用于控制履带式车辆运动的方法和装置及履带式车辆与流程

1.本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于控制履带式车辆运动的方法和装置及履带式车辆。


背景技术：

2.履带式车辆运动灵活、通过性高，在工程机械中应用广泛，如挖掘机、农业机械、救援设备等。由于施工环境复杂、地面相互作用下会产生滑移等现象，要求履带具有较大的驱动能力，因此在工程机械领域较多采用液压驱动。对于工程机械履带式地面设备，实现自动导航需保证各种工况下轨迹跟踪精度，使底盘按既定轨迹运动，双侧独立驱动履带的控制精度最终影响车身位置精度。
3.目前，对于履带式车辆自动导航的控制方法主要是在双侧履带安装传感器，通过感知履带底盘位置、航向、速度，优化控制方法，实现精准控制。控制方法多应用于电驱动机器人领域，对于工程机械履带液压底盘系统，施工情况复杂、工作环境恶劣，易产生滑转、滑移、沉陷等现象，双侧履带轮速传感器误差较大。履带式底盘驱动力大、在工程机械中应用广泛。对于履带式底盘导航系统精度控制方法，主要集中于以下几方面：1)下位机实现运动控制闭环，如在双侧履带分别安装轮速传感器；2)控制方法优化设计有模型预测控制、滑膜控制等。此外，控制方法具有以下缺陷：1)轮速传感器可感知实际响应，但工程机械地面设备工作环境恶劣，履带自身存在的结构误差大，下位机难以精准控制履带运动；2)模糊控制、滑膜控制实现复杂且多基于模型，对于工程机械，难以建立准确的非线性模型，难以实现准确控制。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于控制履带式车辆运动的方法和装置及履带式车辆，其可解决或至少部分解决上述问题。
5.为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种用于控制履带式车辆运动的方法，该方法包括：获取所述履带式车辆的当前实时位姿和当前期望位姿以及所述履带式车辆的各履带的实时曲率变化率；以及针对所述履带式车辆的任一履带，基于所述当前实时位姿和所述当前期望位姿，确定目标轮速；基于所述目标轮速，确定阀控指令；以及在所述实时曲率变化率大于所述预设曲率变化率阈值的情况下，基于所述实时曲率变化率，修正所确定的阀控指令，以根据修正后的阀控指令控制所述履带。
6.可选地，针对任一所述履带，该方法还包括：在所述实时曲率变化率小于或等于所述预设曲率变化率阈值的情况下，根据所确定的阀控指令控制所述履带。
7.可选地，针对任一所述履带，该方法还包括：判断实时轮速是否达到所述目标轮速；以及在所述实时轮速未达到所述目标轮速的情况下，基于所述目标轮速和所述实时轮速之间的轮速差，补偿所确定的阀控指令，以根据补偿后的阀控指令控制所述履带。
8.可选地，针对任一所述履带，在所述实时曲率变化率大于所述预设曲率变化率阈
值的情况下，根据以下公式确定所述补偿后的阀控指令：其中，i为所述履带的标识；vi为所述目标轮速；ui为履带i的补偿后的阀控指令；δvi为履带i的所述轮速差；k
vi
为履带i的轮速影响系数；k
ρi
为履带i的曲率变化率对阀控指令的影响系数；ρ
′i(t)为履带i在当前时刻t的所述实时曲率变化率；为履带i的轮速差影响系数。
9.可选地，针对任一所述履带，所述轮速影响系数基于以下内容被确定：轮速对阀控指令的影响系数、缩放系数、履带的轴距、路径转弯半径和各个履带所受路面阻力的和值。
10.可选地，针对任一所述履带，所述轮速影响系数基于以下公式被确定：其中，k
vi
为履带i的轮速影响系数；ki为履带i的轮速对阀控指令的影响系数；α为所述缩放系数；li为履带i的所述轴距；r为所述路径转弯半径；δf为所述各个履带所受路面阻力的和值。
11.可选地，所述预设曲率变化率阈值基于路面类型被确定。
