基于分层2.5D地图的无人履带车辆路径规划

针对越野环境地形下无人履带车辆难以安全、高效规划出一条可通行路径的问题,提出一种考虑地形特征、障碍物以及车辆运动特性的分层式路径规划算法.算法先通过三维参考路径规划模块改进A*算法节点扩展方式,使用无梯度迭代平滑算法、B样条曲线拟合得到平滑参考路径;然后在多阶段状态空间采样模块中采用自适应采样策略生成候选路径集,采用贪婪策略选出最优路径.试验结果表明,所提方法在越野环境中的规划结果既保证了可行性、稳定性、实时性,又在稳定车辆姿态上具有优势.

喷水推进两栖车辆水面航行特性试验与数值计算研究

兼具陆上机动、水面航行及水陆交界地带作业能力的特种水陆两栖车辆,是未来多域协同系统中重要组成部分。以喷水推进两栖车辆为研究对象,基于船模拖曳水池试验,获得了弱约束条件下喷水推进两栖车辆的航行特性,建立了喷水推进器与两栖车辆一体化操控的数值计算方法,对喷水推进两栖车辆水动力性能展开研究并充分验证了数值计算方法的准确性,对比分析了两栖车辆设计航速下拖曳与约束自航条件下的航行特性。相比于常规的“船-泵”一体化研究,从两栖车的角度丰富了喷水推进器和水面航行体相互影响的研究。结果表明,约束自航条件下车体阻力相比无喷水推进条件下阻力增加17.6%,喷水推进器运行导致的车辆姿态变化是造成增阻的主要因素。约束自航条件与拖曳条件相比,虚长度延伸长度从-0.864 X/L(X为距车辆重心长度,L为两栖车总长)增加至-1.513 X/L。与此同时,鸡尾流波高高度与发散波面积显著增加,从0.037 H/L(H为波面高度)增加至0.061 H/L,增加了尾流场附近能量损失。

水陆无人两栖车环境感知技术综述

水陆两栖车无人化对无人作战体系的发展与完备具有重要的战略意义,环境感知技术是两栖车无人化的关键技术之一.文中综述了两栖车传感器的应用方案以及两栖车感知技术的分类特点,并且针对两栖车水上感知及水陆过渡区域分析了环境感知的关键技术,最后展望了水陆无人两栖车环境感知技术的发展方向.

基于融合特征的无人履带车辆道路类型识别方法

无人履带车辆行驶路况复杂,将道路类型作为无人履带车辆悬架控制、自动换挡决策、路径规划等任务的先验信息,有利于提升车辆性能。针对使用单一信号识别道路类型环境适应性差或准确率低的问题,提出一种基于融合特征的道路类型识别方法,将图像的深度特征和悬置质量垂向加速度时域、频域、功率谱密度信号的统计特征相结合,利用机器学习分类算法实现道路类型识别。对单一特征和融合特征进行对比发现:融合特征实现了图像特征和悬置质量垂向加速度特征的互补,提高了道路类型识别的准确率和环境适应能力;融合特征方法与仅使用图像特征的方法实时性相差极小。对多种机器学习分类算法进行对比,试验结果表明:支持向量机和随机森林在准确性和实时性方面都表现优越,总体准确率均可以达到90%以上,识别速度可以达到14帧/s。

不同探测距离传感器的搜索策略研究

提出了一种针对侦察任务隐蔽点的搜索策略,主要应用于装备了不同探测距离传感器的地面无人机动平台,解决了已有随机搜索策略效率不高的问题.该策略使用基于传感器的导向快速随机搜索树方法进行目标方向的路径规划;在路径规划的过程中若遇到障碍物形成的狭窄通道时,基于启发式A*方法规划路径以提高效率,最终完成搜索策略.将搜索策略命名为:组合传感器与规划组合搜索策略.设计仿真试验对所提出的搜索策略进行了验证.结果表明在直径500米有遮挡的仿真场景下,所提出的搜索策略相比于短探测距离传感器的路径变形策略快速随机搜索树策略效率平均提升了3.11倍,规划的道路长度缩短了9.63%,所提出的搜索策略相比于长探测距离传感器导向搜索策略效率平均提升了3.53倍,规划的道路长度缩短了12.06%,证明了CP&CS搜索策略在侦察任务中隐蔽点搜索上的优越性.

