基本信息
- 项目名称：
- 车辆姿态实时监测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 车辆姿态实时监测系统是基于惯性导航这一原理上的。使用陀螺仪（角速度传感器）和三轴重力加速度计（加速度传感器）将车辆的姿态实时测量出来；这些动态变化的数据经过单片机AD转化后送至上位机进行显示。
- 详细介绍：
- 本作品通过陀螺仪和加速度计等传感器实时采集车辆行驶过程中的姿态状况，并以数字和三维图像的形式将其显示出来，同时给出车辆的航向角、横滚角和俯仰角等主要参数及相应的极限值。该系统可以方便驾驶员对路况的了解，也可以作为一种有效的公路线形测量方法加以应用，同时也能为道路交通事故再现提供相关的数据支持，在车辆自动控制和智能交通管理等领域有着较大的应用空间。 本系统作为一种惯性导航技术与现有技术相比在以下三大方面具有突出特点： 1.在汽车导航方面，现在用于汽车导航上的大多是GPS导航仪，它能够帮助用户正确定位当前位置，并且根据既定的目的地计算行程，通过地图显示和语音提示两种方式引导用户行至目的地。而本系统不需要接受卫星数据，仅靠陀螺仪和加速度计实现姿态测量.虽然不具备对车辆进行整个周围环境的定位功能，但在三维姿态确定、预警和返回路径识别方面有显著优势。尤其对运输行业，由于作业路段的固定性，本系统可方便驾驶员往返运输货物。 2.交通安全方面，目前的交通事故再现主要是通过计算机的辅助实现的。运用计算机作为辅助工具，将事故再现方法系统化和程序化，并通过计算机模拟道路交通事故，依据交通事故勘察数据资料以及事故车辆的基本资料及事故前后的状态参数，对交通事故的全过程进行分析。而本系统提供的数据可存储于汽车黑匣子当中，最终为事故再现提供相关必要信息。与此同时，本系统对车辆姿态的预警在一定程度上起到了主动安全的作用。 3.在道路测量方面，现在用于道路测量上的有各种各样的方法，比如放线测量法，导线点检测法等等，其中大部分测量的方法都是人工的，而且工作量比较大。而本系统省时省力，可在车辆运行过程中同时完成对道路的勘测和检验等。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计的目的 本作品通过陀螺仪和加速度计等传感器实时采集车辆行驶过程中的姿态状况，并以数字和三维图像的形式将其显示出来，同时给出车辆的航向角、横滚角和俯仰角等主要参数及相应的极限值。 设计思路 首先，运用3个陀螺仪并配合一个3轴重力加速度计构成对车辆姿态的测量系统，分别用来采集车辆在路面上的俯仰角，横滚角以及航向角和加速度。 其次，通过单片机对这些加速度值的两次积分处理可以得到车辆的动态姿态数据和道路线形情况。 最后，利用基于ARM嵌入式μCLinux系统设计的LCD，并借助VC++和OpenGL等技术手段实现各数据指标和车辆运行姿态三维模拟的实时显示。 技术关键 1.在车辆姿态的不断转变过程中，能够通过一定的方法，对上述6个测量数据进行实时地、准确地提取和分析； 2.利用ARM和OpenGL等技术手段，能够在LCD上对车辆的运行姿态进行较为全面和精确的三维显示及操作； 3.可对输出数据进行简单地处理并能使驾驶员获取相应的信息（诸如对危险情况的预警等）。 主要技术指标 1.车辆运行姿态信息的采集精度； 2.三维显示的效果和操作系统的简洁、友好； 3.整个系统的工作稳定性和相关数据最终处理结果的精确度。
科学性、先进性
