基于GPS的汽车节能畅行红绿灯提示系统研究

【摘要】：汽车行驶在城市道路时，经常因无法预知交通信号灯的变换时机，而导致车辆造成无谓的红灯等候或急加速、急刹车现象，给交通安全、车辆畅行及燃油消耗等造成影响与浪费。若能提供一种提示系统，该系统可准确预知前方信号灯的切换时机，结合GPS导航技术判断车辆当前的行驶状态及其与前方信号灯的位置关系，然后根据汽车节能行驶车速策略提示驾驶员合理的行驶，则可为城市交通畅行与节能驾驶提供重要帮助。 针对上述目标，设计了一种以单片机为核心的汽车畅行红绿灯提示系统，该系统，采用GPS模块获取车辆动态位置与速度；单片机结合交通信号灯信息进行畅行车速决策，并通过显示模块将行车策略及时提示给驾驶员。 选择了瑟夫三代GPS芯片，通过标准协议实现了GPS信息的PC机提取与AVR单片机提取；实地采集实验表明GPS数据直接提取存在较大偏差，需进行滤波处理；从车载GPS的卡尔曼滤波器建立、散点的判断和处理、卡尔曼滤波算法的仿真分析及实际测量数据处理等方面，对提示系统所需的经纬度信息进行滤波分析，实验结果表明滤波后的数值更加接近实际轨迹。 以车辆通过信号灯时的安全、畅行和节油为目标，设计了车速算法策略。分别研究不同信号灯情况下的车辆驾驶模式策略，根据不同的时间和距离条件，将车辆划分为匀速、减速和加速模式。在此基础上，研究驾驶车速策略，给出了符合限定时间内可通过信号灯路口的经济车速。 针对车速算法中驾驶工况分类复杂、算法实时更新且循环运行等问题，在MATLAB/SIMUlink中，搭建了不同信号灯时的车速模型及参数输入模型。并对不同驾驶工况进行仿真研究，仿真结果表明车速算法能够满足安全、畅行和节油的目标。搭建提示系统的实验平台，并进行实车搭载实验，实验结果表明该提示系统能够辅助驾驶者畅行节能地通过信号灯路口。 【关键词】：汽车节能 GPS 车速算法策略 卡尔曼滤波
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U463.6;P228.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国内外卫星定位技术研究现状10-12
• 1.2.2 国内外节油驾驶技术研究现状12-14
• 1.3 本课题主要研究内容14-15
• 第2章 基于 GPS 的汽车节能畅行红绿灯提示系统的工作原理15-19
• 2.1 提示系统的设计原理15
• 2.2 信号灯信息的处理15-17
• 2.3 提示系统的硬件组成17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第3章 GPS 信号提取及卡尔曼滤波研究19-32
• 3.1 GPS 信号提取19-23
• 3.1.1 GPS 信号输出格式20-21
• 3.1.2 GPS 信号的 PC 机采集21-22
• 3.1.3 GPS 信号的程序采集22-23
• 3.2 GPS 卡尔曼滤波算法研究23-28
• 3.2.1 车辆运动模型的建立24-27
• 3.2.2 GPS 卡尔曼滤波递推方程27-28
• 3.2.3 GPS 测量数据的散点处理28
• 3.3 基于 MATLAB 的卡尔曼滤波研究28-31
• 3.3.1 卡尔曼滤波的实验分析28-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 车速算法策略研究32-46
• 4.1 驾驶模式策略32-35
• 4.1.1 驾驶模式策略的基本要求32-33
• 4.1.2 驾驶模式策略33-35
• 4.2 驾驶车速策略35-45
• 4.2.1 各行驶工况燃油消耗量的计算方法36-38
• 4.2.2 红灯状态下的驾驶速度研究38-43
• 4.2.3 绿灯状态下驾驶速度研究43-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第5章 车速算法策略的仿真分析与试验46-58
• 5.1 车速算法策略模型的建立46-49
• 5.1.1 红黄灯模型的建立47
• 5.1.2 绿灯模型的建立47-48
• 5.1.3 输入参数模型的建立48-49
• 5.2 车速算法策略的仿真结果与分析49-54
• 5.2.1 红灯时的仿真结果与分析50
• 5.2.2 绿灯时的仿真结果与分析50-53
• 5.2.3 相连两个信号灯的仿真结果与分析53-54
• 5.3 提示系统的行车试验54-57
• 5.3.1 软件设计54-55
• 5.3.2 试验过程及结果分析55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间所发表的论文62-64
• 致谢64

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