本發(fā)明涉及車(chē)輛工程和船舶工業(yè)，尤其是一種水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、水陸兩棲車(chē)是一種兼?zhèn)渌?、陸雙重行駛功能的特種車(chē)輛。其發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)過(guò)分動(dòng)箱，進(jìn)行動(dòng)力的分配與切換，從而實(shí)現(xiàn)水上有動(dòng)力，陸上有動(dòng)力以及兩個(gè)動(dòng)力同時(shí)工作的狀態(tài)?？梢酝瓿伤涎埠?、近海登陸等功能的特種車(chē)輛，在特有的地理環(huán)境中具有不可替代的作用。

2、然而由于水陸兩棲車(chē)在水中和陸地上的工作要求不同，兩棲車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)模式由當(dāng)下環(huán)境工況決定，現(xiàn)有技術(shù)的水陸兩棲車(chē)輛在執(zhí)行跨域任務(wù)時(shí)，主要依靠駕駛員或遠(yuǎn)程操控人員綜合多種感知要素所執(zhí)行的切換機(jī)動(dòng)模式的決策，具體判斷依據(jù)有海岸線(xiàn)、水深、涉水深度、地理地圖、車(chē)輛位姿、水域或陸域典型目標(biāo)等，或車(chē)輛通過(guò)配置各種傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)上述數(shù)據(jù)的感知與決策能力，但也僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合與判定，往往不能做出精準(zhǔn)的跨域自主切換控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的自主化。

3、因此針對(duì)現(xiàn)有水陸兩棲車(chē)輛尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)水陸模式精準(zhǔn)自主切換的現(xiàn)狀，有必要發(fā)明一種可以根據(jù)周?chē)h(huán)境自主、精準(zhǔn)改變自身驅(qū)動(dòng)模式的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況下自主切換機(jī)動(dòng)模式的方法，進(jìn)一步提高水陸兩棲車(chē)輛的自主性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明旨在通過(guò)保持傳統(tǒng)的收集傳感器數(shù)據(jù)，判定切換準(zhǔn)則確定當(dāng)前工況并向車(chē)電系統(tǒng)輸出，來(lái)完成機(jī)動(dòng)工況切換的基礎(chǔ)上，研究petri網(wǎng)的自主決策與控制，搭建跨域環(huán)境特征參數(shù)模型和基于petri網(wǎng)的自主決策控制器，通過(guò)決策器為petri網(wǎng)提供變遷的判斷元素，使petri網(wǎng)能夠自主決定工況判斷條件與切換時(shí)刻，輔助傳統(tǒng)跨域變工況過(guò)程進(jìn)行自主決策，提供一種水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法，以其具有的高精準(zhǔn)度與高自適應(yīng)性，支撐水陸兩棲車(chē)輛自主規(guī)劃跨域機(jī)動(dòng)模式的自主切換能力。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法，所述方法包括以下步驟：

3、s1.?從平臺(tái)各類(lèi)傳感器裝置與控制系統(tǒng)中通過(guò)數(shù)據(jù)接口接收相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，生成環(huán)境特征參數(shù)集合；所述各類(lèi)傳感器裝置至少包括液位傳感器、深度傳感器和視覺(jué)傳感器；

4、s2.?將步驟s1中獲得的參數(shù)集合傳入跨域決策控制器進(jìn)行解析，生成車(chē)輛行駛時(shí)所處環(huán)境的最優(yōu)候選工況，同時(shí)將閉環(huán)控制的影響施加給下個(gè)規(guī)劃周期；

5、s3.?將步驟s2生成的最優(yōu)候選工況轉(zhuǎn)換為對(duì)機(jī)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出機(jī)動(dòng)模式切換的控制指令，并向車(chē)輛控制系統(tǒng)輸出，完成水陸兩棲車(chē)輛的機(jī)動(dòng)模式切換過(guò)程。

6、進(jìn)一步，步驟s1中，數(shù)據(jù)接口包括：車(chē)輛狀態(tài)信息接口，導(dǎo)航信息接口和環(huán)境信息接口；數(shù)據(jù)信息包括：車(chē)輛狀態(tài)信息、導(dǎo)航信息和環(huán)境信息；預(yù)處理方式包括：缺失值處理和離群值處理。

