本發(fā)明涉及無(wú)人駕駛技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)人駕駛履帶車的起步控制方法。

背景技術(shù)：

無(wú)人駕駛車輛已經(jīng)進(jìn)入飛速發(fā)展的階段，就無(wú)人駕駛車輛的控制技術(shù)，分乘用車輛和特種車輛兩種。大多科研學(xué)者和技術(shù)人員對(duì)自動(dòng)駕駛乘用車的控制技術(shù)進(jìn)行了研究，形成了在傳統(tǒng)汽油機(jī)加AT變速器/DCT變速器動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行油門/制動(dòng)控制的研究體系。在這個(gè)方面的研究已經(jīng)碩果累累，各種控制算法在不斷改進(jìn)的基礎(chǔ)上，已經(jīng)取得很好的效果。

就自動(dòng)離合器的控制技術(shù)，大多數(shù)的研究人員都以AMT系統(tǒng)為平臺(tái)，進(jìn)行了起步過(guò)程的離合器自動(dòng)控制技術(shù)的研究，但是絕大多數(shù)的控制技術(shù)都是應(yīng)用在輪式車輛上，尤其在AMT車輛的坡道起步問(wèn)題上，幾乎無(wú)人涉及履帶車輛的起步控制。

人工駕駛履帶車與無(wú)人駕駛履帶車之間存在差異。人工駕駛履帶車的起步過(guò)程中，由于駕駛員和乘客身處車內(nèi)，所以不能一昧的去追求起步加速度。這樣，在人工駕駛起步的過(guò)程中出現(xiàn)了沖擊度和滑磨功、平穩(wěn)性和快捷性這兩組矛盾。然而，無(wú)人駕駛履帶車的起步不再需要考慮人的主觀評(píng)價(jià)，無(wú)需考慮沖擊度和平穩(wěn)性問(wèn)題。因此，可以在車輛本身和車內(nèi)器件可以接受的沖擊度范圍內(nèi)、發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)熄火隱患的前提下，追求起步過(guò)程中快捷性和滑磨功的最優(yōu)。

此外，無(wú)人駕駛履帶車與無(wú)人駕駛輪式車輛在起步控制上存在差異。履帶車在起步時(shí)，需要在滿足安全起步的前提下，克服越大的地面阻力越好，或起步加速度越大越好。

因此，有必要針對(duì)無(wú)人駕駛履帶車的起步進(jìn)行研究，提供一種無(wú)人駕駛履帶車的起步控制方法，以滿足履帶車無(wú)人化的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種無(wú)人駕駛履帶車的起步控制方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有涉及履帶車輛的起步控制問(wèn)題。

本發(fā)明的目的主要是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

提供一種無(wú)人駕駛履帶車的起步控制方法，包括以下步驟：

步驟S1.采集無(wú)人駕駛履帶車輛的行駛參數(shù)，推算坡道坡度和車輛在坡道上的實(shí)時(shí)坡道航向，獲取上位機(jī)規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃參數(shù)；

步驟S2.基于上一步中采集的行駛參數(shù)和獲取的規(guī)劃參數(shù)，進(jìn)行起步工況的自主識(shí)別；

步驟S3.根據(jù)自主識(shí)別的起步工況，采用相應(yīng)的起步控制策略進(jìn)行無(wú)人履帶車輛的起步。

其中，步驟S1中，行駛參數(shù)包括車體姿態(tài)角、車輛速度、車輛航向，車體姿態(tài)角包括航向角、俯仰角和橫滾角；

規(guī)劃參數(shù)包括：規(guī)劃的路線、航向和規(guī)劃速度；以及利用俯仰角和橫滾角推算出坡道坡度和車輛當(dāng)前的坡道航向。

步驟S2中，起步工況的自主識(shí)別，包括以下步驟：

S21.根據(jù)坡道坡度角進(jìn)行溜車判定，以區(qū)分坡道和平地；

S22.根據(jù)路徑規(guī)劃和速度規(guī)劃，進(jìn)一步確定是否需要進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向。

S23.根據(jù)上述判定結(jié)果，進(jìn)行起步工況的識(shí)別。

自主識(shí)別的方法具體為：

當(dāng)無(wú)人駕駛履帶車輛沒(méi)有溜車趨勢(shì)、無(wú)需原地轉(zhuǎn)向、當(dāng)前時(shí)刻車速為零、且車輛規(guī)劃速度需要從零變?yōu)榉橇愕臅r(shí)候，則將起步工況識(shí)別為平地起步；