12.相应地，本发明的另一方面提供一种用于控制履带式车辆运动的装置，该装置包括：获取模块，用于获取所述履带式车辆的当前实时位姿和当前期望位姿以及所述履带式车辆的各履带的实时曲率变化率；以及处理模块，用于针对所述履带式车辆的任一履带，基于所述当前实时位姿和所述当前期望位姿，确定目标轮速；基于所述目标轮速，确定阀控指令；以及在所述实时曲率变化率大于所述预设曲率变化率阈值的情况下，基于所述实时曲率变化率，修正所确定的阀控指令，以根据修正后的阀控指令控制所述履带。
13.此外，本发明的另一方面还提供一种履带式车辆，所述履带式车辆包括上述的装置。
14.另外，本发明的另一方面还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行上述的方法。
15.通过上述技术方案，针对任一履带，在实时曲率变化率大于预设曲率变化率阈值的情况下，基于实时曲率变化率修正基于目标轮速确定的阀控指令，将阀控指令增大，缩短履带响应时间，减小双侧履带行走控制误差，实现了较精准控制；此外，确定阀控指令的方法简单，控制履带运动的方法简单，通过较简单的控制方法实现了较精准的控制。
16.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
17.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
18.图1是本发明一实施例提供的用于控制履带式车辆运动的方法的流程图；
19.图2是本发明另一实施例提供的用于控制履带式车辆运动的方法的逻辑示意图；
20.图3是本发明另一实施例提供的用于控制履带式车辆运动的方法的逻辑示意图；
21.图4是差速履带运动学模型；以及
22.图5是本发明另一实施例提供的用于控制履带式车辆运动的装置的结构框图。
23.附图标记说明
24.1获取模块2处理模块
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
26.本发明实施例的一个方面提供一种用于控制履带式车辆运动的方法。
27.图1是本发明一实施例提供的用于控制履带式车辆运动的方法的流程图。如图1所示，该方法包括步骤s10～s11。
28.在步骤s10中，获取履带式车辆的当前实时位姿和当前期望位姿以及履带式车辆的各履带的实时曲率变化率。可选地，在本发明实施例中，获取当前实时位姿的方式有很多。例如，可以使用gnss惯导传感器。使用gnss惯导传感器，针对履带式车辆的液压底盘系统，即使在施工情况复杂、工作环境恶劣、易产生滑转、滑移、沉陷等现象的情况下，也可以较准确的获取到当前实时位姿，使得叫准确的控制履带运动。
29.此外，当前期望位姿为当前期望车辆达到的位姿，可以预先设置。例如，针对履带式车辆可以预先规划有行驶路径，履带式车辆在对规划的行驶路径进行路径跟随或者轨迹跟踪时，可以确定在任意时刻期望车辆达到的位姿。
30.此外，在本发明实施例中，位姿可以包括车身位置和航向角。另外，在本发明实施例中，可以基于gnss惯导传感器确定实时曲率变化率，从而获取到实时曲率变化率。
31.在一个示例中，gnss惯导传感器可以是安装在履带式车辆的中轴线上，可以测量履带式车辆在各个时间点的行驶路线曲率，而履带到中轴线的距离(以下简称轴距)是固定的，结合轴距和gnss惯导传感器测量的各个时间点的行驶路线曲率，可以计算得到各个履带的实时曲率变化率。
32.当然，在一些可行的实施方式中，也可以在车辆的不同履带处分别设置惯性单元(inertial measurement unit，imu)，基于imu测量的数据分别确定各个履带的实时曲率变化率。
