Medir la aceleración lateral y delantera del vehículo con un teléfono inteligente

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Quiero medir la aceleración (hacia adelante y lateral por separado) utilizando un dispositivo smartphone con Android para poder analizar el comportamiento de conducción.

Mi enfoque sería el siguiente:

1. Alineando sistemas de coordenadas

Calibración (sin movimiento / primer movimiento): Mientras el auto está parado, calculo la magnitud de la gravedad usando Sensor.TYPE_GRAVITY y la roto directamente hacia el eje z (apuntando hacia abajo asumiendo una superficie plana). De esa manera, los ángulos de inclinación y tirada deberían estar cerca de cero e iguales a los ángulos del automóvil relativo al mundo.

Después de esto, comenzaría a moverme hacia adelante con el auto para obtener una primera indicación de movimiento usando Sensor.TYPE_ACCELEROMETER y rotaría esta magnitud directamente hacia el eje x (apuntando hacia adelante). De esta manera, el ángulo guiñada debe ser igual al rumbo relativo del vehículo al mundo.

Orientación de actualización (mientras se conduce): Para poder mantener alineados los sistemas de coordenadas mientras se conduce, usaré Sensor.TYPE_GRAVITY para mantener el balanceo y el paso del sistema a través de

donde A_x, y, z es la aceleración de la gravedad.

Por lo general, el ángulo de orientación se mantendría a través de Sensor.ROTATION_VECTOR o Sensor.MAGNETIC_FIELD . Sin embargo, la razón detrás de no usarlos es porque voy a usar la aplicación también en vehículos eléctricos . Las altas cantidades de voltios y amperios producidos por el motor presumiblemente harían sufrir la precisión de los valores de los sensores. Por lo tanto, la mejor alternativa que conozco (aunque no es óptima) es usar el curso de GPS para mantener el ángulo de giro.

2. Obteniendo medidas

Al aplicar todas las rotaciones mencionadas anteriormente, debería ser posible mantener una alineación entre los sistemas de coordenadas del teléfono inteligente y del vehículo y, por lo tanto, proporcionarme los valores de aceleración frontal y lateral puros en el eje x y el eje y.

Questions:

  • ¿Es este enfoque aplicable o me perdí algo crucial?
  • ¿Existe un enfoque más fácil / alternativo para esto?
pregunta R. Doe

1 respuesta

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No debe preocuparse por los sensores magnéticos en los vehículos eléctricos: el chasis del vehículo protegerá su teléfono de las fluctuaciones en el campo magnético debido a la corriente entre la batería y el motor. Sin embargo, habrá un sesgo debido al chasis que es constante y que no podrá medir utilizando sensores de inercia (es decir, acelerómetro, giro, brújula). Para empeorar las cosas, la brújula es muy ruidosa y los grandes errores de rumbo son comunes.

En cuanto al sensor de gravedad, no puede usarlo para observar el rumbo: si tiene un vector hacia el centro de gravedad de la tierra, puede fijar dos ejes (inclinación, balanceo), pero no el rumbo (guiñada).

Podrías usar el giroscopio para medir el cabeceo, la orientación y el balanceo. Gyro mide la tasa de cambio de estos tres ángulos. Por lo tanto, al integrar las muestras, teóricamente, puedes obtener encabezamiento. Sin embargo, esto necesita una alineación inicial correcta y los errores en los datos del sensor son ilimitados, ya que se agregarán con cada nueva muestra. Hablando en términos prácticos, sus estimaciones de rumbo se desplazarán fácilmente 180 grados en pocos segundos. Sí, los sensores de inercia en nuestros teléfonos son tan malos.

Lo que ofrece la solución aquí es GNSS (GPS, GLONASS o GALILEO). Puede usarlo para corregir periódicamente el rumbo, pero esto solo funcionará cuando el vehículo esté en movimiento. Será inútil a bajas velocidades. La integración del rumbo desde el giroscopio y desde el GNSS se puede realizar de manera óptima utilizando el filtro extendido de Kalman. Si no sabe qué es eso, tratar de entenderlo podría causarle un gran dolor de cabeza.

Otra solución es a través de mapas: en la década de los 90, los métodos de comparación de mapas se utilizaron para mejorar la precisión del GPS ya que la disponibilidad selectiva todavía estaba en uso (la precisión del GPS civil se degradó artificialmente). Puede hacer algo similar: use el mapa de coincidencia para identificar la carretera por la que viaja el vehículo y luego use su rumbo para corregir sus estimaciones de rumbo. Tenga en cuenta que esto no funcionará alrededor de las intersecciones.

La buena lectura sobre sensores inerciales y la navegación integrada es de Groves P.D. Principios de los sistemas de navegación integrados GNSS, inercial y multisensor (Artech, 2008); ISBN 1580532551

    
respondido por el student

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