一种多履带车的控制方法、装置和电子设备与流程

本技术涉及超长多履带车辆，尤其涉及一种多履带车的控制方法、装置和电子设备。

背景技术：

1、目前，现有的多履带车控制方法多采用前后履带统一速度规划，未针对车体长度、转向惯性及地形扰动带来的速度偏差进行自适应修正，同时缺乏路径规划的动态约束，导致车辆在转向时尾部易出现轨迹偏移、滑移误差持续累积、复杂地形适应性差等问题。综上，现有的多履带车的控制精度较低，难以适应多种应用场景。

技术实现思路

1、本技术提供了一种多履带车的控制方法、装置和电子设备，用以在一定程度上解决现有的多履带车的控制精度较低，难以适应多种应用场景的问题。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种多履带车的控制方法，方法包括：获取多履带车的车辆运行状态信息和环境信息；车辆运行状态信息包括：车辆位姿信息、车辆的履带结构信息和车辆的履带运行信息；环境信息包括：环境障碍信息和地图路径信息；基于车辆运行状态信息和环境信息，确定路径约束参数，并以最小化代价函数为目标，确定多履带车的目标行驶路径；代价函数基于路径约束参数确定；路径约束参数包括：路径曲率、曲率变化率以及路径与障碍的边界安全距离；基于目标行驶路径的曲率，分别计算确定前履带和后履带的理论行驶速度；当多履带车按照目标行驶路径进行行驶的时候，基于当前的车辆位姿信息、当前的车辆履带结构信息和当前的车辆履带运行信息，确定前履带和后履带之间的位置偏差、滑转率偏差和上坡阻力偏差；位置偏差基于前履带的中心位姿和后履带的中心位姿确定；当前的车辆位姿信息包括前履带的中心位姿和后履带的中心位姿；滑转率偏差包括前履带滑移率偏差和后履带滑移率偏差；前履带滑移率偏差基于前履带的电机转速速度和当前前履带的速度确定；后履带滑移率偏差基于后履带的电机转速速度和当前后履带的速度确定；当前的车辆履带运行信息包括前履带电机转速速度、当前前履带的速度、后履带电机转速速度和当前后履带的速度；上坡阻力偏差基于车辆重量和坡道的坡度值确定；当前的车辆履带结构信息包括车辆重量；当前的车辆位姿信息还包括坡道的坡度值；将位置偏差、滑转率偏差和上坡阻力偏差进行加权求和，得到后履带的速度补偿量；将后履带的理论行驶速度与后履带的速度补偿量相加，得到后履带的协同补偿速度；控制多履带车的前履带按前履带的理论行驶速度，后履带按协同补偿速度进行目标行驶路径的行驶。

3、此外，根据本技术的一个方面的方法，方法还包括：确定前履带的理论行驶速度和后履带的协同补偿速度之间的速度差值；当速度差值大于或等于预设的第一阈值时，更新路径约束参数，重新确定多履带车的目标行驶路径。

4、此外，根据本技术的一个方面的方法，获取多履带车的车辆运行状态信息和环境信息，包括：利用多履带车内设的惯性导航传感器和姿态检测装置，获取车辆位姿信息；车辆位姿信息包括：车辆坐标、姿态角、航向角、前履带中心位姿、后履带中心位姿和坡道坡度值；利用多履带车内设的车辆参数存储装置，获取车辆的履带结构信息；车辆的履带结构信息包括：履带数量、前后履带轴距、履带间距和车辆重量；利用多履带车内设的履带转速检测传感器，获取车辆的履带运行信息；车辆的履带运行信息包括：前履带电机转速、前履带行驶速度、后履带电机转速、后履带行驶速度和履带负载电流；利用多履带车内设的障碍物检测传感器，获取环境障碍信息；环境障碍信息包括：障碍物边界和可通行区域边界；利用多履带车内设的地图存储与读取模块，获取地图路径信息；地图路径信息包括：全局路径基准、路径规划参考线。