33.在步骤s11中，针对履带式车辆的任一履带，基于当前实时位姿和当前期望位姿，确定目标轮速；基于目标轮速，确定阀控指令；以及在实时曲率变化率大于预设曲率变化率阈值的情况下，基于实时曲率变化率，修正所确定的阀控指令，以根据修正后的阀控指令控制履带。可选地，在本发明实施例中，可以根据以下内容确定目标轮速。基于当前实时位姿与当前期望位姿，确定车辆的目标线速度和目标角速度。具体地，根据当前实时位姿与当前期望位姿的误差来确定目标线速度和目标角速度。
34.结合一些举例，针对履带式车辆可以预先做好轨迹规划，履带车辆在行驶过程中的每个时间点在规划的轨迹上均对应有路径点以及路径点的位姿，在当前时刻，履带式车辆可以通过gnss惯导传感器获取自身的当前实时位姿，并从规划的轨迹上确定对应的路径点及其位姿，作为当前期望位姿。当当前实时位姿与当前期望位姿一致时，可以按照预先规划的在路径点速度与航向角(此时对应了目标线速度和目标角速度)行驶。当当前实时位姿与当前期望位姿不一致时，可以结合pid控制器，根据位姿偏差对预先规划的在路径点速度与航向角进行补偿，得到目标线速度和目标角速度。为便于区别，此处的pid控制器可以称为位姿pid控制器，其pid参数可以是比例增益、微分增益以及积分增益中的至少一者，根据
位姿pid控制器的实际设计情况而定。
35.当然，以上是对当前期望位姿、目标线速度和目标角速度的一些获取方式的举例说明，在实际应用中，以上履带式车辆也可以采用其他的轨迹跟踪或者路径跟踪的控制方式，pid控制器也可以替换地设计为模糊控制器或者神经网络模型等等，基于这些控制方式或者控制模型来获取以上参数亦是可行的。
36.基于所确定的目标线速度和目标角速度，结合差速履带运动学模型，如图4所示，确定两个履带的目标轮速。可选地，在本发明实施例中，可以根据以下公式确定履带i的阀控指令，k
vi
×vi
，其中，vi为目标轮速，k
vi
为履带i的轮速影响系数。针对任一履带，在实时曲率变化率大于预设曲率变化率阈值的情况下，基于实时曲率变化率修正所确定的阀控指令可以是根据以下公式进行修正或者根据以下公式确定修正的部分，k
ρi
ρi′
(t)，其中，k
ρi
为履带i的曲率变化率对阀控指令的影响系数；ρi′
(t)为履带i在当前时刻t的实时曲率变化率。其中，对所确定的阀控指令进行修正时是将基于目标轮速确定的阀控指令加上修正的部分。
37.通过上述技术方案，针对任一履带，在实时曲率变化率大于预设曲率变化率阈值的情况下，基于实时曲率变化率修正基于目标轮速确定的阀控指令，将阀控指令增大，缩短履带响应时间，减小双侧履带行走控制误差，实现较精准控制；此外，确定阀控指令的方法简单，控制履带运动的方法简单，通过较简单的控制方法实现了较精准的控制。
38.可选地，在本发明实施例中，该方法还可以包括以下内容。针对任一履带，在实时曲率变化率小于或等于预设曲率变化率阈值的情况下，根据所确定的阀控指令控制履带。
39.可选地，在本发明实施例中，针对任一履带，该方法还包括：判断实时轮速是否达到目标轮速；以及在实时轮速未达到目标轮速的情况下，基于目标轮速和实时轮速之间的轮速差，补偿所确定的阀控指令，以根据补偿后的阀控指令控制履带。可选地，在本发明实施例中，针对任一履带，可以是根据以下公式进行补偿或者根据以下公式确定补偿的部分，其中，δvi为履带i的轮速差，为履带i的轮速差影响系数。在控制履带运动的情况下，增加针对轮速的控制，可以增加实时性，使得对车辆位姿的控制更好，提升控制精准度。
40.可选地，在本发明实施例中，针对任一履带，在实时曲率变化率大于预设曲率变化率阈值的情况下，根据以下公式确定补偿后的阀控指令：其中，i为履带的标识；vi为目标轮速；ui为履带i的补偿后的阀控指令；δvi为履带i的轮速差；k
vi
为履带i的轮速影响系数；k
ρi
为履带i的曲率变化率对阀控指令的影响系数；ρ