當(dāng)無(wú)人駕駛履帶車輛沒(méi)有溜車趨勢(shì)、需要原地轉(zhuǎn)向、當(dāng)前時(shí)刻車速為零、且車輛規(guī)劃速度需要從零變?yōu)榉橇愕臅r(shí)候，則將起步工況識(shí)別為原地轉(zhuǎn)向起步；

當(dāng)無(wú)人駕駛履帶車輛有溜車趨勢(shì)、無(wú)需原地轉(zhuǎn)向、當(dāng)前時(shí)刻車速為零、且車輛規(guī)劃速度需要從零變?yōu)榉橇愕臅r(shí)候，則將起步工況識(shí)別為坡道起步。

a.針對(duì)上述平地起步，采用主離合實(shí)現(xiàn)，起步策略為：

首先下發(fā)初始油門，并接合離合；

若沒(méi)有達(dá)到半接合點(diǎn)，則繼續(xù)接合離合；

若達(dá)到半接合點(diǎn)，則保持離合狀態(tài)，并判斷是否已經(jīng)起步完成；

若判斷起步完成，則無(wú)人駕駛履帶車輛的起步控制結(jié)束；

若判斷起步未完成，則繼續(xù)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率進(jìn)行判斷。

b.針對(duì)上述坡道起步，采用兩個(gè)轉(zhuǎn)向離合器實(shí)現(xiàn)，起步策略為：

如果滿足坡道起步條件，則整車控制器進(jìn)入坡道起步狀態(tài)；AMT控制器控制AMT掛擋，以及主離合器接合；

整車控制器判斷車體姿態(tài)，下發(fā)初始油門；

初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到要求則計(jì)算當(dāng)前坡道坡度的半接合點(diǎn)，并由AMT控制器下發(fā)控制左右轉(zhuǎn)向離合器到達(dá)半接合點(diǎn)的指令；如果達(dá)到半接合點(diǎn)，則操縱桿控制器根據(jù)當(dāng)前坡度，確定最小接合時(shí)間，產(chǎn)生左右操縱桿的期望移位值增量；

由左右操作桿的期望移位值增量分別產(chǎn)生左側(cè)、右側(cè)操縱桿伺服電流，使得左側(cè)、右側(cè)操縱桿到達(dá)期望操縱桿位移；

如果左右轉(zhuǎn)向離合器到了完全接合位置，則結(jié)束坡道起步的控制過(guò)程；

如果沒(méi)有到完全接合位置，則重新根據(jù)最小接合時(shí)間產(chǎn)生左右操縱桿目標(biāo)移位值增量。

優(yōu)選的，所述半接合點(diǎn)x采用公式進(jìn)行計(jì)算，α代表坡道坡度。

優(yōu)選的，所述最小接合時(shí)間是對(duì)坡道坡度進(jìn)行量化，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得各子坡道區(qū)間對(duì)應(yīng)的最小接合時(shí)間。

c.針對(duì)上述原地轉(zhuǎn)向起步，采用轉(zhuǎn)向離合器實(shí)現(xiàn)，起步策略為：

如果目標(biāo)路點(diǎn)車速大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)車速，則依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)下發(fā)初始油門；

如果目標(biāo)路點(diǎn)車速不大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)車速，則依據(jù)目標(biāo)路點(diǎn)車速下發(fā)初始油門；

控制單側(cè)操縱桿迅速到達(dá)預(yù)設(shè)半接合點(diǎn)，并產(chǎn)生單側(cè)操縱桿的期望移位值增量，進(jìn)而產(chǎn)生單側(cè)操作桿伺服電流，使得單側(cè)操縱桿到期望移位值增量；

判斷起步是否結(jié)束，如果判斷為結(jié)束，則無(wú)人駕駛履帶車輛的起步控制結(jié)束；

如果判斷為沒(méi)結(jié)束，則重新產(chǎn)生單側(cè)操縱桿目標(biāo)移位值增量，使單側(cè)操縱桿到達(dá)期望移位值增量。

本發(fā)明有益效果如下：通過(guò)提出了平地起步、原地轉(zhuǎn)向起步、坡道起步這三種工況的自主識(shí)別方法，并就上述三種工控的起步分別給出了相應(yīng)的起步控制策略；解決無(wú)人駕駛履帶車的起步問(wèn)題，能滿足履帶車無(wú)人駕駛的需求，并充分發(fā)揮履帶車的機(jī)動(dòng)性，減小了離合器的滑磨功，最大限度的提高了離合器的工作壽命。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分的從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。