- 本系统作为一种惯性导航技术与现有技术相比在以下三大方面具有突出特点： 1.在汽车导航方面，本系统不需要接受卫星数据，仅靠陀螺仪和加速度计实现姿态测量.虽然不具备对车辆进行整个周围环境的定位功能，但在三维姿态确定、预警和返回路径识别方面有显著优势。尤其对运输行业，由于作业路段的固定性，本系统可方便驾驶员往返运输货物。 2.交通安全方面，本系统提供的数据可存储于汽车黑匣子当中，最终为事故再现提供相关必要信息。与此同时，本系统对车辆姿态的预警在一定程度上起到了主动安全的作用。 3.在道路测量方面，现在用于道路测量上的有各种各样的方法，比如放线测量法，导线点检测法等等，其中大部分测量的方法都是人工的，而且工作量比较大。而本系统省时省力，可在车辆运行过程中同时完成对道路的勘测和检验等。
获奖情况及鉴定结果
- 长安大学第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 特等奖
作品所处阶段
- 基本完成各项工作，是想相关功能。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物和现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明 本系统使用简单，基本全自动化，驾驶员仅通过基于ARM的嵌入式操作系统进行观测不同的数据即可。 技术特点和优势 适用范围与推广前景 可作为各种汽车导航系统的一个子系统，可为汽车黑匣子和与汽车平顺性相关的控制、评价提供部分数据，还可应用于各类交通运输部门以及公路设计勘测机构等。鉴于本系统的功能多样化以及输出数据的重要性，其应用范围可推广至相关领域的更多方面，前景较为可观。 市场分析与经济效益预测 当前，在国家的政策引导下，我国的汽车行业迎来了一个崭新的发展阶段，而我国的公路交通安全也随之面临着巨大挑战。鉴于此，本系统的设计综合了导航、预警、姿态测量与显示等各种功能，对交通的安全高效和公路设计的简洁精确具有一定积极意义。因此，其市场前景广阔。 同时，该系统硬件构成简单，软件开发难度适宜，成本低廉，性价比高。由此可以预见，其经济效益亦将不菲。
同类课题研究水平概述
- 当前应用在汽车导航上的大多是GPS导航仪，但是其成本高以及功能单一，使得其推广度并不是很大，该系统有用陀螺仪和三轴重力加速度计构建一个惯性导航系统，将角速度数据（陀螺仪所测）和加速度数据（加速度计所测）传至单片机进行运算，并用后续软件VC++和Opengl搭建的平台对数据进行处理，得到三维模拟图形，并把这些数据和图形进行记录。 惯性制导现大多用于航天航空，利用陀螺仪和加速度计组成的惯性导航系统测量飞行器的运动参数，控制其按预定路线飞行，由于该系统是机械式的，其性能相对比较稳定。 该系统可以用于汽车的导航，交通事故再现分析以及道路测量等方面，所以下分别就这几点的应用现状加以说明： 1. 在汽车导航方面，现在用在汽车导航上的大多是GPS导航仪，GPS导航仪能够帮助用户正确定位当前位置，并且根据既定的目的地计算行程，通过地图显示和语音提示两种方式引导用户行至目的地的汽车驾驶辅助设备。光有GPS系统还不够，因为它只能够接收GPS卫星发送的数据，计算出用户的三维位置、方向以及运动速度和时间方面的信息，没有路径计算能力。用户手中的GPS接收设备要想实现路线导航功能还需要一套完善的包含硬件设备、电子地图、导航软件在内的汽车导航系统。 2. 在交通事故再现方面，目前交通事故的再现，主要通过计算机的辅助实现的，运用计算机作为辅助工具，将事故再现方法系统化和程序化， 并通过计算机模拟道路交通事故，依据交通事故勘察数据资料以及事故车辆的基本资料及事故前后的状态参数，对交通事故的全过程进行分析。国内开发的软件有吉林大学的再现分析软件，长安大学开发的道路交通事故计算机辅助分析系统TACARV，清华大学研究所开发的TAR系统等。 3. 在道路测量方面，现在用于道路测量上的有各种各样的方法，比如放线测量法，导线点检测法等等，其中大部分测量的方法都是人工的，而且工作量比较大。