′i(t)为履带i在当前时刻t的所述实时曲率变化率；为履带i的轮速差影响系数。
41.在一些实施方式中，基于目标轮速和实时轮速之间的轮速差，补偿所确定的阀控指令的过程，可以是结合pid控制器来实现的，为便于区别，此处的pid控制器可以称为轮速pid控制器。结合上文实施例，为履带i的轮速差影响系数，其在本实施方式中也可以认为是在轮速pid控制器中的比例增益。当然，基于轮速pid控制器设计情况，其pid参数也可以不限于比例增益，还可以包括微分增益或者积分增益等。
42.可选地，在本发明实施例中，针对任一履带，轮速影响系数可以基于以下内容被确定：轮速对阀控指令的影响系数、缩放系数、履带的轴距、路径转弯半径和各个履带所受路面阻力的和值。具体地，针对任一履带，轮速影响系数基于以下公式被确定：其中，k
vi
为履带i的轮速影响系数；ki为履带i的轮速对阀控指令的影响系数；α为缩放系数；li为履带i的轴距；r为路径转弯半径；δf为各个履带所受路面阻力的和值。
43.可选地，在本发明实施例中，预设曲率变化率阈值可以是预先设定的，或者可以是基于路面类型确定的。其中，路面类型可以通过以下方式获取：1)基于车辆上的视觉传感器识别得到，比如，基于图像传感器获取的图像，识别当前路面类型为水泥路面、硬土路面或者泥泞路面等，或者基于激光雷达获取的点云信息，确定路面的粗糙程度，进而确定路面类型；2)基于用户手动输入的路面信息得到，比如，履带式车辆可以提供人机交互界面，用户可以在人机交互界面中手动选择路面类型；3)结合地图、天气等信息进行获取，比如，地图信息中可以包括不同地理位置的路面信息，如泥地或者马路，根据天气信息可以确定路面的干湿程度，结合地图中的路面信息和基于天气信息的干湿程度，可以确定路面类型。
44.在一个示例中，可以预先建立有预设曲率变化率阈值与路面类型之间的对应关系，在获取到路面类型的情况下，结合该对应关系，可以得到预设曲率变化率阈值。
45.图2是本发明另一实施例提供的用于控制履带式车辆运动的方法的逻辑示意图。下面结合图2对本发明实施例提供的技术方案进行示例性介绍。需要说明的是，在确定阀控指令时，履带的实时轮速未达到目标轮速。
46.获取车身实时位姿矢量和实时曲率变化率，车身实时位姿矢量即为车辆的当前实时位姿。针对车辆的任一履带执行以下内容，。判断当前实时位姿是否达到当前期望位姿。在当前实时位姿达到当前期望位姿的情况下，根据当前阀控指令控制履带，其中，当前阀控指令即为根据目标轮速确定的阀控指令。在当前实时位姿未达到当前期望位姿的情况下，将实时曲率变化率与预设曲率变化率阈值a进行比较。在实时曲率变化率小于或等于a的情况下，基于目标轮速和位姿矢量反馈确定阀控指令。可选地，可以根据以下公式确定阀控指令：i为履带的标识；ui为履带i的阀控指令；vi为目标轮速；δvi为履带i的轮速差；k
vi
为履带i的轮速影响系数；为履带i的轮速差影响系数。其中，通过轮速差来体现位姿矢量反馈。在实时曲率变化率大于a的情况下，基于目标轮速、位姿矢量反馈和曲率变化率反馈确定阀控指令。可选地，可以根据以下公式确定阀控指令：其中，i为履带的标识；ui为履带i的阀控指令；vi为目标轮速；δvi为履带i的轮速差；k
vi
为履带i的轮速影响系数；为履带i的轮速差影响系数；k
ρi
为履带i的曲率变化率对阀控指令的影响系数，曲率变化率到控制信号的放大系数；ρ
′i(t)为履带i在当前时刻t的实时曲率变化率。其中，通过实时曲率变化率来体现曲率变化率反馈。需要说明的是，在确定阀控指令时，针对任一履带，实时轮速未达到目标轮速。此外，在本发明实施例中，a可以预先设定或者根据路面类型等因素进行确定，比如，a可以取0.03～0.18中的任意值。
47.图3是本发明另一实施例提供的用于控制履带式车辆运动的方法的逻辑示意图。
