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

背景技術(shù)：

1、水陸兩棲車是一種兼?zhèn)渌?、陸雙重行駛功能的特種車輛。其發(fā)動機動力經(jīng)過分動箱，進行動力的分配與切換，從而實現(xiàn)水上有動力，陸上有動力以及兩個動力同時工作的狀態(tài)。可以完成水上巡航、近海登陸等功能的特種車輛，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在水中和陸地上的工作要求不同，兩棲車輛的驅(qū)動模式由當下環(huán)境工況決定，現(xiàn)有技術(shù)的水陸兩棲車輛在執(zhí)行跨域任務(wù)時，主要依靠駕駛員或遠程操控人員綜合多種感知要素所執(zhí)行的切換機動模式的決策，具體判斷依據(jù)有海岸線、水深、涉水深度、地理地圖、車輛位姿、水域或陸域典型目標等，或車輛通過配置各種傳感器實現(xiàn)了對上述數(shù)據(jù)的感知與決策能力，但也僅實現(xiàn)了對各類數(shù)據(jù)進行融合與判定，往往不能做出精準的跨域自主切換控制，無法實現(xiàn)真正的自主化。

3、因此針對現(xiàn)有水陸兩棲車輛尚無法實現(xiàn)水陸模式精準自主切換的現(xiàn)狀，有必要發(fā)明一種可以根據(jù)周圍環(huán)境自主、精準改變自身驅(qū)動模式的水陸兩棲車輛跨域工況下自主切換機動模式的方法，進一步提高水陸兩棲車輛的自主性和對環(huán)境的適應性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在通過保持傳統(tǒng)的收集傳感器數(shù)據(jù)，判定切換準則確定當前工況并向車電系統(tǒng)輸出，來完成機動工況切換的基礎(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刻，輔助傳統(tǒng)跨域變工況過程進行自主決策，提供一種水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策方法，以其具有的高精準度與高自適應性，支撐水陸兩棲車輛自主規(guī)劃跨域機動模式的自主切換能力。

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

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

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行解析，生成車輛行駛時所處環(huán)境的最優(yōu)候選工況，同時將閉環(huán)控制的影響施加給下個規(guī)劃周期；

5、s3.?將步驟s2生成的最優(yōu)候選工況轉(zhuǎn)換為對機動執(zhí)行機構(gòu)做出機動模式切換的控制指令，并向車輛控制系統(tǒng)輸出，完成水陸兩棲車輛的機動模式切換過程。

6、進一步，步驟s1中，數(shù)據(jù)接口包括：車輛狀態(tài)信息接口，導航信息接口和環(huán)境信息接口；數(shù)據(jù)信息包括：車輛狀態(tài)信息、導航信息和環(huán)境信息；預處理方式包括：缺失值處理和離群值處理。

7、進一步，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)特征與運動學特征，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并從中選取特征參數(shù)，進行當前工況判定的優(yōu)化與升級，輸出當前環(huán)境下車輛應處于的最優(yōu)工況。

8、進一步，步驟s3中，控制指令包括：陸上推進器的啟動與停止指令、水上推進器的啟動與停止指令。

9、進一步，步驟s1中，輸入數(shù)據(jù)預處理的具體執(zhí)行流程如下：

10、車輛在實時運行過程中，通過數(shù)據(jù)接口采集并解析各種數(shù)據(jù)，包括：車輛控制系統(tǒng)采集的車輛狀態(tài)信息，所述車輛狀態(tài)信息包括車輛速度、加速度、和/或機動執(zhí)行機構(gòu)狀態(tài)；導航模塊采集的位置與姿態(tài)信息，所述位置與姿態(tài)信息包括車輛定位和姿態(tài)與里程計；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識別信息；將采集到的數(shù)據(jù)解析后進行預處理，為處理后的數(shù)據(jù)創(chuàng)建環(huán)境特征參數(shù)集合，完成對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與解析。

11、進一步，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行跨域環(huán)境分析，完成后輸出此參數(shù)集信息下車輛可能處于的最優(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、進一步，步驟s3中，車輛機動切換的具體執(zhí)行流程如下：