基于双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制

为解决定参数轨迹跟踪控制器工况适应性差的问题,基于改进粒子群优化(IPSO)、多层感知机(MLP)算法,设计一种双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制算法。离线状态下,基于采集的实车数据,以轨迹跟踪的高精度、高稳定性、低时间成本为目标,利用IPSO算法构建了不同运动基元下的最优参数组合数据集,并以运动基元类型和车速等为特征向量,控制时域长度、时间步长为标签,采用学习率自适应优化算法完成MLP神经网络模型的训练。在线状态下,根据规划层下发的轨迹信息和车辆状态反馈信息,由MLP神经网络输出预测的最优控制时域长度和控制时间步长,作为双参数输入到模型预测控制算法中,完成自适应轨迹跟踪控制。基于ROS-VREP的联合仿真和基于双侧独立电驱动履带平台进行实车试验。研究结果表明,在包含大曲率转向的综合工况下,与相同计算时间成本的定参数轨迹跟踪控制算法相比,所设计的轨迹跟踪控制器横向偏差均值、航向偏差均值以及转角变化率均值分别降低了30.5%、17.2%、7.8%,证明了算法的可行性和有效性。

硬质路面条件下履带车辆转向模型分析及验证

履带车辆与地面之间的作用关系复杂,基于地面剪切位移的方法通常会用到对时间和位置的积分,模型较为复杂,无法直接应用到车辆的实时控制算法中。通常情况下,履带车辆转向分析会将接地压力看作连续线性分布或者多矩形分布,但是试验和计算结果均表明硬质土壤条件下,履带接地压力为多峰值分布,前述两种分布均不能体现接地压力的真实状态。本文针对上述问题,在前人研究的基础上,对履带接地压力分布进行求解,提出了履带车辆接地压力简化模型。该简化模型更符合硬质路面履带接地压力的真实状态,并被应用于履带车辆转向动力学分析与验证。利用J.Y.Wong提出的垂向负载-剪切位移变化关系解决了垂向压力变化的同时剪切位移计算的问题,提出了履带车辆转向分析模型(以下简称分析模型),试验结果表明该模型有较高的精度。但是其复杂度仍然较高,为了进一步简化模型,借鉴轮式车辆轮胎侧偏角和滑转率的概念,利用履带车辆履带-地面剪切位移关系推导了简化履带车辆动力学模型(以下简称简化模型)。该模型避免了复杂的积分或者求和,显著降低了履带车辆动力学模型的复杂度,能够应用于基于模型的无人驾驶履带车辆轨迹控制方法中,且模型精度接近前述履带车辆转向分析模型。

基于MPC-MFAC的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制

简化模型带来的模型失配以及外部环境不确定性是导致轨迹跟踪误差的主要原因,尤其对于无人履带车辆,其复杂的物理特性和工作环境更放大了两大因素的不利影响。针对该问题,将基于模型和基于数据的控制方法结合起来,提出一种基于模型预测控制结合无模型自适应控制补偿的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制方法。在平衡建模准确度和求解耗时的基础上,利用模型预测控制进行前馈求解。针对模型预测控制中简化模型与车辆实际模型之间必然存在的差异以及环境不确定性,基于动态跟踪效果构建无模型自适应控制算法进行补偿,即利用车辆实际轨迹与模型预测所得轨迹之间的误差,对模型预测控制求解的两侧履带速度控制量进行实时修正。仿真实验结果表明,该方法能够在一定程度上抑制系统内外部不确定因素的影响,提高动态环境下双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制的精度。