7、進(jìn)一步，步驟s2中，跨域決策控制器部署于跨域自主決策模塊中，在跨域環(huán)境特征參數(shù)模型的基礎(chǔ)上加入了基于petri網(wǎng)的自主決策思想，依據(jù)輸入的環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合跨域下的環(huán)境介質(zhì)變化情況，將跨域工況劃分為不同片段，基于水陸兩棲車(chē)輛在不同工況片段下的不同環(huán)境特征、結(jié)構(gòu)特征與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并從中選取特征參數(shù)，進(jìn)行當(dāng)前工況判定的優(yōu)化與升級(jí)，輸出當(dāng)前環(huán)境下車(chē)輛應(yīng)處于的最優(yōu)工況。

8、進(jìn)一步，步驟s3中，控制指令包括：陸上推進(jìn)器的啟動(dòng)與停止指令、水上推進(jìn)器的啟動(dòng)與停止指令。

9、進(jìn)一步，步驟s1中，輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理的具體執(zhí)行流程如下：

10、車(chē)輛在實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)數(shù)據(jù)接口采集并解析各種數(shù)據(jù)，包括：車(chē)輛控制系統(tǒng)采集的車(chē)輛狀態(tài)信息，所述車(chē)輛狀態(tài)信息包括車(chē)輛速度、加速度、和/或機(jī)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)；導(dǎo)航模塊采集的位置與姿態(tài)信息，所述位置與姿態(tài)信息包括車(chē)輛定位和姿態(tài)與里程計(jì)；液位傳感器采集的液位環(huán)境信息；深度傳感器采集的水深環(huán)境信息；視覺(jué)傳感器采集的環(huán)境信息，所述環(huán)境信息包括柵格地圖信息和目標(biāo)識(shí)別信息；將采集到的數(shù)據(jù)解析后進(jìn)行預(yù)處理，為處理后的數(shù)據(jù)創(chuàng)建環(huán)境特征參數(shù)集合，完成對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與解析。

11、進(jìn)一步，步驟s2中，跨域工況決策的具體執(zhí)行流程如下：

12、使用從s1獲取的參數(shù)集，輸入跨域決策控制器進(jìn)行跨域環(huán)境分析，完成后輸出此參數(shù)集信息下車(chē)輛可能處于的最優(yōu)候選工況，為陸域工況、水域工況、水陸工況其中一種，其中水陸工況包括淺灘或沼澤。

13、進(jìn)一步，步驟s3中，車(chē)輛機(jī)動(dòng)切換的具體執(zhí)行流程如下：

14、根據(jù)從s2獲取的最優(yōu)候選工況，并以此工況確定機(jī)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)候選啟停狀態(tài)，作為機(jī)動(dòng)切換指令向車(chē)輛控制系統(tǒng)輸出，車(chē)輛控制系統(tǒng)根據(jù)輸出的指令執(zhí)行對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)的啟停，完成水陸兩棲車(chē)輛的機(jī)動(dòng)模式切換過(guò)程。

15、另一方面，本發(fā)明提供一種水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策裝置，所述裝置用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法。

16、進(jìn)一步，所述裝置包括車(chē)輛控制系統(tǒng)、車(chē)輛機(jī)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、跨域工況決策模塊、導(dǎo)航模塊、液位傳感器、深度傳感器和視覺(jué)傳感器。

17、進(jìn)一步，所述車(chē)輛控制系統(tǒng)用于控制車(chē)輛運(yùn)行的核心系統(tǒng)，可以獲取車(chē)輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；機(jī)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于車(chē)輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)；跨域工況決策模塊用于判斷車(chē)輛是否執(zhí)行跨域機(jī)動(dòng)切換；導(dǎo)航系統(tǒng)用于獲得車(chē)輛位置、姿態(tài)與里程計(jì)信息；液位傳感器用于獲取液位信息；深度傳感器用于獲取水深信息；視覺(jué)傳感器用于獲取柵格地圖信息和目標(biāo)識(shí)別信息。

18、本發(fā)明的有益效果如下：

19、（1）本發(fā)明的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法針對(duì)跨域工況機(jī)動(dòng)切換過(guò)程中需人工操作、自主切換下切換點(diǎn)難以確定且切換準(zhǔn)則不完善的問(wèn)題，通過(guò)一系列感知設(shè)備和智能算法完成跨域環(huán)境下機(jī)動(dòng)模式切換，解決車(chē)輛水陸切換時(shí)對(duì)操作員的依賴(lài)，提高水陸兩棲車(chē)輛的自主性，進(jìn)而提高水陸兩棲車(chē)輛在復(fù)雜環(huán)境下工作的適應(yīng)性。

