兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (10): 3718-3731.doi: 10.12382/bgxb.2023.0823
收稿日期:
2023-08-29
上线日期:
2024-03-18
通讯作者:
基金资助:
WANG Liang, WANG Shoukun*(), NIU Tianwei, WANG Junzheng
Received:
2023-08-29
Online:
2024-03-18
摘要:
为提高复杂环境下无人特种车辆安全性、自主性及作业能力,面向在崎岖地形下无人特种车辆应用需求,提出一种基于地形特征时频变换的速度自适应控制方法。通过度量地形特征崎岖度、建立崎岖度和车速数学模型,实现无人特种车辆在崎岖地形的自主、自适应车速规划。针对崎岖地形和坡度引起的点云数据失真问题,融合惯性测量单元传感器数据对点云进行补偿,获得了车辆前方地形的精准点云数据;针对可视距离与跟踪精度冲突问题,不同于传统横向曲率计算方式,采用以线到面的方式,将激光雷达纵向剖面点云数据进行时频变换后,在频域内选取次频区域的积分面积作为崎岖度量化值,实现对不同地形下的崎岖度量化;此外,基于上述获得的崎岖度,采用迭代搜索的方式建立速度与崎岖度数学模型,并采用滑动窗口的方式更新崎岖度,实现车速到崎岖度之间的连续映射。以可控震源野外勘探特种车为研究对象,采用上述方法在实际野外地形环境中进行多次实验。实验结果表明,所提出的方法在崎岖地形具有良好的安全性、自主性,可以识别地形和自适应控制车速。
中图分类号:
王亮, 汪首坤, 牛天伟, 王军政. 基于地形特征时频变换的无人特种车辆速度自适应控制方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(10): 3718-3731.
WANG Liang, WANG Shoukun, NIU Tianwei, WANG Junzheng. Speed Control Method for Unmanned Special Vehicle Based on Terrain Feature Time-frequency Transform[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(10): 3718-3731.
参数 | 数值 |
---|---|
震源车长度/m | 10.0 |
震源车宽度/m | 3.38 |
震源车高度/m | 3.6 |
震源车前后轴距/m | 4 |
激光雷达距地高度/m | 1.4 |
激光雷达扫描频率/Hz | 20 |
激光雷达水平扫描范围/(°) | 360 |
激光雷达垂直扫描范围/(°) | -55~15 |
激光雷达有效测量距离/m | 150 |
GPS频率/Hz | 20 |
GPS定位精度/m | 0.01 |
IMU频率/Hz | 50 |
IMU精度/(°) | 0.05 |
表1 实验平台参数表
Table 1 Experimental platform parameters
参数 | 数值 |
---|---|
震源车长度/m | 10.0 |
震源车宽度/m | 3.38 |
震源车高度/m | 3.6 |
震源车前后轴距/m | 4 |
激光雷达距地高度/m | 1.4 |
激光雷达扫描频率/Hz | 20 |
激光雷达水平扫描范围/(°) | 360 |
激光雷达垂直扫描范围/(°) | -55~15 |
激光雷达有效测量距离/m | 150 |
GPS频率/Hz | 20 |
GPS定位精度/m | 0.01 |
IMU频率/Hz | 50 |
IMU精度/(°) | 0.05 |
地形 | S |
---|---|
平坦地形 | S<0.09 |
较平坦地形 | 0.09≤S≤0.17 |
崎岖地形 | S>0.17 |
表2 3种地形的崎岖度阈值范围
Table 2 Ruggedness for 3 types of terrain
地形 | S |
---|---|
平坦地形 | S<0.09 |
较平坦地形 | 0.09≤S≤0.17 |
崎岖地形 | S>0.17 |
[1] |
李睿, 项昌乐, 王超, 等. 自动驾驶履带车辆鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1128-1137.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.06.002 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.06.002 |
|
[2] |
李欢欢, 刘辉, 盖江涛, 等. 基于粒子群优化算法PID参数优化的双电机耦合驱动履带车辆转向控制[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 916-924.
doi: 10.12382/bgxb.2022.0788 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.0788 |
|
[3] |
袁艺, 盖江涛, 周广明, 等. 高速电驱动履带车辆操纵特性分析[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 203-213.
doi: 10.12382/bgxb.2022.0764 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.0764 |
|
[4] |
张伟, 刘辉, 韩立金, 等. 混合动力履带车辆机电联合制动控制[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 969-981.
doi: 10.12382/bgxb.2021.0256 |
doi: 10.12382/bgxb.2021.0256 |
|
[5] |
卢佳兴, 刘海鸥, 关海杰, 等. 基于双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 960-971.
|
doi: 10.12382/bgxb.2022.0009 |
|
[6] |
生辉, 项昌乐, 盖江涛, 等. 双侧电机耦合驱动履带车辆单侧电机故障模式下车辆安全控制[J]. 兵工学报, 2023, 44 (11): 3498-3507.
doi: 10.12382/bgxb.2022.0850 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.0850 |
|
[7] |
张杰, 马晓军, 刘春光, 等. 双侧独立电驱动履带车辆反馈线性化解耦与预测行驶控制[J]. 兵工学报, 2021, 42(4): 697-705.
|
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.04.003 |
|
[8] |
张超朋, 刘庆霄, 董昊天, 等. 无人驾驶履带车辆机电联合制动的协调控制[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2727-2737.
|
doi: 10.12382/bgxb.2021.0784 |
|
[9] |
刘佳, 刘海鸥, 陈慧岩, 等. 基于融合特征的无人履带车辆道路类型识别方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1267-1276.
|
doi: 10.12382/bgxb.2022.0038 |
|
[10] |
张瑞增, 龚建伟, 陈慧岩, 等. 硬质路面条件下履带车辆转向模型分析及验证[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 233-246.
doi: 10.12382/bgxb.2021.0849 |
doi: 10.12382/bgxb.2021.0849 |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
张明路, 王哲, 李满宏, 等. 基于足端位置的六足机器人漫游地形感知与表征[J]. 机械工程学报, 2021, 57(19): 48-60.
doi: 10.3901/JME.2021.19.005 |
|
|
[14] |
赵健, 李雅欣, 佟静, 等. 基于车辆动力学响应特征的越野地面分类方法[J]. 汽车工程, 2022, 44(6): 909-918.
|
|
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
孟祥瑞. 基于多线激光雷达的移动机器人环境感知与导航控制研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2018.
|
|
|
[19] |
张波. 基于激光雷达的非结构化地形特征提取与表征[D]. 厦门: 厦门大学, 2016.
|
|
|
[20] |
刘明, 荣学文, 李贻斌, 等. 基于地形聚类分析的移动机器人速度自适应控制[J]. 吉林大学学报 (工学版), 2021, 51(4): 1496-1505.
|
|
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
余嘉星, 裴晓飞, 过学迅. 考虑路径平滑性和避撞稳定性的智能汽车弯道轨迹规划研究[J]. 汽车工程, 2022, 44(5): 656-663.
|
|
|
[24] |
王猛, 陈珏璇, 邓正兴. 自动驾驶模糊神经网络速度规划方法[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(11): 2011.
|
|
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
程金龙, 冯莹, 曹毓, 等. 车载激光雷达外参数的标定方法[J]. 光电工程, 2013, 40(12): 89-94.
|
|
|
[29] |
|
[1] | 李晓雄, 张淑宁, 赵惠昌, 陈思. 基于1DC-CGAN和小波能量特征的引信小样本地形目标识别[J]. 兵工学报, 2022, 43(10): 2545-2553. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||