圖1為無(wú)人駕駛履帶車輛的起步控制方法的流程圖；

圖2為車輛姿態(tài)角的示意圖；

圖3為無(wú)人駕駛履帶車輛在平地起步工況下的起步控制策略的示意圖；

圖4為在判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速危險(xiǎn)之后，對(duì)是否產(chǎn)生油門增量的判斷；

圖5為轉(zhuǎn)向離合器的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖；

圖6為無(wú)人駕駛履帶車輛在坡道起步工況下的起步控制策略的示意圖；

圖7為轉(zhuǎn)向操縱桿的閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖；

圖8為無(wú)人駕駛履帶車輛在原地轉(zhuǎn)向工況下的起步控制策略的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，公開(kāi)了一種無(wú)人駕駛履帶車輛的起步控制方法，如圖1，包括以下步驟：

步驟S1.采集無(wú)人駕駛履帶車輛的行駛參數(shù)，并推算坡道坡度和車輛在坡道上的實(shí)時(shí)坡道航向；獲取上位機(jī)規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃參數(shù)。

上述無(wú)人駕駛履帶車輛的行駛參數(shù)包括車體姿態(tài)角、車輛速度、車輛航向等，車體姿態(tài)角進(jìn)一步包括航向角、俯仰角和橫滾角。起步之前的車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)(或車輛剛開(kāi)始發(fā)車，或因速度規(guī)劃為零而進(jìn)行制動(dòng)，或因發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火而進(jìn)行制動(dòng))，車輛速度為零，但是起步之后的下一路點(diǎn)的目標(biāo)速度不是零。

上述規(guī)劃參數(shù)進(jìn)一步包括：規(guī)劃的路線、航向和規(guī)劃速度。規(guī)劃參數(shù)從上位機(jī)規(guī)劃系統(tǒng)中規(guī)劃的路徑中獲得。

具體地，根據(jù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的慣性測(cè)量單元中的陀螺儀獲取到車體姿態(tài)角，包括航向角、俯仰角和橫滾角。再利用俯仰角和橫滾角推算出坡道坡度，以及車輛在路面上當(dāng)前的坡道航向。

坡道坡度角的計(jì)算方法如下，以圖2作為示意圖：

將坡道坡度角用θ表示，當(dāng)前的車體坡道航向角用來(lái)表示，俯仰角用α表示，橫滾角用β表示。車體近似于質(zhì)點(diǎn)O處，車頭指向如圖中v方向。D點(diǎn)為O點(diǎn)在水平面的投影，線段OC長(zhǎng)度記為L(zhǎng)1、線段OB長(zhǎng)度記為L(zhǎng)2、線段OA長(zhǎng)度記為L(zhǎng)3、線段OD長(zhǎng)度記為h，由幾何關(guān)系可知⊿ODC、⊿ODA、⊿ODB、⊿OBC分別為銳角為α、θ、β、的直角三角形，在這四個(gè)直角三角形中分別可以推得出：

L1＝h÷sinα (式1-1)

L2＝h÷sinβ (式1-2)

L3＝h÷sinθ (式1-3)

由以上四個(gè)式子可以推得出：

從而求得坡道航向角

再由⊿OAC內(nèi)的幾何關(guān)系：

并聯(lián)立前式，即可求得坡道坡度角：

步驟S2.基于上一步中采集的行駛參數(shù)和獲取的規(guī)劃參數(shù)，進(jìn)行起步工況的自主識(shí)別。所述起步工況包括：平地起步、原地轉(zhuǎn)向起步和坡道起步。

起步工況的自主識(shí)別進(jìn)一步包括以下步驟：

S21.根據(jù)坡道坡度角進(jìn)行溜車判定，以區(qū)分坡道和平地；具體地，采用閾值法判斷一坡道坡度角是否會(huì)發(fā)生溜車，坡道坡度角大于閾值則判定為溜車，反之則不會(huì)溜車。該閾值與車輛本身、地面阻力等條件相關(guān)，并不是單一數(shù)值。

S22.根據(jù)路徑規(guī)劃和速度規(guī)劃，進(jìn)一步確定是否需要進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向。

S23.根據(jù)上述判定結(jié)果，進(jìn)行起步工況的識(shí)別：

當(dāng)無(wú)人駕駛履帶車輛沒(méi)有溜車趨勢(shì)、無(wú)需原地轉(zhuǎn)向、當(dāng)前時(shí)刻車速為零、且車輛規(guī)劃速度需要從零變?yōu)榉橇愕臅r(shí)候，則將起步工況識(shí)別為平地起步；

