轮式车辆陷车预警系统研究

摘要

轮式车辆在行车过程中会因打滑严重而导致陷车，此时驱动轮的滑移率大大增加，严重的陷车会造成车辆功率浪费且严重磨损轮胎。因此，深入研究轮式车辆滑移率和陷车预警系统，在陷车发生之前对车辆的行车数据状态进行分析，从而做出及时预警，反馈到驾驶员或者行车控制系统中及时采取措施避免陷车发生。本文提出的轮式车辆陷车预警系统方案，充分分析预警系统的需求，对系统硬件传感器选用和软件程序编写方案进行论证，设计了预警系统的各个功能模块以及功能实现的上位机、下位机和通信网络系统，完成整体系统的搭建和调试，并进行了模拟试验和实车试验，主要研究内容和结论总结如下： （1）提出了以驱动轮实时滑移率作为陷车预警参考值的轮式车辆陷车预警思路，分析了国内外在滑移率和陷车相关方面的发展和研究过程，在此基础上总结出现有研究中存在的问题，确定了预警系统研究对应的技术路线和方法。 （2）对预警系统的需求进行了分析，对应系统的需求提出对应的方案并论证，在轮式车辆陷车预警系统中，关键在于行车状态数据的采集。行车状态数据主要包括各个驱动轮的实时轮速和车身速度等，提出了基于轮速传感器模块、车身速度采集模块、数据通信模块、数据处理存储模块和预警功能实现模块为基础的方案，编写相对应的软件操作程序（C语言、LabVIEW图形化编程语言）。 （3）在自下而上的系统搭建过程中，系统主要包括下位机、通信系统和上位机。上位机采用LabVIEW图形化编辑语言编写，连接外设Arduino矩阵键盘，在上位机中主要完成车身速度的处理（卡尔曼滤波器），预警阈值输入、实时滑移率的计算和行车数据的储存。在下位机中，霍尔轮速传感器模块和单片机测速模块共同完成对各个驱动轮轮速数据的采集，GNSS惯性导航组合模块完成对原始车身速度数据的采集。通信系统使用串行异步通信方式的有线通信方式和以nRF24L01无线射频收发模块为核心的无线数据通信方式。 （4）完成对预警系统的调试，测试了数据节点采集数据的精度和通信网络的稳定性准确性。选用双辉车业有限公司生产的两座系列高尔夫球电动车作为试验平台，分别在实验室和室外行车条件下进行试验，经试验获知：系统在驱动轮空转试验中测速平均误差率为0.29%，在室外条件下，驱动轮轮速测量平均误差率为1.81%；车辆在复杂路面行车时，预警系统可以实时监测车辆行车状态，可以根据预先输入的阈值对驱动轮的滑移陷车做出分级预警，基本功能可以实现。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3研究现状及存在的问题

1.4研究内容

1.5研究方法及技术路线

1.6论文结构

第二章 系统需求及方案设计

2.1系统需求分析

2.2系统方案论证

2.3系统硬件和软件总体设计

2.4 本章小结

第三章 系统上位机和下位机总体设计

3.1系统模块化设计与构建

3.2软件程序设计部分

3.3上位机设计

3.4下位机设计

3.5上位机和下位机之间的通信网络模块设计

3.6系统总体结构

3.7试验平台选用与设备改装调试

3.8 本章小结

第四章 系统功能实现及试验

4.1系统功能测试及试验方案

4.2霍尔传感器和单片机测速模块测速试验

4.3 GNSS惯性导航测速试验

4.4通讯试验

4.5实验室条件下的预警系统模拟试验

4.6预警系统实车试验

4.7结论

4.8本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2创新点

5.3展望

参考文献

致谢

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