5、此外，根据本技术的一个方面的方法，基于车辆运行状态信息和环境信息，确定路径约束参数，并以最小化代价函数为目标，确定多履带车的目标行驶路径，包括：基于地图路径信息和车辆位姿信息，确定路径曲率；基于地图路径信息中指示的相邻路径的路径曲率差值，确定路径变化率；基于环境障碍信息和车辆的履带结构信息，确定路径与障碍的边界安全距离；将路径曲率、曲率变化率以及路径与障碍的边界安全距离组合，确定为路径约束参数；对路径曲率、曲率变化率以及路径与障碍的边界安全距离分别进行平方运算，得到其相应的平方项，并分别为路径曲率、曲率变化率以及路径与障碍的边界安全距离分配对应的代价权重；将路径曲率、曲率变化率以及路径与障碍的边界安全距离对应的各平方项与其代价权重相乘后相加，得到代价函数；基于车辆位姿信息，在地图路径信息中确定当前多履带车的路径起始点和到达目标终点的所有候选行驶路径；确定所有候选行驶路径的代价函数值，并选取所有代价函数值的最小值对应的候选行驶路径确定为目标行驶路径。

6、此外，根据本技术的一个方面的方法，基于目标行驶路径的曲率，分别计算确定前履带和后履带的理论行驶速度，包括：基于地图路径信息与车辆位姿信息，确定目标行驶路径的曲率；取目标行驶路径的曲率的倒数，得到多履带车的车辆转向半径；基于车辆转向半径、车辆履带结构信息中的前后履带轴距，确定前后履带对应的行驶半径；基于前后履带对应的行驶半径和底盘中心速度，分别确定前履带理论行驶速度和后履带理论行驶速度。

7、此外，根据本技术的一个方面的方法，当多履带车按照目标行驶路径进行行驶的时候，基于当前的车辆位姿信息、当前的车辆履带结构信息和当前的车辆履带运行信息，确定前履带和后履带之间的位置偏差、滑转率偏差和上坡阻力偏差，包括：将前履带的中心位姿和后履带的中心位姿坐标相减，得到前履带和后履带之间的位置偏差；确定前履带的电机转速速度和当前前履带的速度的第一比值，再用一减去第一比值，得到前履带滑移率偏差；确定后履带的电机转速速度和当前后履带的速度的第二比值，再用一减去第二比值，得到后履带滑移率偏差；将车辆重点乘以坡道的坡度值，得到上坡阻力偏差。

8、此外，根据本技术的一个方面的方法，将位置偏差、滑转率偏差和上坡阻力偏差进行加权求和，得到后履带的速度补偿量，包括：基于前后履带同步控制条件，分别为位置偏差、滑转率偏差、上坡阻力偏差分配对应的补偿权重；将位置偏差与其对应的补偿权重相乘，得到第一加权项；将滑转率偏差与其对应的补偿权重相乘，得到第二加权项；将上坡阻力偏差与其对应的补偿权重相乘，得到第三加权项；将第一加权项、第二加权项、第三加权项相加，得到后履带的速度补偿量。

9、此外，根据本技术的一个方面的方法，控制多履带车的前履带按前履带的理论行驶速度，后履带按协同补偿速度进行目标行驶路径的行驶，包括：基于前履带的理论行驶速度，生成前履带驱动控制指令以驱动前履带按照理论行驶速度进行目标行驶路径的行驶；基于后履带的协同补偿速度，生成后履带驱动控制指令以驱动后履带按照协同补偿速度进行目标行驶路径的行驶。