當(dāng)無(wú)人駕駛履帶車輛沒(méi)有溜車趨勢(shì)、需要原地轉(zhuǎn)向(即車輛所處當(dāng)前路點(diǎn)與目標(biāo)路點(diǎn)之間的航向偏差超過(guò)預(yù)先設(shè)定的值)、當(dāng)前時(shí)刻車速為零、且車輛規(guī)劃速度需要從零變?yōu)榉橇愕臅r(shí)候，則將起步工況識(shí)別為原地轉(zhuǎn)向起步；

當(dāng)無(wú)人駕駛履帶車輛有溜車趨勢(shì)、無(wú)需原地轉(zhuǎn)向、當(dāng)前時(shí)刻車速為零、且車輛規(guī)劃速度需要從零變?yōu)榉橇愕臅r(shí)候，則將起步工況識(shí)別為坡道起步。

步驟S3.根據(jù)自主識(shí)別的起步工況，采用相應(yīng)的起步控制策略進(jìn)行無(wú)人履帶車輛的起步。

整個(gè)無(wú)人駕駛履帶車包括3個(gè)底層控制器：整車控制器、AMT控制器(自動(dòng)變速箱控制器)、轉(zhuǎn)向操縱桿控制器。在無(wú)人履帶車起步階段，AMT控制器和轉(zhuǎn)向操縱桿控制器在整車控制器的協(xié)調(diào)下，共同完成無(wú)人駕駛履帶車的起步任務(wù)。

本發(fā)明中無(wú)人駕駛履帶車起步過(guò)程遵循的動(dòng)力學(xué)公式為

其中，M_e為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩(N·m)，ω_e為曲軸角速度(rad/s)，ω_c為離合器從動(dòng)盤(pán)角速度(rad/s)，M_f為主動(dòng)輪受到的滾動(dòng)阻力矩(N·m)，M_i為坡道阻力等效到主動(dòng)輪的阻力矩(N·m)，α為油門開(kāi)度；I_e為發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、曲軸以及離合器主動(dòng)部分等部件換算到曲軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m²)，I_t為離合器從動(dòng)部分、變速系統(tǒng)以及整車等效到變速器輸入軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m²)，i_g為變速器和傳動(dòng)箱的傳動(dòng)比之積，i_w為側(cè)傳動(dòng)傳動(dòng)比；η為變速系統(tǒng)傳動(dòng)效率。

所述起步控制策略中用到的參數(shù)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速、變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速、主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速。其中，實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(等于主離合器主動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速)、變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速(等于主離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速)、變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速(等于轉(zhuǎn)向離合器主動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速)、主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速(等于轉(zhuǎn)向離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速)都是經(jīng)磁電式傳感器周期性采集，并輸入到整車控制器(可以采用單片機(jī))中。整車控制器進(jìn)一步可以根據(jù)相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)速值和采樣周期得到轉(zhuǎn)速上升率。

針對(duì)三種工況的起步控制策略分別為：

a.平地起步的工況。在平地起步工況下，不需要制動(dòng)的參與，采用主離合進(jìn)行起步。主離合處于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間。

主離合起步控制策略有兩個(gè)參量：油門開(kāi)度與離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率。整個(gè)策略的控制目標(biāo)是保證離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率在一定范圍之內(nèi)。根據(jù)起步過(guò)程的動(dòng)力學(xué)公式，在負(fù)載一定的情況下，為了保證離合器從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速上升率在一定范圍內(nèi)，可以通過(guò)控制油門值來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降率在一定范圍內(nèi)。這樣，就把油門和離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率由兩個(gè)變量歸結(jié)為一個(gè)變量，在不犧牲起步效果的前提下降低控制難度。

平地起步的控制策略如附圖3所示。

首先下發(fā)初始油門，并接合離合；

判斷是否到預(yù)設(shè)半接合點(diǎn)，

若沒(méi)有達(dá)到半接合點(diǎn)，則繼續(xù)進(jìn)行接合離合的操作；

若達(dá)到半接合點(diǎn)，則保持離合狀態(tài)，并判斷是否已經(jīng)起步完成；

若判斷起步完成，則無(wú)人駕駛履帶車輛的起步控制結(jié)束；

若判斷起步未完成，則進(jìn)一步判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否達(dá)到低閾值；優(yōu)選的，實(shí)施例中低閾值取400rpm；