在本发明实施例提供的技术方案中，双侧履带在阻力矩扰动下的响应时间是差速履带底盘协同控制的关键因素，通过分析各履带响应时间，建立阀控指令与曲率变化率、履带轮速等的关系，调节左右履带驱动电机响应处于最优状态，最终实现履带式地面设备车身位姿的精准控制。在本发明实施例提供的技术方案中，考虑了转弯曲率变化率对履带底盘车身位姿导航控制精度的影响，采用位姿闭环+速度闭环的双闭环控制，控制方案简单，不需要建立复杂的非线性控制模型，通过提高阻力矩扰动下的左右履带驱动响应，提升履带底盘系统的车身位置及航向控制精度。
48.下面结合图3对本发明实施例提供的方法进行示例性介绍。获取当前时刻的当前期望位姿，从预先设置好的期望轨迹矢量获取当前期望位姿，任一时刻的期望位姿为预先设置好的。通过gnss惯导传感器确定当前实时位姿。将当前期望位姿与当前实时位姿进行比较，判断当前实时位姿是否达到当前位姿。其中，在本发明实施例中，位姿包括车辆的车身位置和航向角。
49.在当前实时位姿未达到当前期望位姿的情况下，基于当前实时位姿和当前期望位姿确定车辆的目标线速度和目标角速度，以确定当前目标线速度和当前目标角速度。目标线速度或者目标角速度＝预设目标线速度或者预设目标角速度+kp*(当前实时位姿-当前期望位姿)，其中，预设目标线速度和预设目标角速度分别是当前的目标线速度和当前的目标角速度。此外，kp为位姿误差的系数，位姿误差到控制信号的放大系数，其在本实施方式中也可以认为是在位姿pid控制器中的比例增益。当然，基于位姿pid控制器设计情况，其pid参数也可以不限于比例增益，还可以包括微分增益或者积分增益等。基于所确定的目标线速度和目标角速度，结合差速履带运动学模型，确定左侧履带的目标轮速和右侧履带的目标轮速。下面分别针对左侧履带和右侧履带确定阀控指令。其中，针对左侧履带和右侧履带确定阀控指令的过程是类似，下面仅以确定左侧履带对应的阀控指令进行示例性介绍。另外，在本发明实施例中，针对左右的设置，可以是以车辆运动方向为基准，在左侧的履带为左侧履带，在右侧的履带为右侧履带。
50.针对左侧履带，实施针对轮速的闭环控制。针对左侧履带，判断实时轮速是否达到目标轮速。其中，可以通过轮速传感器获取实时轮速。在实时轮速未达到目标轮速的情况下，基于gnss惯导传感器确定实时曲率变化率，将实时曲率变化率与预设曲率变化率阈值进行比较，判断实时曲率变化率与预设曲率变化率阈值是否相等。若实时曲率变化率小于或等于预设曲率变化率阈值，基于以下公式确定阀控指令：i为履带的标识；ui为履带i的阀控指令；vi为目标轮速；δvi为履带i的轮速差；k
vi
为履带i的轮速影响系数；为履带i的轮速差影响系数；i为1以指代左侧履带。若实时曲率变化率大于预设曲率变化率阈值，基于以下公式确定阀控指令：其中，i为履带的标识；ui为履带i的阀控指令；vi为目标轮速；δvi为履带i的轮速差；k
vi
为履带i的轮速影响系数；为履带i的轮速差影响系数；k
ρi
为履带i的曲率变化率对阀控指令的影响系数，曲率变化率到控制信号的放大系数；ρ
′i(t)为履带i在当前时刻t的实时曲率变化率；i为1以指代左侧履带。将所确定的阀控指令传输至左电机，以通过左电机控制左侧履带运动。
51.若实时轮速达到目标轮速，判断实时曲率变化率与预设曲率变化率阈值是否相等。若实时曲率变化率小于或等于预设曲率变化率阈值，基于以下公式确定阀控指令：ui＝k
vi
×vi
，i为履带的标识；ui为履带i的阀控指令；vi为目标轮速；k
vi
为履带i的轮速影响系数；i为1以指代左侧履带。若实时曲率变化率大于预设曲率变化率阈值，基于以下公式确定阀控指令：ui＝k
vi
×vi
+k
ρi
ρ
′i(t)，其中，i为履带的标识；ui为履带i的阀控指令；vi为目标轮速；k
vi
为履带i的轮速影响系数；k
ρi
