基于Android的车载姿态感知和危险预警功能的应用开发

发布时间：2017-04-17 20:22

  本文关键词：基于Android的车载姿态感知和危险预警功能的应用开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：“车联网”和“高级驾驶辅助技术”作为近年来汽车行业的两大关注热点,前者侧重于“互联网+汽车”的发展模式,而后者侧重于驾驶辅助功能智能化的发展方向。车载手机应用作为互联网和汽车相结合的典型研究之一,虽已有产品推向市场,但是与驾驶辅助相关的手机应用在国内尚无成功产品。本文希望通过在Android手机端开展车辆侧翻和横摆危险预警的相关研究,对驾驶辅助功能在手机移动终端上的实现做出了一些探索实践。(1)依托“驾驶辅助功能系统化实现”的研究背景,提出了基于Android的驾驶辅助功能车载应用的总体设计方案,并从“感知层”和“应用层”两方面开展研究,实现了车辆运行数据在线监测和姿态危险预警两大功能。(2)建立了车辆侧翻和横摆危险预警的理论模型,从预测原理、定阶准则和预测过程等方面对AR(Auto-Regressive)自回归模型的在线预测方法进行了研究。针对侧翻危险预警,采用四自由度车辆运动简化模型,选取横向载荷转移率LTR(Lateral-Load Transfer Ratio)值为判别指标;针对横摆危险预警,采用线性二自由度车辆简化模型,选取实际与理想横摆角速度的差值和门限值的比值K为判别指标。(3)为实现感知层设计,通过在车辆的四个位置(质心、方向盘、前转向轮和OBD接口),布置了两种类型感知源(车载运动感知模块和OBD检测模块),实现三种类型数据(姿态信息、发动机工况信息和驾驶行为信息)的采集,初步搭建了基于自身车辆的多源信息感知平台。其中,车载运动感知模块为自行研发,内含MPU-6050运动组件和ARM内核的芯片,并集成了四元素解算和卡尔曼滤波法,实现了对姿态角的解算。(4)为实现应用层开发,本文在Eclipse开发环境下实现了Android手机端与多个感知源之间的蓝牙通讯、感知源的数据解析、AR预测功能、侧翻和横摆危险预警功能、数据保存功能、危险消息远程发送功能以及图形化用户界面的程序设计。设计中不仅采用Android的多线程机制,保证了程序在后台的流畅运行,而且根据面向对象的编程思想编写了功能不同的类文件,为后续程序升级提供方便。(5)为提高数据采集的精度和验证侧翻、横摆危险预警的效果,设计了车载运动感知模块的标定试验和实车道路试验。标定试验中利用“转台法”分别对角速度陀螺和加速度计进行了标定工作,得到误差补偿模型;实车道路试验中分别对侧翻和横摆危险预警在各自典型工况下的预测效果进行了对比,并对误差产生的原因做出了分析。试验证明,这一套基于数据在线监测和侧翻、横摆危险预警功能的车载Android应用整体运行良好、预测效果准确、可靠性和稳定性较高,总体达到了预期的设计效果。
【关键词】：Android车载应用 多源信息感知平台 侧翻危险预警 横摆危险预警 AR预测
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6;TP311.52
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题提出的背景12-13
• 1.2 课题提出的意义和创新13-14
• 1.3 相关课题的研究现状14-18
• 1.3.1 侧翻预警的研究现状14-15
• 1.3.2 横摆稳定性的研究现状15-17
• 1.3.3 车载Android应用的研究现状17-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-20
• 第二章 总体方案设计20-24
• 2.1 系统化研究背景20-21
• 2.2 总体方案概述21-22
• 2.3 方案分层设计22-23
• 2.3.1 感知层——多源信息感知平台设计22-23
• 2.3.2 应用层——Android手机端程序设计23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 姿态危险预警的理论模型和AR预测方法24-35
• 3.1 侧翻危险预警的理论模型24-27
• 3.1.1 车辆的四自由度简化模型24-25
• 3.1.2 侧翻危险预警的判别指标25-26
• 3.1.3 侧翻危险预警的决策逻辑26-27
• 3.1.4 侧翻危险预警的感知信息27
• 3.2 横摆危险预警的理论模型27-31
• 3.2.1 车辆的二自由度简化模型27-28
• 3.2.2 横摆危险预警的判别指标28-29
• 3.2.3 横摆危险预警的决策逻辑29-30
• 3.2.4 横摆危险预警的感知信息30-31
• 3.3 AR自回归预测法31-34
• 3.3.1 系统预测概述31
• 3.3.2 AR自回归预测介绍31-32
• 3.3.3 AR自回归预测过程32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 感知层平台设计35-46
• 4.1 基于自身车辆的多源信息感知平台搭建35-36
• 4.2 车载运动感知模块设计36-43
• 4.2.1 车载运动感知模块介绍36-37
• 4.2.2 车载运动感知模块的设计方法37-43
• 4.2.2.1 坐标变换37-39
• 4.2.2.2 四元素姿态解算39-40
• 4.2.2.3 卡尔曼滤波器的设计40-43
• 4.3 OBD检测模块介绍43-45
• 4.3.1 车辆OBD诊断技术概述43-44
• 4.3.2 OBD模块EST-527 介绍44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 应用层程序设计46-67
• 5.1 Android系统概述46
• 5.2 搭建Android开发环境46-47
• 5.3 Android编程的相关介绍47-49
• 5.3.1 Android编程的四大常用组件47-48
• 5.3.2 Android编程的网络通信48
• 5.3.3 Android编程的线程机制48-49
• 5.4 程序设计的框架、原则和项目文件49-52
• 5.4.1 程序设计的框架49-50
• 5.4.2 程序设计的原则50-51
• 5.4.3 程序设计的项目文件51-52
• 5.5 蓝牙通讯功能的软件实现52-56
• 5.5.1 蓝牙通讯技术概述52-53
• 5.5.2 Android蓝牙开发中的常用类介绍53-54
• 5.5.3 Android蓝牙通讯的程序设计54-56
• 5.6 数据解析的软件实现56-59
• 5.6.1 OBD数据解析56-58
• 5.6.2 车载运动感知模块的数据解析58-59
• 5.7 驾驶辅助功能的软件实现59-66
• 5.7.1 在线监测功能60
• 5.7.2 AR模型预测60-61
• 5.7.3 侧翻危险预警功能61-62
• 5.7.4 横摆危险预警功能62-63
• 5.7.5 危险消息远程发送63-65
• 5.7.6 数据保存功能65-66
• 5.8 用户界面的设计66
• 5.9 本章小结66-67
• 第六章 试验验证与结果分析67-78
• 6.1 车载感知模块误差标定试验67-70
• 6.1.1 标定试验方案67-68
• 6.1.2 陀螺仪的标定68-69
• 6.1.3 加速度计的标定69-70
• 6.2 实车道路试验70-77
• 6.2.1 试验设备70-71
• 6.2.2 试验平台71-72
• 6.2.3 试验方案72-73
• 6.2.4 试验结果分析73-77
• 6.2.4.1 侧翻危险预警功能的结果分析73-74
• 6.2.4.2 横摆危险预警功能的结果分析74-76
• 6.2.4.3 试验数据的误差分析76-77
• 6.2.4.4 用户体验的结果分析77
• 6.3 本章小结77-78
• 第七章 总结与展望78-80
• 7.1 论文的成果总结78-79
• 7.2 论文的不足与展望79-80
• 参考文献80-85
• 致谢85-86
• 在校期间发表的学术论文86

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本文编号：314258