如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到低閾值，則分離離合，重新回到第一步下發(fā)初始油門的步驟；

如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不低，則判斷主從動(dòng)片同步后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否危險(xiǎn)；

如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速危險(xiǎn)，則產(chǎn)生油門增量，并重新回到第一步下發(fā)初始油門的步驟；

所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否危險(xiǎn)的判斷方式是：在離合器主、從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速同步后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速掉到危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速(400rpm)之下。據(jù)此產(chǎn)生100rpm的油門增量，即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加100rpm(相當(dāng)于有人駕駛時(shí)把油門踩深)。判斷主從動(dòng)片同步后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否危險(xiǎn)的意義在于類似于人工駕駛起步時(shí)，感覺(jué)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降快了，此時(shí)應(yīng)采取加大油門的措施。

優(yōu)選的，在判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速危險(xiǎn)之后，產(chǎn)生油門增量之前，進(jìn)一步包括以下判斷步驟(如圖4)：假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速每20ms采集一次，離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速每10ms采集一次，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速的用時(shí)為t2，離合器主從動(dòng)片同步用時(shí)為t1，當(dāng)t2＜t1，則產(chǎn)生油門增量，當(dāng)t2≥t1，則不產(chǎn)生油門增量。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不危險(xiǎn)，則判斷離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率是否高于上限值；

如果離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率高于上限值，則分離離合并保持離合，進(jìn)一步回到判斷是否已經(jīng)起步完成的步驟；所述分離離合并保持離合進(jìn)一步為：AMT控制器下發(fā)分離指令，主離合器接收分離指令，離合產(chǎn)生向后分離的位移，然后下發(fā)離合保持指令，根據(jù)離合保持指令，向后分離一點(diǎn)就可以了，不用一直進(jìn)行分離。

如果離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率不高于上限值，則進(jìn)一步判斷離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率是否高于下限值；

如果離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率高于下限值，則保持離合，進(jìn)一步回到判斷是否已經(jīng)起步完成的步驟；

如果離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率不高于下限值，則接合離合并保持，進(jìn)一步回到判斷是否已經(jīng)起步完成的步驟。所述接合離合并保持的具體步驟為：AMT控制器下發(fā)接合指令，主離合器接收接合指令，主離合器產(chǎn)生向前接合的位移，向前接合一下，再下發(fā)離合位移保持指令，根據(jù)離合位移保持指令，保持當(dāng)前的離合狀態(tài)(若主離合器一直處于接合，則發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)發(fā)生熄火)。

優(yōu)選的，理想的離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率可由人工駕駛實(shí)驗(yàn)獲得，但在程序中是以上限值和下限值的區(qū)間判斷。一擋起步時(shí)，上限值為2000rpm/s,下限值為500rpm/s。

為了保證起步過(guò)程的動(dòng)力學(xué)公式(式0-0)的平衡，在起步負(fù)載一定的情況下，可以控制的變量有兩個(gè)：發(fā)動(dòng)機(jī)油門(即期望發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)和離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率(即離合器接合速度，微觀上就是離合器的前進(jìn)、保持、后退)。且這兩個(gè)變量是相互影響的，所以控制策略采取固定離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率，調(diào)節(jié)油門值，將兩個(gè)變量歸為一個(gè)。主離合器平地起步時(shí)，通過(guò)保證離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率，可以不犧牲起步的快捷性；起步時(shí)間小了，離合滑磨時(shí)間就會(huì)小，一定程度上減小了滑磨功。

b.坡道起步的工況。在坡道起步工況下，車輛起步時(shí)必然處在制動(dòng)狀態(tài)，因此采用轉(zhuǎn)向離合器進(jìn)行起步，實(shí)施例中采用兩個(gè)轉(zhuǎn)向離合器實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)向離合器和制動(dòng)器作用在同一轉(zhuǎn)向操縱桿的不同行程，為車輛從制動(dòng)到起步創(chuàng)造了良好切換的條件。轉(zhuǎn)向離合器的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖5：L1、L2分別是左右轉(zhuǎn)向離合器。T1、T2是左右主動(dòng)輪的制動(dòng)，以T1、L1為例，制動(dòng)、離合分離、離合接合處于同一操縱桿的不同行程。

