面向主動安全控制的工程車輛動態信息獲取與狀態辨識

《面向主動安全控制的工程車輛動態信息獲取與狀態辨識》是依託吉林大學，由姚宗偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向主動安全控制的工程車輛動態信息獲取與狀態辨識
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：姚宗偉
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

主動安全控制是保障車輛駕乘人員生命安全的有效手段，已經成為當前相關領域的研究熱點。由於工程車輛工作環境複雜、載荷多變、結構粗放等特點，使得其風險預警的實時性、準確性和可靠性等難以達到要求，制約了主動安全控制的發展。為突破該瓶頸，本項目開展基於自供電感測和無線傳輸的工程車輛動態信息獲取以及基於多源信息融合的車輛狀態辨識研究。首先，對包含輪胎作用力、動態重心位置、多軸加速度、側傾角、行駛速度等在內的工程車輛主動安全關鍵參數檢測機理進行研究，建立高實時性動態信息獲取系統；在此基礎上，利用人工神經網路建立關鍵參數與車輛狀態之間的映射關係模型，基於D-S證據理論對所採集的多源信息進行決策融合，完成車輛狀態的準確、可靠辨識，並開展相關試驗研究。本課題的研究成果將為工程車輛風險預警提供新的研究基礎和方法，對促進我國車輛動態信息獲取、狀態辨識、主動安全等領域相關研究的進一步發展具有重要的理論和現實意義。

結題摘要

本課題的主要研究目標是為工程車輛主動安全技術提供保障，進而推動工程車輛智慧型化的發展。為了實現該目標，本課題著重研究了工程車輛非線性動力學模型的建立方法及失穩機理、輪胎六分力實時線上測量的機理及系統構成、工程車輛對非結構環境的識別以及SLAM建圖方法。 為了分析輪式裝載機的失穩機理並得到主動安全預警所需要的關鍵信息及其對車輛穩定性的影響規律，結合輪式裝載機的結構特點和各部分之間的運動關係，基於拉格朗日方程及虛功原理，建立了包含路面信息、輪胎模型、轉向系統、工作裝置、行駛參數及工作參數在內的輪式裝載機7自由度非線性側傾動力學模型，同時基於多體動力學軟體建立車輛的虛擬樣機對其進行研究；分析了輪式裝載機的失穩機理並得到轉彎速度、轉彎半徑、鉸接轉向角速度、坡度角、前橋到鉸接軸線的距離、後橋到鉸接軸線的距離、輪距以及擺動橋參數對車輛動態穩定性的影響規律。為了得到車輛的穩定性指標，本課題提出了一種輪胎力學特性實時測量裝置及其測量方法，適用於不同車輪運動定位與速度下的輪胎力學特性試驗，能夠模擬輪胎在高速運轉時的各種工況，為研究輪胎在高速時的力學特性提供試驗支持；同時建立了慮橡膠本構、胎內空氣壓力、溫度等各因素之間的耦合關係的輪胎作用力熱-流-固多場耦合仿真模型，以降低開發和實驗成本。為了完成對非結構環境的識別以及SLAM建圖，本課題以機器人作業系統ROS為通信基礎，Gazebo工具為場景平台，利用機器視覺和雷射雷達進行數據融合，建立非結構環境的SLAM地圖；選用多層BP神經網路對地圖進行離線學習，確定網路的連線權值和連線結構，識別地圖中的作業對象、協作夥伴、障礙物、行人等目標，並在此基礎上進行全局和局部路徑規劃，完成工程車輛在作業點之間的安全、可靠轉移。 本課題的研究成果將為工程車輛智慧型化提供研究基礎和方法，對促進我國工程車輛動態信息獲取、環境識別、路徑規劃、軌跡跟蹤等領域相關研究的進一步發展具有重要的理論和現實意義。