基于MEMS的汽车状态感知和性能评价技术研究

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汽车运动状态的感知是指在汽车运动过程中,通过布置在车内特定位置的微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems),结合高精度GPS(Global Position System)测量模块,实时采集并解算得到汽车行驶状态关键参数的技术。在此基础上,以制动性能和操纵稳定性能为代表,进一步研究了汽车综合性能测试与评价技术,并应用虚拟仪器工作平台LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)完成了相应测试评价软件的开发,从而初步构建了汽车状态感知和性能评价系统。   进行汽车运动状态感知技术的研究,可以为汽车惯性导航和道路行驶安全性预警提供技术支持;展开汽车综合性能评价技术的研究,能够为提升机动车检测效率以及提高行业检测与监督能力奠定基础。   本文主要从汽车运动状态感知核心硬件的设计与标定、汽车行驶过程中关键信号的采集与解算、汽车制动性能和操纵稳定性能测试技术的研究与LabVIEW中测试软件的开发以及以制动性能为代表的实车测试与分析等方面展开相关工作。   设计了汽车运动状态感知的核心硬件——微惯性传感器组合测量单元MIMU(Micro Inertial Measurement Unit),阐述了其工作原理,同时设计了MEMS传感器标定系统,对MIMU进行标定并分析标定误差。   以LabVIEW虚拟仪器开发环境为平台,开发了MIMU信号采集和GPS测速软件模块,获得汽车行驶过程中3轴角速度和3轴线加速度信号,以此作为系统的基础输入参数,应用LabVIEW与Matlab混合编程,结合卡尔曼滤波技术实现对汽车行驶过程中6自由度运动状态参数最优估计值(横摆角、侧倾角、俯仰角以及纵向速度、侧向速度和垂向速度)的解算,从而实现对汽车运动状态的感知。   基于对汽车运动状态的感知,参考汽车综合性能测试的相关试验标准和规范,着重分析了汽车制动性和操纵稳定性的测试原理,补充建立了状态感知所得参数以外的相关试验标准所需参数的数学计算模型。应用虚拟仪器工作平台LaVIEW完成了测试软件的开发,从而初步建立了一种基于虚拟仪器技术的汽车状态感知和性能评价的开放式系统。   搭建车载试验平台并展开以汽车制动性能为代表的实车道路测试。试验结果表明本文所研究的汽车状态感知和性能评价技术,能够快速、灵活地完成汽车综合性能的测试与评价,同时所搭建的测试系统具有开放性、可扩展性的特点。
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