基于可穿戴设备的弯道过速预警系统

摘要

近年来，随着汽车保有量和道路里程的增加，道路交通安全问题变得越来越重要，在各种道路环境中，弯道相比于其他道路，更容易发生危险。各类车辆在弯道转向时容易发生侧滑和侧翻等失稳状况，这些因素使弯道成为交通事故的多发路段。汽车主动安全技术和驾驶辅助系统的发展，为解决汽车行驶安全问题提供了新的思路。同时可穿戴技术在汽车上的应用也越来越广泛，由于可穿戴设备直接接触人体的特点，本文利用可穿戴设备作为预警执行机构，基于车路耦合的汽车动力学理论，设计了汽车弯道过速驾驶预警系统。在驾驶员弯道行驶过程中可能出现危险状况时对驾驶员发出报警。
　　本研究首先根据人车路耦合系统的汽车动力学理论，以虚拟仿真实验技术为基础，在CarSim中建立了车辆动力学模型，典型弯道模型和驾驶员转向模型。通过人车路闭环仿真，模拟了汽车在不同工况下弯道驾驶的状态，分析了弯道行驶过程中可能出现的危险状态，验证了弯道驾驶预警系统的必要性，并对失稳时各动力学参数变化进行了分析。通过之前的弯道仿真实验，找到了合适的参数作为预警系统的预警指标，以横向载荷转移率(LTR)作为汽车侧翻的判断条件，建立了三自由度车辆侧翻模型并验证了模型的正确性，通过侧翻模型来观测真实车辆的LTR值，并设计了侧翻预警算法，验证了算法的有效性和适用范围。在汽车侧滑的判断上，设计了基于横摆角速度和质心侧偏角速度的安全系数，通过大量的模拟仿真，确定了不同条件下的安全系数参数取值，设计了侧滑预警算法，验证并讨论了算法的适用范围。根据危险程度的不同，对两种预警信号进行了集成，并进行了警报的分级。最后对预警系统进行了整体方案设计，包括预警系统的整体结构，以及用到的车载传感器，ECU处理器、蓝牙信号发射器和智能手表，并阐明了选择智能手表作为报警执行机构的原因，设计了不同报警级别时对驾驶员的报警方式。

目录

1 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

2 车辆动力学仿真模型研究

2.1多体动力学建模方法

2.2动力学建模软件的介绍

2.3车辆动力学仿真模型的建立

2.4本章小结

3 汽车弯道行驶稳定性仿真及分析

3.1弯道行驶稳定性仿真

3.2仿真结果分析

3.3本章小结

4 汽车弯道侧翻及侧滑预警算法研究

4.1弯道侧翻预警

4.2弯道侧滑预警

4.3弯道预警系统分级研究

4.4本章小结

5 弯道预警系统方案设计

5.1预警系统总体设计

5.2预警系统工作原理

5.3预警系统的硬件设计

5.4预警功能的实现

5.5系统数据通讯实验

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2不足和展望

致谢

参考文献

附录A