20、（2）本發(fā)明的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法不僅限于特定類(lèi)型車(chē)輛，可以部署于多種兩棲平臺(tái)上，具有高度的擴(kuò)展性，滿(mǎn)足多樣化的兩棲作業(yè)需求。

技術(shù)特征：

1.一種水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法，其特征在于，步驟s1中，數(shù)據(jù)接口包括：車(chē)輛狀態(tài)信息接口，導(dǎo)航信息接口和環(huán)境信息接口；數(shù)據(jù)信息包括：車(chē)輛狀態(tài)信息、導(dǎo)航信息和環(huán)境信息；預(yù)處理方式包括：缺失值處理和離群值處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法，其特征在于，步驟s2中，跨域決策控制器部署于跨域自主決策模塊中，在跨域環(huán)境特征參數(shù)模型的基礎(chǔ)上加入了基于petri網(wǎng)的自主決策思想，依據(jù)輸入的環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合跨域下的環(huán)境介質(zhì)變化情況，將跨域工況劃分為不同片段，基于水陸兩棲車(chē)輛在不同工況片段下的不同環(huán)境特征、結(jié)構(gòu)特征與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并從中選取特征參數(shù)，進(jìn)行當(dāng)前工況判定的優(yōu)化與升級(jí)，輸出當(dāng)前環(huán)境下車(chē)輛應(yīng)處于的最優(yōu)工況。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法，其特征在于，步驟s3中，控制指令包括：陸上推進(jìn)器的啟動(dòng)與停止指令、以及水上推進(jìn)器的啟動(dòng)與停止指令。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法，其特征在于，步驟s1中，輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理的具體執(zhí)行流程如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法，其特征在于，步驟s2中，跨域工況決策的具體執(zhí)行流程如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法，其特征在于，步驟s3中，車(chē)輛機(jī)動(dòng)切換的具體執(zhí)行流程如下：

8.一種水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策裝置，其特征在于，所述裝置用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策裝置，其特征在于，所述裝置包括車(chē)輛控制系統(tǒng)、車(chē)輛機(jī)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、跨域工況決策模塊、導(dǎo)航模塊、液位傳感器、深度傳感器和視覺(jué)傳感器。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策裝置，其特征在于，所述車(chē)輛控制系統(tǒng)用于控制車(chē)輛運(yùn)行的核心系統(tǒng)，用于獲取車(chē)輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；機(jī)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于車(chē)輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)；跨域工況決策模塊用于判斷車(chē)輛是否執(zhí)行跨域機(jī)動(dòng)切換；導(dǎo)航系統(tǒng)用于獲得車(chē)輛位置、姿態(tài)與里程計(jì)信息；液位傳感器用于獲取液位信息；深度傳感器用于獲取水深信息；視覺(jué)傳感器用于獲取柵格地圖信息和目標(biāo)識(shí)別信息。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種水陸兩棲車(chē)輛跨域工況機(jī)動(dòng)模式自主決策方法及裝置，所述方法包括以下步驟：S1.從平臺(tái)各類(lèi)傳感器裝置與控制模塊中通過(guò)接口接收相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理；S2.將步驟S1中獲得的數(shù)據(jù)傳入跨域決策控制器進(jìn)行解析，生成與當(dāng)下行駛環(huán)境相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)候選工況；S3.將步驟S2生成的最優(yōu)候選工況轉(zhuǎn)換為對(duì)機(jī)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)動(dòng)模式做出切換的控制指令，并向車(chē)輛控制系統(tǒng)輸出，完成水陸兩棲車(chē)輛的機(jī)動(dòng)模式切換過(guò)程。本發(fā)明的方法及裝置以其具有的高精準(zhǔn)度與高自適應(yīng)性，支撐水陸兩棲車(chē)輛自主規(guī)劃跨域機(jī)動(dòng)模式的自主切換能力。

技術(shù)研發(fā)人員：孫沖,李婭妮,程柯鴻,喬子桁,丁子瑞,劉戰(zhàn)國(guó),計(jì)敏濤,馬寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)深圳研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19