为履带i的曲率变化率对阀控指令的影响系数，曲率变化率到控制信号的放大系数；ρ
′i(t)为履带i在当前时刻t的实时曲率变化率；i为1以指代左侧履带。将所确定的阀控指令传输至左电机，以通过左电机控制左侧履带运动。
52.针对右侧履带确定阀控指令的过程与针对左侧履带确定阀控指令的过程类似，并且在公式中可以赋值i为2以指代右侧履带，具体内容不再赘述。
53.可选地，在本发明实施例中，左侧履带对应的预设曲率变化率阈值与右侧履带对应的预设曲率变化率阈值相比，可以相等，也可以不相等。可选地，在本发明实施例中，预设曲率变化率阈值可以预先设定或者根据路面类型等因素进行确定，比如，预设曲率变化率阈值可以取0.03～0.18中的任意值。
54.针对左右履带均完成确定阀控指令后，再次通过gnss惯导传感器确定当前实时位姿(车身位置和航向角)，将再次获取的当前实时位姿与当前期望位姿进行比较以判断当前实时位姿是否达到当前期望位姿。在当前实时位姿未达到当前期望位姿的情况下，根据以下公式更新目标线速度和目标角速度，目标线速度或者目标角速度＝当前目标线速度或者当前目标角速度+kp*(当前实时位姿-当前期望位姿)。其中，kp为位姿误差的系数，位姿误差到控制信号的放大系数。具体地，基于所确定的目标线速度和目标角速度，结合差速履带运动学模型，确定左侧履带的目标轮速和右侧履带的目标轮速。需要说明的是，所确定的目标线速度和目标角速度分别更新为当前目标线速度和当前目标角速度，以供后续使用。重复上述在当前实时位姿未达到当前期望位姿的情况下的所有操作。
55.下面对本发明实施例提供的技术方案中确定阀控指令以控制履带运动的原理进行简要介绍。履带式底盘系统，如挖掘机地面设备，在工作过程中，需通过双侧独立履带协同运动，特别是在大转弯、路面不平等有精度要求的行走模式下，对双侧履带的协调性要求较高。挖掘机的自动导航系统是实现挖掘机作业过程中的自动作业，可以保证挖掘机车身的位置按照设定的曲线进行运动，最终影响车身位姿精度的关键在于双侧履带响应速度。除挖掘机外的其他履带式车辆亦如此。
56.因履带平台受阻力矩影响，从左右履带电机接受阀控指令信号到履带开始运动存在滞后，主要与转弯的曲率有关。转弯的曲率受双侧履带阻力差、行走速度、车身结构、等因素影响。对于履带底盘系统，左右履带所需驱动力、阀控指令、转弯曲率等存在差别，导致各履带响应时间不一致，双侧履带运动不协调，最终影响车身位姿的控制精度。
57.在本发明实施例中，确定履带平台阀控指令时考虑曲率变化率因子，采用位姿闭环+速度闭环的双闭环控制，提升双侧履带响应速度，提高车身位姿控制精度。其中，位姿闭环指的是将当前实时位姿与当前期望位姿进行比较及控制当前实时位姿达到当前期望位姿的过程；速度闭环指的是将实时轮速与目标轮速进行比较及控制实时轮速达到目标轮速的过程。
58.首先，分析履带底盘系统阀控指令与转弯阻力矩、车身结构、车身速度、转弯半径
的关系，建立如下计算阀控指令的公式；的关系，建立如下计算阀控指令的公式；其中，i为履带的标识；ui为履带i的阀控指令；vi为目标轮速；δvi为履带i的轮速差，实时轮速与目标轮速之间的差；为履带i的轮速差影响系数；ki为履带i的轮速对阀控指令的影响系数，轮速差转换为控制信号的放大系数；α为缩放系数；r为路径转弯半径，目标线速度与目标角速度的比值；li为履带i的轴距；δf为各个履带所受路面阻力的和值，fi为履带i所受阻力；k
ρi
为履带i的曲率变化率对阀控指令的影响系数；ρ
′i(t)为履带i在当前时刻t的实时曲率变化率。
59.其次，通过履带平台动态性能标定试验，可得到不同转弯半径、左右履带阻力矩及车身结构对阀控指令的影响规律(车身结构参数为常数，挖机双侧独立履带为刚性结构，能保证同一转弯半径的阻力矩固定)。因此，在本发明实施例提供的技术方案中，主要考虑履带的轮速及曲率变化率对履带平台阀控指令的影响，将计算履带平台阀控指令的公式简化为为k