轉(zhuǎn)向離合坡道起步的關(guān)鍵點(diǎn)是兩側(cè)操縱桿的同步性，且制動(dòng)到起步的切換時(shí)間要短。因?yàn)槠碌榔鸩綍r(shí)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速上升變化快，所以引入主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)向離合的位置控制。主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速具有一定的延時(shí)性，即在監(jiān)測(cè)到主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)候，車輛就已經(jīng)起步或起步快要結(jié)束。而且，轉(zhuǎn)向離合器半接合點(diǎn)到轉(zhuǎn)向離合完全接合的位移行程較小，約占整個(gè)行程的三分之一。所以以主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為參量控制轉(zhuǎn)向離合器的思路不可取。

因此，本發(fā)明的坡道起步的控制策略采用基于離合器行程的分段速度控制。從制動(dòng)到起步分為兩個(gè)階段，用半接合點(diǎn)來(lái)劃分轉(zhuǎn)向操縱桿的位移，前一階段的控制目標(biāo)就是從制動(dòng)到半接合點(diǎn)的快速切換(第一階段)；后一階段的控制目標(biāo)就是在發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)熄火隱患的前提下快速起步(第二階段)。所以坡道起步用PID對(duì)離合器位移進(jìn)行閉環(huán)控制。左右兩側(cè)迅速到達(dá)預(yù)設(shè)半接合點(diǎn)，之后通過(guò)控制目標(biāo)位移值的增加速度來(lái)控制離合器接合速度，這樣也保持了左右兩側(cè)操縱桿的同步性。

其中，離合器接合速度、初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是兩個(gè)相互影響的變量，很大程度上由起步負(fù)載(坡度)決定。履帶車無(wú)人駕駛的起步過(guò)程中，應(yīng)該在不犧牲離合器接合速度的前提下進(jìn)行坡道起步，減小離合器的滑磨功，延長(zhǎng)使用壽命。

坡道起步過(guò)程的控制原理如下：

從發(fā)動(dòng)機(jī)到轉(zhuǎn)向離合器有

式中，M_c1、M_c2分別是左右兩側(cè)轉(zhuǎn)向離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩。

且

式中，分別是左右兩側(cè)轉(zhuǎn)向離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速上升率，i_c是側(cè)傳動(dòng)比，I_t1為單側(cè)轉(zhuǎn)向離合器從動(dòng)部分、側(cè)減速器以及單側(cè)履帶等效到轉(zhuǎn)向離合器從動(dòng)盤(pán)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

由式(2-1)(2-2)(2-3)，并在認(rèn)為的情況下，可以得到：

在轉(zhuǎn)向離合器接合階段，上式可寫(xiě)為：

式中，I_t為兩側(cè)轉(zhuǎn)向離合器從動(dòng)部分、側(cè)減速器以及整車等效到轉(zhuǎn)向離合器從動(dòng)盤(pán)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

根據(jù)上述原理推導(dǎo)，坡道起步控制第一階段中，半接合點(diǎn)的確定方法為：

當(dāng)兩側(cè)轉(zhuǎn)向離合器傳遞轉(zhuǎn)矩同步變化時(shí)，式(2-2)又可以寫(xiě)成：

在分析離合器半接合點(diǎn)的時(shí)候，可以認(rèn)為F_j＝0，即：

通常采用的離合器扭矩計(jì)算公式為：

T＝μ_TP_TR_TZ_T(2-8)

式中，μ_T為摩擦系數(shù)，P_T為離合器壓緊力，R_T為離合器等效作用半徑，Z_T為摩擦工作面數(shù)。

由于兩個(gè)轉(zhuǎn)向離合器共同分擔(dān)起步過(guò)程的滑磨功，忽略溫度對(duì)摩擦系數(shù)影響，并假設(shè)離合器壓緊力隨離合器行程線性變化，即P_T＝K_T(x-x₀)。那么在離合器半接合點(diǎn)處坡道角度和離合器行程有如下關(guān)系：

在地面變形阻力系數(shù)f一定的道路上，半接合點(diǎn)x可以認(rèn)為是坡道角度α的函數(shù)，即：

上式(2-10)中有3個(gè)未知數(shù)，分別是A＝μ_T K_TR_TZ_T，x₀，f。通過(guò)標(biāo)定3組半接合點(diǎn)x和坡道角度α的值，便可以求得3個(gè)未知數(shù)。

根據(jù)求得的未知數(shù)，半接合點(diǎn)x根據(jù)坡道角度α的不同而不同，在確定坡道角度α的情況下，可以實(shí)時(shí)計(jì)算對(duì)應(yīng)的半接合點(diǎn)x。

坡道起步控制第二階段中，控制策略為：

由加速阻力式(2-5)可以寫(xiě)為

因?yàn)閾Q算到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大，實(shí)際上在第二階段的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近于線性變化，所以整個(gè)第二階段用時(shí)t，初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為ω_e0，那么

