[发明专利]一种铰接轮式装载机姿态预测方法

说明书

一种铰接轮式装载机姿态预测方法，包括如下步骤：1)采集装载机前方非结构化路面信息和当前行驶状况，构建路面三维点云地形图；2)预测装载机的将来时刻位置；3)结合路面三维点云地形图和将来时刻位置，预测将来时刻轮胎接地点信息，再通过三点模型预测装载机的姿态信息。本发明的方法，通过对装载机行驶时前方地形信息的提取来研究其操控和行驶的安全稳定性，提前预测将来时刻装载机的姿态，确保有足够的时间做出合适的控制方案。

技术领域

本发明涉及铰接轮式装载机领域，尤其涉及一种铰接轮式装载机姿态预测的方法。

背景技术

铰接轮式装载机作业于野外非结构化地形环境下，并且其具有变结构、变质心、变载荷等特点，导致其侧向稳定性差，容易发生侧翻事故。由于复杂地形对车身行驶的稳定性影响至关重要，不平路面激励引起的车体姿态变化是装载机侧翻事故最主要直接的外界诱导因素之一，比如斜坡上的凸起或凹陷就极大影响了装载机的行驶稳定性，若操控不当，极易导致其侧、倾翻事故的发生。

目前的装载机稳定性研究都是基于车辆自身的当前结构或受力，没有考虑到外界地形环境这一重要因素的影响，缺乏通过对装载机行驶时前方地形信息的提取来研究其操控和行驶的安全稳定性，导致无法提前预测将来时刻装载机的姿态，没有足够的时间做出合适的控制方案。

发明内容

本发明的主要目的在于用于解决目前缺乏通过对装载机行驶时前方地形信息的提取来研究其操控和行驶的安全稳定性，导致无法提前预测将来时刻装载机的姿态，没有足够的时间做出合适的控制方案的问题，提出一种接轮式装载机姿态预测的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种铰接轮式装载机姿态预测方法，其特征在于，包括如下步骤

1)采集装载机前方非结构化路面信息和当前行驶状况，构建路面三维点云地形图；

2)预测装载机的将来时刻位置；

3)结合路面三维点云地形图和将来时刻位置，预测将来时刻轮胎接地点信息，再通过三点模型预测装载机的姿态信息。

优选的，所述非结构化路面信息为地形点云信息，通过激光雷达采集；所述行驶状况为车身姿态信息和车辆行驶速度信息分别采用IMU和编码器采集。

优选的，在步骤1)中，所述构建路面三维点云地形图具体为：采用激光雷达安装在模型样机上跟随模型样机运动，将激光雷达采集到的地形原始点云坐标转换到全局坐标系下再进行点云优化。

优选的，所述地形原始点云坐标转换到全局坐标系，包括先将激光雷达坐标系上的二维坐标转换到车体坐标系上，再将车体坐标系上的坐标转换到全局坐标系上，具体公式如下：

其中，(x₀,y₀,z₀)为全局坐标系上的坐标点，α为激光雷达扫描平面与竖直方向向下的夹角，(x_l,y_l,0)为激光雷达扫描的点在激光雷达坐标上的坐标，激光雷达相对于车体坐标系的位置为(d_lx,0,d_lz)，v为模型样机的行驶速度，Δt为时间间隔，R_S为旋转变换的旋转矩阵，旋转矩阵R_S可以由车辆当前的姿态信息计算求得，如下：

其中，(θ，ψ)为姿态信息，分别为侧倾角，俯仰角和偏航角。

优选的，所述点云优化为采用体素体滤波降低数据量。

优选的，在步骤2)中，采用差速行驶模型预测所述装载机将来时刻位置。

优选的，所述采用差速行驶模型预测所述装载机将来时刻位置，具体如下：