14、根據(jù)從s2獲取的最優(yōu)候選工況，并以此工況確定機動執(zhí)行機構(gòu)對應的最優(yōu)候選啟停狀態(tài)，作為機動切換指令向車輛控制系統(tǒng)輸出，車輛控制系統(tǒng)根據(jù)輸出的指令執(zhí)行對應機構(gòu)的啟停，完成水陸兩棲車輛的機動模式切換過程。

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

16、進一步，所述裝置包括車輛控制系統(tǒng)、車輛機動執(zhí)行機構(gòu)、跨域工況決策模塊、導航模塊、液位傳感器、深度傳感器和視覺傳感器。

17、進一步，所述車輛控制系統(tǒng)用于控制車輛運行的核心系統(tǒng)，可以獲取車輛實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；機動執(zhí)行機構(gòu)用于車輛動力驅(qū)動；跨域工況決策模塊用于判斷車輛是否執(zhí)行跨域機動切換；導航系統(tǒng)用于獲得車輛位置、姿態(tài)與里程計信息；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；視覺傳感器用于獲取柵格地圖信息和目標識別信息。

18、本發(fā)明的有益效果如下：

19、（1）本發(fā)明的水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策方法針對跨域工況機動切換過程中需人工操作、自主切換下切換點難以確定且切換準則不完善的問題，通過一系列感知設(shè)備和智能算法完成跨域環(huán)境下機動模式切換，解決車輛水陸切換時對操作員的依賴，提高水陸兩棲車輛的自主性，進而提高水陸兩棲車輛在復雜環(huán)境下工作的適應性。

20、（2）本發(fā)明的水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策方法不僅限于特定類型車輛，可以部署于多種兩棲平臺上，具有高度的擴展性，滿足多樣化的兩棲作業(yè)需求。

技術(shù)特征：

1.一種水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策方法，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所述的水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策方法，其特征在于，步驟s1中，數(shù)據(jù)接口包括：車輛狀態(tài)信息接口，導航信息接口和環(huán)境信息接口；數(shù)據(jù)信息包括：車輛狀態(tài)信息、導航信息和環(huán)境信息；預處理方式包括：缺失值處理和離群值處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策方法，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)特征與運動學特征，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并從中選取特征參數(shù)，進行當前工況判定的優(yōu)化與升級，輸出當前環(huán)境下車輛應處于的最優(yōu)工況。

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

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

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策方法，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所述的水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策方法，其特征在于，步驟s3中，車輛機動切換的具體執(zhí)行流程如下：

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

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策裝置，其特征在于，所述裝置包括車輛控制系統(tǒng)、車輛機動執(zhí)行機構(gòu)、跨域工況決策模塊、導航模塊、液位傳感器、深度傳感器和視覺傳感器。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策裝置，其特征在于，所述車輛控制系統(tǒng)用于控制車輛運行的核心系統(tǒng)，用于獲取車輛實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；機動執(zhí)行機構(gòu)用于車輛動力驅(qū)動；跨域工況決策模塊用于判斷車輛是否執(zhí)行跨域機動切換；導航系統(tǒng)用于獲得車輛位置、姿態(tài)與里程計信息；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；視覺傳感器用于獲取柵格地圖信息和目標識別信息。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種水陸兩棲車輛跨域工況機動模式自主決策方法及裝置，所述方法包括以下步驟：S1.從平臺各類傳感器裝置與控制模塊中通過接口接收相關(guān)數(shù)據(jù)并進行預處理；S2.將步驟S1中獲得的數(shù)據(jù)傳入跨域決策控制器進行解析，生成與當下行駛環(huán)境相對應的最優(yōu)候選工況；S3.將步驟S2生成的最優(yōu)候選工況轉(zhuǎn)換為對機動執(zhí)行機構(gòu)的機動模式做出切換的控制指令，并向車輛控制系統(tǒng)輸出，完成水陸兩棲車輛的機動模式切換過程。本發(fā)明的方法及裝置以其具有的高精準度與高自適應性，支撐水陸兩棲車輛自主規(guī)劃跨域機動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,計敏濤,馬寧
受保護的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學深圳研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19