起步過(guò)程結(jié)束后的最低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：

可以看出，在一定坡道角度下和初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，ω_{e_end}是由t決定的。而且，從滑磨功角度出發(fā)，滑磨時(shí)間越小，越有利于減小滑磨功；所以第二階段以接合時(shí)間為控制參數(shù)。

優(yōu)選的，對(duì)坡道進(jìn)行量化處理，通常情況小角度坡道是最長(zhǎng)用的工況，故將小角度坡道進(jìn)一步劃分為多個(gè)自坡道區(qū)間。各個(gè)子坡道區(qū)間對(duì)應(yīng)的最佳初始油門和最小接合時(shí)間可通過(guò)人工駕駛實(shí)驗(yàn)獲得。實(shí)施例以0～25°的坡度角為例進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于0～25°的坡道。經(jīng)過(guò)多次人工實(shí)驗(yàn)，最終得到的坡道角度、初始油門和最小接合時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。

表1不同坡度的下初始油門與最小接合時(shí)間

坡道起步的具體控制策略如附圖6所示。

首先判斷是否滿足坡道起步條件，所述坡道起步條件是指上述步驟S23中針對(duì)坡道起步的識(shí)別條件；

如果不滿足坡道起步條件，則不執(zhí)行以下坡道起步控制；

如果滿足坡道起步條件，則整車控制器進(jìn)入坡道起步狀態(tài)；

AMT控制器控制AMT掛擋，以及主離合器接合；

判斷車體姿態(tài)，具體包括判斷當(dāng)前的坡道坡度；

根據(jù)當(dāng)前坡道坡度，下發(fā)初始油門；

判斷初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否達(dá)到要求，所述初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到要求是指根據(jù)表1達(dá)到當(dāng)前坡道坡度對(duì)應(yīng)的初始油門所對(duì)應(yīng)的初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

如果沒(méi)有達(dá)到要求則重新進(jìn)行判斷；

如果達(dá)到了要求，則根據(jù)公式(2-10)和當(dāng)前坡道坡度，計(jì)算當(dāng)前坡道坡度的半接合點(diǎn)，并由AMT控制器下發(fā)控制左右轉(zhuǎn)向離合器到達(dá)該半接合點(diǎn)的指令；

判斷左右轉(zhuǎn)向離合器是否達(dá)到半接合點(diǎn)，如果達(dá)到半接合點(diǎn)，則操縱桿控制器根據(jù)當(dāng)前坡度，確定最小接合時(shí)間，根據(jù)該離合器最小接合時(shí)間產(chǎn)生左右操縱桿的期望移位值增量；

由左右操作桿的期望移位值增量分別產(chǎn)生左側(cè)、右側(cè)操縱桿伺服電流，使得左側(cè)、右側(cè)操縱桿到達(dá)目標(biāo)值；該目標(biāo)值是指操縱桿控制器下發(fā)的期望操縱桿位移；

判斷左右轉(zhuǎn)向離合器是否到完全接合位置，如果到了完全接合位置，則結(jié)束坡道起步的控制過(guò)程；

如果沒(méi)有到完全接合位置，則重新回到根據(jù)離合器最小接合時(shí)間產(chǎn)生左右操縱桿目標(biāo)移位值增量的步驟。

其中，優(yōu)選的，所述左右操作桿目標(biāo)移位值增量包含在轉(zhuǎn)向操縱桿控制指令中，該指令在操縱桿控制器中經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后傳遞到伺服放大器，伺服放大器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，分別產(chǎn)生左側(cè)、右側(cè)操縱桿伺服電流，之后通過(guò)電液伺服閥、伺服缸作用于轉(zhuǎn)向操縱桿，轉(zhuǎn)向操縱桿的實(shí)際位移通過(guò)角位移傳感器感測(cè)，并作為反饋信號(hào)，傳輸會(huì)操縱桿控制器，以構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)(如圖7)。

優(yōu)選的，轉(zhuǎn)向操縱桿控制器中采用增量式PI控制算法，根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試調(diào)節(jié)好的比例系數(shù)和積分系數(shù)計(jì)算出操縱桿位移控制D/A輸出量，確保操縱桿的實(shí)際位移比較精確地控制在期望值。對(duì)于第二階段的離合器接合速度的控制，微觀上應(yīng)該是離合器位移值的前進(jìn)、保持交替進(jìn)行。而對(duì)于PI控制算法來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)期望位移值與實(shí)際位移值的差值超過(guò)一定范圍，輸出的驅(qū)動(dòng)電流才會(huì)達(dá)到產(chǎn)生操縱桿位移的值。所以實(shí)際上離合器的前進(jìn)速度取決于操縱桿期望位移值的增長(zhǎng)速度。