vi
为履带i的轮速影响系数。
60.通过上述分析可知，在控制履带运动的过程中，可以通过考虑曲率变化率因子来提升双侧履带响应速度，提高车身位姿控制精度。除在计算阀控指令的公式中考虑曲率变化率这个因子外，还可以在采用何种方式计算阀控指令时考虑曲率变化率这个因子。具体地，将实时曲率变化率与预设曲率变化率阈值进行比较，根据实时曲率变化率与预设曲率变化率阈值的大小关系，采用不同的公式来确定阀控指令。当实时曲率变化率小于或等于预设曲率变化率阈值时，若实时轮速未达到目标轮速，基于确定阀控指令，根据车身实时位姿闭环和速度闭环来调整阀控信号，降低底盘迟滞性。当实时曲率变化率超过预设曲率变化率阈值时，若实时轮速未达到目标轮速，基于确定阀控指令，则同时考虑gnss惯导测得的曲率变化率以及实时位姿，进一步增大阀控指令，提升阻力矩扰动下的双侧独立履带协调性。基于确定阀控指令，实现在阻力矩扰动下，可通过适当增加阀控指令从而增大左右履带驱动力、降低阻力矩等方式提高履带底盘系统响应，减小双侧履带行走控制误差。
61.本发明实施例提供的技术方案：1)针对工程机械履带式底盘系统，通过提高阻力矩扰动下的双侧履带驱动系统的响应，实现位姿精准控制；2)通过搭建履带驱动系统阀控指令与转弯曲率变化率、车身结构参数、转弯阻力矩、行走速度等因素的关系，可估算出当前履带平台的最优控制信号；3)通过gnss惯导传感器进行反馈，对驱动电机阀控指令及线速度、角速度进行补偿控制，提高履带驱动系统响应，适应环境能力强、稳定性好；4)通过减小阻力矩扰动下左右履带迟滞时间，最终提升车身位姿控制精度及实时性。
62.相应地，本发明实施例的另一方面提供一种用于控制履带式车辆运动的装置。
63.图5是本发明另一实施例提供的用于控制履带式车辆运动的装置的结构框图。如图5所示，该装置包括获取模块1和处理模块2。其中，获取模块1用于获取履带式车辆的当前实时位姿和当前期望位姿以及履带式车辆的各履带的实时曲率变化率；以及处理模块2用于针对履带式车辆的任一履带，基于当前实时位姿和当前期望位姿，确定目标轮速；基于目
标轮速，确定阀控指令；以及在实时曲率变化率大于预设曲率变化率阈值的情况下，基于实时曲率变化率，修正所确定的阀控指令，以根据修正后的阀控指令控制履带。
64.本发明实施例提供的用于控制履带式车辆运动的装置的具体工作原理及益处与本发明实施例提供的用于控制履带式车辆运动的方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。
65.此外，本发明实施例的另一方面还提供一种履带式车辆，履带式车辆包括上述实施例中所述的装置。
66.另外，本发明实施例的另一方面还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行上述实施例中的方法。
67.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
68.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
69.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

技术特征：
