(shù)據(jù)（陀螺儀所測）和加速度數(shù)據(jù)（加速度計所測）傳至單片機進(jìn)行運算，并用后續(xù)軟件VC++和Opengl搭建的平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到三維模擬圖形，并把這些數(shù)據(jù)和圖形進(jìn)行記錄。 慣性制導(dǎo)現(xiàn)大多用于航天航空，利用陀螺儀和加速度計組成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測量飛行器的運動參數(shù)，控制其按預(yù)定路線飛行，由于該系統(tǒng)是機械式的，其性能相對比較穩(wěn)定。 該系統(tǒng)可以用于汽車的導(dǎo)航，交通事故再現(xiàn)分析以及道路測量等方面，所以下分別就這幾點的應(yīng)用現(xiàn)狀加以說明： 1. 在汽車導(dǎo)航方面，現(xiàn)在用在汽車導(dǎo)航上的大多是GPS導(dǎo)航儀，GPS導(dǎo)航儀能夠幫助用戶正確定位當(dāng)前位置，并且根據(jù)既定的目的地計算行程，通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導(dǎo)用戶行至目的地的汽車駕駛輔助設(shè)備。光有GPS系統(tǒng)還不夠，因為它只能夠接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)，計算出用戶的三維位置、方向以及運動速度和時間方面的信息，沒有路徑計算能力。用戶手中的GPS接收設(shè)備要想實現(xiàn)路線導(dǎo)航功能還需要一套完善的包含硬件設(shè)備、電子地圖、導(dǎo)航軟件在內(nèi)的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。 2. 在交通事故再現(xiàn)方面，目前交通事故的再現(xiàn)，主要通過計算機的輔助實現(xiàn)的，運用計算機作為輔助工具，將事故再現(xiàn)方法系統(tǒng)化和程序化， 并通過計算機模擬道路交通事故，依據(jù)交通事故勘察數(shù)據(jù)資料以及事故車輛的基本資料及事故前后的狀態(tài)參數(shù)，對交通事故的全過程進(jìn)行分析。國內(nèi)開發(fā)的軟件有吉林大學(xué)的再現(xiàn)分析軟件，長安大學(xué)開發(fā)的道路交通事故計算機輔助分析系統(tǒng)TACARV，清華大學(xué)研究所開發(fā)的TAR系統(tǒng)等。 3. 在道路測量方面，現(xiàn)在用于道路測量上的有各種各樣的方法，比如放線測量法，導(dǎo)線點檢測法等等，其中大部分測量的方法都是人工的，而且工作量比較大。