基于拓扑路网的多挡无人履带平台路径重规划

针对越野环境中无人履带混合动力平台重规划鲁棒性差、场景适应性弱的问题,提出一种通过融入多目标函数模型进行规划路径重构,采用三次螺旋线对重构路径进行多阶段采样优化来生成重规划路径的方法。该方法主要研究无人履带平台运动过程中行驶路径出现局部动态无解、全局规划被动触发重规划功能、重新生成可达目标点的参考轨迹的策略,重点解决重规划时回退道路行驶的成本最优问题。平台搭载两挡行星自动机械变速器,无人平台在行进过程中可根据行驶速度切换到不同挡位,以应对不同路面条件下的速度需求,保证平台具有较强的可通过性。通过实车平台验证新方法针对不同越野场景,根据通行时间、能量消耗和换挡次数的三参数目标代价函数模型,得到最佳的重规划策略并生成一条最优可通行路径。研究结果表明:基于拓扑路网的多挡无人履带平台路径重规划方法降低了重规划过程的时间和能量成本,在兼备考虑时间、能量以及不同转弯半径和速度时选择适当的挡位,确保平台纵向运动动力性的同时,也充分考虑了时效性和经济性。

搭载任务载荷军用地面无人系统发展综述

随着军用地面无人系统研究的深入,单一的地面无人机动平台或任务载荷很难满足现代战场的需求,只有任务载荷和机动平台协同发展,地面无人系统才能在战场中真正形成战斗力。为进一步推动任务载荷与机动底盘协同技术的发展,综述了搭载任务载荷军用地面无人系统的发展背景、研究现状及技术特点,分别从多层次多维度的环境建模、基于多模态数据的通行度估计、基于多智能体协同建模的协同规划控制优化方法三方面对其关键技术进行阐述,总结了相关的研究框架和重点,并对搭载任务载荷军用地面无人系统未来的发展方向进行了展望。

考虑能量消耗的电驱动履带车辆路径规划方法研究

提出了一种考虑滑移滑转特性及其能量消耗的电驱动履带车辆路径规划方法.基于瞬时转向中心理论建立了考虑滑移滑转特性的履带车辆运动学模型;基于指数摩擦理论建立了车辆动力学模型;考虑电机瞬时功率最终建立了车辆能量消耗模型.基于控制空间采样的路径规划方法,融合履带车辆模型设计了考虑能量消耗的多目标优化策略路径规划方法.仿真试验验证了文中提出的考虑能量消耗的电驱动无人履带车辆多目标优化路径规划方法的可行性、节能有效性与优越性.

湿式离合器先导式电液调压阀时频域建模与分析

先导式电液调压阀是大功率湿式离合器换挡系统的核心部件,由于其多个环节存在参数时变和强非线性特征使其频率响应特性发生变化,进而影响换挡过程的油压调节的快速性与稳定性。在剖析先导式电液调压阀工作原理的基础上,考虑阻尼系数、流量系数和增益系数随油温的可变性,建立了先导式电液调压阀在工作过程中的数值模型,并推导了其频域模型。研究了先导式电液调压阀在不同参数下的时域和频域响应特性,得到了参数变化的影响规律。结果表明:增加系统响应的带宽会提高油压响应速度,但会降低阻尼比,使得油压响应的调节时间增加。系统的结构参数、输入信号以及工作油温均会影响其响应特性。基于该方法能够快速的判断先导式电液调压阀在全工作范围内的响应速度和稳定性问题,从而有助于改善先导式电液调压阀的油压动态跟踪性能。

基于可通行度估计的无人履带车辆路径规划

针对现有路径规划方法对地形特征考虑不足的问题,以无人履带车辆为研究对象,提出一种基于可通行度估计的路径规划方法。基于卷积长短期记忆(Conv LSTM)网络,从连续轨迹上提取激光雷达点云的空间特征和时间关联特征,融合车辆运动特征,估计地形可通行度。基于地形可通行度,改进A算法的节点扩展方式和代价函数,输出满足无碰撞约束和低可通行代价的离散路点;使用无梯度迭代平滑算法减小路径松弛度和可通行度代价;再使用三次B样条曲线对离散路径进行拟合,输出平滑参考路径。以参考路径建立Frenet坐标系,构建基于可通行度代价的安全走廊,在满足无碰撞约束、低可通行度代价的前提下,在走廊内生成满足车辆运动学约束的平滑路径。试验结果表明,所提出的方法能够充分考虑地形特征,提升路径规划结果的稳定性和可通行性。

