一种水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法及系统与流程

本发明涉及智能车辆控制，尤其涉及一种水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法及系统。

背景技术：

1、现有水陆两用车辆主要采用四轮独立驱动电机系统，为提高驾驶性能与上滩能力，部分车辆还配备航行推进器，通过水深、轮速等有限传感器信息判断并切换不同航行模式。

2、然而，现有判断切换航行模式的依据条件单一，难以准确识别水中航行各模式状态，易出现误判或延迟切换，导致车辆在各状态下的控制混乱，同时不同状态下推进器的启动时机判断不够精准，退出过早导致动力不足，退出过晚则造成推进器长时间脱离水面空转，影响使用寿命，且四电机与推进器的协调性差，易出现短暂动力中断，车辆顿挫严重影响驾乘体验，无法最大限度发挥推进器功能。

技术实现思路

1、为解决现有技术中水中航行模式识别与切换判断不准确、各模式下推进器启退控制不精确且与四电机协同配合效果差影响驾乘体验的问题，本发明提供了一种水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法及系统，通过多源融合信息智能识别与切换车辆在水中的航行模式，且在不同航行模式下精准控制四电机与推进器协同配合实现动力状态无感切换，避免车辆顿挫，使车辆可平滑下水上滩，提升驾乘体验。

2、第一方面，本发明提供了一种水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法。

3、一种水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法，包括：

4、实时采集水陆两用车的多源传感数据，经数据融合处理后，动态提取车辆状态信息，包括车身吃水深度、车顶距水面距离和车辆滑转率；

5、构建涉水状态、航行状态和上滩状态三种航行模式，根据车辆状态信息识别并自动切换当前水陆两用车的航行模式；

6、根据当前所处航行模式，执行模式对应的控制策略，为：涉水状态下仅采用四电机驱动；航行状态下采用四电机与航行推进器协同驱动；上滩状态下采用四电机驱动，并根据实际状态综合评判航行推进器的启停时机，联合航行推进器以辅助推进。

7、进一步的技术方案，通过车载多源传感器阵列，实时采集水陆两用车的多源传感数据；其中，多源传感器阵列包括布设于车身的前后水深传感器、四轮轮速传感器、高精度imu和gps/北斗定位模块；

8、对实时采集的多源传感数据进行融合处理，动态提取车辆状态信息，包括：采用滤波算法融合高精度imu和gps/北斗定位模块的数据，获取车辆位置和姿态信息；采用加权平均法融合前后水深传感器的数据，获取车身吃水深度和车顶距水面距离；采用滤波处理四轮轮速传感器的数据，结合车辆速度计算车辆滑转率。

9、进一步的技术方案，所采用的加权平均法中，前水深传感器的权重随车辆俯仰角的增大而增大，后水深传感器的权重随车辆俯仰角的增大而减小。

10、进一步的技术方案，涉水状态、航行状态、上滩状态三种航行模式间的切换条件，包括：

11、当车身吃水深度大于车轮半径的第一设定倍数、车顶距水面距离小于设定高度阈值、根据高精度imu检测到垂直加速度变化或根据四轮轮速传感器检测到车轮脱离地面且持续满足设定时长，判断车辆从涉水状态切换至航行状态；

12、当车身吃水深度小于车轮半径的第二设定倍数、前轴滑转率大于设定滑转率阈值且持续满足设定时长，判断车辆从航行状态切换至上滩状态；

13、当推进器退出工作后车身吃水深度降低至设定阈值范围内，判断车辆从上滩状态切换至涉水状态。

14、进一步的技术方案，当车辆处于上滩状态时，推进器采用转速控制提供辅助推力，并根据实际状态综合评判航行推进器的启停时机，包括：

15、初始状态下，推进器采用转速控制提供辅助推力；

16、实时监测车辆状态，当满足任一条件：前轴左右车轮的滑转率小于第一设定值、后轴左右车轮的滑转率小于第二设定值、当前车顶距水面距离大于第一高度阈值且后车顶距水面距离小于第二高度阈值、推进器负荷小于额定负荷的设定占比且从负荷首次低于额定负荷的设定占比开始计时持续时间大于设计定时长时，控制推进器转速线性降低至零以退出工作。

17、进一步的技术方案，当车辆处于上滩状态时，推进器采用转速控制提供辅助推力，并根据实际状态综合评判航行推进器的启停时机，包括：

18、初始状态下，推进器采用转速控制提供辅助推力；

19、实时监测车辆状态，基于前后轴车轮滑转率、车顶距水面距离、推进器负荷分别进行赋分并求和得到综合评分，当综合评分达到退出阈值时，控制推进器转速线性降低至零以退出工作。