1.一种用于控制履带式车辆运动的方法，其特征在于，该方法包括：获取所述履带式车辆的当前实时位姿和当前期望位姿以及所述履带式车辆的各履带的实时曲率变化率；以及针对所述履带式车辆的任一履带，基于所述当前实时位姿和所述当前期望位姿，确定目标轮速；基于所述目标轮速，确定阀控指令；以及在所述实时曲率变化率大于所述预设曲率变化率阈值的情况下，基于所述实时曲率变化率，修正所确定的阀控指令，以根据修正后的阀控指令控制所述履带。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对任一所述履带，该方法还包括：在所述实时曲率变化率小于或等于所述预设曲率变化率阈值的情况下，根据所确定的阀控指令控制所述履带。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对任一所述履带，该方法还包括：判断实时轮速是否达到所述目标轮速；以及在所述实时轮速未达到所述目标轮速的情况下，基于所述目标轮速和所述实时轮速之间的轮速差，补偿所确定的阀控指令，以根据补偿后的阀控指令控制所述履带。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，针对任一所述履带，在所述实时曲率变化率大于所述预设曲率变化率阈值的情况下，根据以下公式确定所述补偿后的阀控指令：其中，i为所述履带的标识；v
i
为所述目标轮速；u
i
为履带i的补偿后的阀控指令；δv
i
为履带i的所述轮速差；k
vi
为履带i的轮速影响系数；k
ρi
为履带i的曲率变化率对阀控指令的影响系数；ρ
′
i
(t)为履带i在当前时刻t的所述实时曲率变化率；为履带i的轮速差影响系数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，针对任一所述履带，所述轮速影响系数基于以下内容被确定：轮速对阀控指令的影响系数、缩放系数、履带的轴距、路径转弯半径和各个履带所受路面阻力的和值。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，针对任一所述履带，所述轮速影响系数基于以下公式被确定：其中，k
vi
为履带i的轮速影响系数；k
i
为履带i的轮速对阀控指令的影响系数；α为所述缩放系数；l
i
为履带i的所述轴距；r为所述路径转弯半径；δf为所述各个履带所受路面阻力的和值。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设曲率变化率阈值基于路面类型被确定。8.一种用于控制履带式车辆运动的装置，其特征在于，该装置包括：获取模块，用于获取所述履带式车辆的当前实时位姿和当前期望位姿以及所述履带式车辆的各履带的实时曲率变化率；以及处理模块，用于针对所述履带式车辆的任一履带，
基于所述当前实时位姿和所述当前期望位姿，确定目标轮速；基于所述目标轮速，确定阀控指令；以及在所述实时曲率变化率大于所述预设曲率变化率阈值的情况下，基于所述实时曲率变化率，修正所确定的阀控指令，以根据修正后的阀控指令控制所述履带。9.一种履带式车辆，其特征在于，所述履带式车辆包括权利要求8所述的装置。10.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，其特征在于，该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及工程机械领域，公开了一种用于控制履带式车辆运动的方法和装置及履带式车辆，该方法包括：获取所述履带式车辆的当前实时位姿和当前期望位姿以及所述履带式车辆的各履带的实时曲率变化率；以及针对所述履带式车辆的任一履带，基于所述当前实时位姿和所述当前期望位姿，确定目标轮速；基于所述目标轮速，确定阀控指令；以及在所述实时曲率变化率大于所述预设曲率变化率阈值的情况下，基于所述实时曲率变化率，修正所确定的阀控指令，以根据修正后的阀控指令控制所述履带。藉此，实现了较精准的控制。现了较精准的控制。现了较精准的控制。


技术研发人员：谭仲清 胡敏 杨成 舒月 龙文堃
受保护的技术使用者：中联重科股份有限公司
技术研发日：2023.01.06
技术公布日：2023/6/28