智能汽车横向控制方法研究综述

智能汽车在提高行驶安全性和减少交通事故方面有很大的优势,已成为世界范围内的研究热点。综述了智能汽车横向控制的国内外发展历程与研究现状;介绍了车辆横向动力学和轮胎力学的研究历程和模型;阐述了智能汽车横向控制理论和方法以及自动转向执行机构的设计;给出智能汽车横向控制研究的重点和发展趋势。通过分析认为,系统非线性、不确定性和时变特性的智能汽车横向动力学建模和横向控制器设计,特别是高速时的横向控制,以及智能车辆感知决策系统与车辆本身系统的一体化设计,将是今后研究的重点。

越野无人驾驶车双回路电控-液压制动系统设计及试验

针对某4×4越野车液压助力制动系统的结构和特点,设计了一套双回路电控-液压制动系统,在保留车辆有人驾驶模式下踩踏板制动功能的同时,实现其在无人驾驶模式下的电控制动功能,且两种模式能够无缝切换.其中,有人驾驶模式的优先级高于无人驾驶模式.在某4×4越野车上搭建实车系统,通过静态试验和实际道路试验,测试其响应特性和控制特性,在此基础上,进行电控制动试验.结果表明,设计的双回路电控-液压制动系统能够满足车辆无人驾驶的要求.

军用地面无人机动平台技术发展综述

地面无人机动平台对发展高机动地面无人战斗系统具有重要的战略意义,是当前各国国防科技领域的研究热点。文中综述了军用地面无人机动平台的发展历程与最新进展,分别阐述和分析了其基本组成和发展特点,然后从环境感知、运动规划、跟踪控制等方面总结了军用地面无人机动平台发展中的关键技术,并对军用无人机动平台的研究方向和研究重点进行了展望。

双流传动履带车辆转向期间换档策略研究

本文从理论上分析了双流传动装置转向期间实现换档的必要性 ,介绍了实现转向期间自动换档的控制策略。台架试验表明 ,双流传动装置在转向期间的换档操纵功能提高了车辆转向性能。

装甲车辆自动变速操纵系统的数据采集与分析系统技术的研究

数据采集与分析技术是装甲车辆自动变速操纵系统研究和试验中的关键技术之一 ,开展该技术的深入研究 ,对研制出实用的自动变速操纵系统产品是十分重要的。本文介绍了开发车辆自动换档性能试验的随车数据采集与分析系统的有关设计原则、构思、硬件及系统软件设计等内容。

履带平台无人驾驶系统基于语义信息的模块串联方法

为提高无人履带平台在复杂越野环境下的通行能力,提出一种通过语义信息串联无人驾驶系统中环境感知、运动规划、运动控制模块的方法。环境感知模块通过相机与激光雷达的融合感知方法,利用图像语义信息与激光雷达点云特征,结合平台通过性几何参数,对环境中可通行区域进行粗提取,之后在可通行区域利用高斯聚类模型对环境进行精细的可通行度分析,最终生成具有不同通行度语义信息的三维栅格地图;运动规划模块在考虑平台运动学模型、动力学约束以及平滑过渡约束的基础上,结合地形与道路表面属性生成行为运动基元,通过对基元的分层式在线选择生成具有行为语义的轨迹;运动控制模块基于模型预测控制算法充分考虑平台驱动电机的执行能力、跟踪偏差以及控制稳定性,借助运动规划给出的行为运动基元语义属性,对控制目标函数权重系数进行实时更新,减小轨迹跟踪的横向误差,航向误差以及速度误差。最终利用中型混合动力无人履带平台进行了实车验证,结果表明:所提运动规划方法结果相较于基于平面二值栅格地图规划的轨迹在平均俯仰角、平均侧倾角、平均曲率分别降低46.1%、46.5%、14.2%;所提出基于行为语义轨迹变参数运动控制方法相较于定参数的运动控制方法分别在横向偏差、航向偏差、速度偏差降低17.1%、2.7%、6.1%。

整体控制对改善换挡品质的研究

提出了发动机—传动系整体控制对改善换挡过程品质的控制方法 ,并经过大量的试验研究 。