20、进一步的技术方案，当车辆处于上滩状态时，四电机采用扭矩控制且优先向前轴分配扭矩，包括：

21、默认前后轴扭矩的分配比例；

22、根据高精度imu测得的俯仰角动态调整扭矩分配比例，包括：当俯仰角大于设定角度阈值时，按设定规则提升前轴扭矩分配比例。

23、进一步的技术方案，还包括紧急退出条件，为：

24、当推进器转速相对于当前转速突降大于设定转速阈值，或推进器电流相对于当前电流突降大于设定电流阈值时，立即控制推进器退出工作。

25、进一步的技术方案，还包括故障降级策略，为：

26、当传感器连续输出异常数据达到预设次数时，判定为传感器故障；

27、当水深传感器故障时，切换至基于高精度imu和gps/北斗定位模块的定位估算水深；

28、当轮速传感器故障时，切换至基于gps/北斗模块的车速计算滑转率；

29、当水深传感器和轮速传感器同时故障时，进入安全模式，禁用推进器并限制车辆最高车速为设定安全车速。

30、进一步的技术方案，状态切换还包括手动切换通道，即每个状态切换均配置自动判断和手动物理按键双通道，为：

31、当驾驶员通过物理按键请求手动切换时，执行安全校验，若水深大于设定水深校验值、横滚角小于设定横滚角校验阈值且车速小于设定车速校验阈值，则允许切换，否则拒绝切换并提示驾驶员。

32、进一步的技术方案，还包括极端姿态保护与误操作防护，为：

33、当车辆横滚角大于设定侧倾角阈值时，降低推进器转速设定推进器转速降幅并增加四电机扭矩设定电机扭矩增幅；

34、当车辆纵倾角大于设定纵倾角阈值时，前轴扭矩分配比例提升至调整后的前轴扭矩分配比例；

35、当车辆处于陆地或车速大于设定禁入车速阈值时，禁止进入航行模式；

36、当驾驶员连续误操作达到预设次数时，锁定航行模式切换功能预设时长。

37、第二方面，本发明提供了一种水陆两用车水中航行模式识别与切换控制系统。

38、一种水陆两用车水中航行模式识别与切换控制系统，包括：

39、多源传感器阵列，用于实时采集水陆两用车的多源传感数据；

40、四电机，用于驱动车辆；

41、推进器，用于提供辅助推力；

42、车载控制器，与多源传感器阵列、四电机、推进器电连接，用于接收实时采集的多源传感数据，执行上述水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法，控制四电机的扭矩分配和推进器的转速。

43、第三方面，本发明提供了一种水陆两用车辆，包括上述的水陆两用车水中航行模式识别与切换控制系统，或执行上述水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法。

44、第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；处理器，用于执行所述存储器中存储的可执行指令时，实现上述的水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法。

45、第五方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，用于引起处理器执行所述可执行指令时，实现上述的水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法。

46、第六方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括可执行指令，可执行指令存储在计算机可读存储介质中；其中，电子设备的处理器从计算机可读存储介质中读取可执行指令，并执行可执行指令时，实现上述的水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法。

47、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

48、本发明提供了一种水陆两用车水中航行模式识别与切换控制方法及系统，通过采集多源传感数据动态提取车辆状态信息，以此准确识别涉水状态、航行状态和上滩状态三种模式，避免因感知信息不足导致的误判和延迟切换问题；建立涵盖车辆从陆地进入水中、水中航行、从水中返回陆地全过程的三状态航行模式架构，并针对各状态间的切换设计多条件综合判断机制，可消除水面波动、车辆颠簸等瞬时干扰对状态切换判断的影响，保证状态切换的稳定性与可靠性；限定了不同航行模式下的控制策略，其中针对上滩过程中推进器退出时机难以精准判断的问题，提出了基于前后轴滑转率、车顶距水面距离和推进器负荷的综合评分退出机制，当满足设定条件或阈值时控制推进器转速线性降低至零，实现推进器的渐进式平滑退出，相较于现有简单阈值判断方式，既避免了推进器退出过早导致上滩动力不足、车辆打滑失败的问题，又避免了推进器退出过晚导致其长时间脱离水面空转、损伤推进器的问题，有效延长了推进器的使用寿命，同时推进器转速线性降低至零的退出方式消除了动力突变带来的顿挫感，可显著提升驾乘舒适性。

49、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。