10、根据本技术的另一个方面，提供了一种多履带车的控制装置，装置包括：获取单元，用于获取多履带车的车辆运行状态信息和环境信息；车辆运行状态信息包括：车辆位姿信息、车辆的履带结构信息和车辆的履带运行信息；环境信息包括：环境障碍信息和地图路径信息；第一确定单元，用于基于车辆运行状态信息和环境信息，确定路径约束参数，并以最小化代价函数为目标，确定多履带车的目标行驶路径；代价函数基于路径约束参数确定；路径约束参数包括：路径曲率、曲率变化率以及路径与障碍的边界安全距离；第二确定单元，用于基于目标行驶路径的曲率，分别计算确定前履带和后履带的理论行驶速度；第三确定单元，用于当多履带车按照目标行驶路径进行行驶的时候，基于当前的车辆位姿信息、当前的车辆履带结构信息和当前的车辆履带运行信息，确定前履带和后履带之间的位置偏差、滑转率偏差和上坡阻力偏差；位置偏差基于前履带的中心位姿和后履带的中心位姿确定；当前的车辆位姿信息包括前履带的中心位姿和后履带的中心位姿；滑转率偏差包括前履带滑移率偏差和后履带滑移率偏差；前履带滑移率偏差基于前履带的电机转速速度和当前前履带的速度确定；后履带滑移率偏差基于后履带的电机转速速度和当前后履带的速度确定；当前的车辆履带运行信息包括前履带电机转速速度、当前前履带的速度、后履带电机转速速度和当前后履带的速度；上坡阻力偏差基于车辆重量和坡道的坡度值确定；当前的车辆履带结构信息包括车辆重量；当前的车辆位姿信息还包括坡道的坡度值；第一补偿单元，用于将位置偏差、滑转率偏差和上坡阻力偏差进行加权求和，得到后履带的速度补偿量；第二补偿单元，用于将后履带的理论行驶速度与后履带的速度补偿量相加，得到后履带的协同补偿速度；行驶单元，用于控制多履带车的前履带按前履带的理论行驶速度，后履带按协同补偿速度进行目标行驶路径的行驶。

11、根据本技术的再一方面，提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储计算机可读指令；以及处理器，用于运行计算机可读指令，使得电子设备执行如一个方面任一实施例所述的方法。

12、本技术提供了一种多履带车的控制方法、装置和电子设备。本技术通过获取多履带车的车辆运行状态信息和环境信息；车辆运行状态信息包括：车辆位姿信息、车辆的履带结构信息和车辆的履带运行信息；环境信息包括：环境障碍信息和地图路径信息；基于车辆运行状态信息和环境信息，确定路径约束参数，并以最小化代价函数为目标，确定多履带车的目标行驶路径；代价函数基于路径约束参数确定；路径约束参数包括：路径曲率、曲率变化率以及路径与障碍的边界安全距离；基于目标行驶路径的曲率，分别计算确定前履带和后履带的理论行驶速度；当多履带车按照目标行驶路径进行行驶的时候，基于当前的车辆位姿信息、当前的车辆履带结构信息和当前的车辆履带运行信息，确定前履带和后履带之间的位置偏差、滑转率偏差和上坡阻力偏差；位置偏差基于前履带的中心位姿和后履带的中心位姿确定；当前的车辆位姿信息包括前履带的中心位姿和后履带的中心位姿；滑转率偏差包括前履带滑移率偏差和后履带滑移率偏差；前履带滑移率偏差基于前履带的电机转速速度和当前前履带的速度确定；后履带滑移率偏差基于后履带的电机转速速度和当前后履带的速度确定；当前的车辆履带运行信息包括前履带电机转速速度、当前前履带的速度、后履带电机转速速度和当前后履带的速度；上坡阻力偏差基于车辆重量和坡道的坡度值确定；当前的车辆履带结构信息包括车辆重量；当前的车辆位姿信息还包括坡道的坡度值；将位置偏差、滑转率偏差和上坡阻力偏差进行加权求和，得到后履带的速度补偿量；将后履带的理论行驶速度与后履带的速度补偿量相加，得到后履带的协同补偿速度；控制多履带车的前履带按前履带的理论行驶速度，后履带按协同补偿速度进行目标行驶路径的行驶。这样，相较于现有的多履带车统一速度控制与静态路径规划方法，本公开可以先通过包含路径曲率、曲率变化率及障碍安全距离的路径约束参数构建动态代价函数，实现平滑、安全且贴合车辆动力学的目标行驶路径规划，从源头降低转向偏移风险；再根据路径曲率对前后履带进行差异化理论速度分配，适应长车体转向时的内外侧速度差异；随后实时检测前后履带位置偏差、履带滑转率偏差以及坡道阻力偏差，将三类偏差进行加权融合以得到精准速度补偿量，对后履带理论速度进行动态修正，形成协同补偿速度；最终以前后履带不同速度协同驱动的方式，实时修正转向惯性、车体长度及地形扰动带来的尾部轨迹偏移问题，抑制滑移误差累积，提升复杂地形下的行驶稳定性与轨迹跟踪精度。综上，本技术所提供的技术方案能够提高多履带车的控制精度，可以适应多种应用场景。

13、要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。