本發(fā)明的坡道起步的控制中，優(yōu)選采用兩個(gè)轉(zhuǎn)向離合器進(jìn)行聯(lián)合起步，兩個(gè)轉(zhuǎn)向離合器能共同分擔(dān)所需傳遞的轉(zhuǎn)矩，這樣能夠減小滑磨功，進(jìn)而提高離合器使用壽命。同時(shí)，采用轉(zhuǎn)向離合器時(shí)，轉(zhuǎn)向離合接合起步時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升率大于主離合器接合起步時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升率，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降慢，發(fā)動(dòng)機(jī)不易熄火，在不熄火的前提下可以更快捷的起步。可見(jiàn)，轉(zhuǎn)向離合器適用于大阻力且需要快速起步的工況下。

c.原地轉(zhuǎn)向起步的工況，采用一個(gè)轉(zhuǎn)向離合器進(jìn)行起步。

考慮原地轉(zhuǎn)向起步之前車輛的速度已經(jīng)為零，且原地轉(zhuǎn)向過(guò)程中履帶車負(fù)載過(guò)大，所以采用轉(zhuǎn)向離合進(jìn)行起步?？刂茖?duì)象同坡道起步，都是轉(zhuǎn)向離合器；但是原地轉(zhuǎn)向起步并不需要從制動(dòng)到起步的快速切換。在確定發(fā)動(dòng)機(jī)初始轉(zhuǎn)速之后，可以確定離合器接合速度，通過(guò)控制離合器的接合速度，使履帶車在無(wú)熄火隱患的前提下快捷地完成原地轉(zhuǎn)向起步，滿足路徑規(guī)劃對(duì)原地轉(zhuǎn)向起步的要求。

原地轉(zhuǎn)向起步控制策略如附圖8所示，離合器目標(biāo)位移值增量根據(jù)初始油門確定，應(yīng)保證離合器走完整個(gè)行程之后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不掉到危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速之下。

當(dāng)前車輛由于某種原因車速為零，路徑規(guī)劃出的下一路點(diǎn)速度不為零。車輛在每個(gè)距離區(qū)間都以下一個(gè)路點(diǎn)速度為目標(biāo)速度。

首先判定目標(biāo)路點(diǎn)車速是否大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)車速；

如果目標(biāo)路點(diǎn)車速大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)車速，則依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)下發(fā)初始油門；

如果目標(biāo)路點(diǎn)車速不大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)車速，則依據(jù)目標(biāo)路點(diǎn)車速下發(fā)初始油門；

接著控制單側(cè)操縱桿迅速到達(dá)預(yù)設(shè)半接合點(diǎn)，并產(chǎn)生單側(cè)操縱桿的期望移位值增量；

由單側(cè)操縱桿目標(biāo)移位值增量產(chǎn)生單側(cè)操作桿伺服電流，使得單側(cè)操縱桿到達(dá)目標(biāo)值；該目標(biāo)值是指期望移位值增量；

再判斷起步是否結(jié)束，如果判斷為結(jié)束，則無(wú)人駕駛履帶車輛的起步控制結(jié)束；

如果判斷為沒(méi)結(jié)束，則回到產(chǎn)生單側(cè)操縱桿目標(biāo)移位值增量的步驟，進(jìn)一步產(chǎn)生單側(cè)操縱桿目標(biāo)移位值增量使單側(cè)操縱桿到達(dá)目標(biāo)值。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無(wú)人駕駛履帶車輛的起步控制方法，提出了平地起步、原地轉(zhuǎn)向起步、坡道起步這三種工況的自主識(shí)別方法，并就上述三種工控的起步分別給出了相應(yīng)的起步控制策略，在控制方法中減小了離合器的滑磨功，延長(zhǎng)了使用壽命。本發(fā)明解決無(wú)人駕駛履帶車的起步問(wèn)題，能滿足履帶車無(wú)人駕駛的需求，并充分發(fā)揮履帶車的機(jī)動(dòng)性，最大限度的提高了離合器的工作壽命。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法的全部或部分流程，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。其中，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)為磁盤(pán)、光盤(pán)、只讀存儲(chǔ)記憶體或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體等。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。