一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法技术

本发明专利技术公开了一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法。通过安装于车前两侧车轮轴线位置的两部单线激光雷达，纵向式旋转扫描，返回的点云数据与GPS、气压传感器、惯性导航系统测量数据融合转换至WGS‑84坐标系下，再进行离群点滤波及点云数据连续化，形成车辆行驶轨迹前的连续路面高程信息。同时GPS与惯性导航系统测量数据融合得到车轮着地点的二维大地坐标值，匹配车前轨迹路面高程信息得到车辆主动悬挂控制量。本发明专利技术通过单线激光雷达的纵向旋转扫描方式，避免了处理车辆行驶轨迹以外的海量冗余地形数据，提高了悬挂控制的实时性；另外根据GPS与惯性导航系统数据融合，准确获得车轮着地点大地坐标值，提高了车辆悬挂控制量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法
本专利技术属于车辆悬挂控制
，具体涉及一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法。
技术介绍
现有的主动式悬挂，只有当路面干扰作用于车辆，悬挂参数才进行相应地调节，存在时间滞后；预瞄式主动悬挂可以预知前方路面激励，提前进行悬挂参数调节，改善车辆行驶平顺性、操纵稳定性。采用激光雷达预瞄车前地形，进行主动悬挂控制，激光雷达的扫描方式对有效点云数据的形成量有很大影响。中国专利名称为《一种预瞄式主动悬架及其控制方法》(申请号为201610834890.5)未对激光雷达的具体扫描工作方式作出说明。目前基于激光雷达的预瞄式主动悬挂控制方法，普遍采用多线激光雷达安装于车身轴线位置进行横向式地形扫描，这种扫描方式除获得车辆行驶轨迹地形数据外，不可避免地采集到与车辆悬挂控制无关的海量冗余地形数据，处理过多无效点云数据，使悬挂控制实时性变差；准确计算车轮着地点的经纬度，可以获得对应位置的路面高程信息，进而提高主动悬挂作动器的控制精度。GPS系统对于经纬度的定位已经达到了很高的精度，对于海拔高度的定位误差较大，随着接入卫星数目的变化以及GPS系统所处位置的不同，海拔误差最大会接近几十米。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法，解决现有的基于激光雷达横向式预瞄地形需要处理无关海量冗余地形点云数据，影响悬挂控制的实时性问题，以及快速准确获得车轮着地点大地坐标值，提高主动悬挂作动器的控制精度问题。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法，该方法的实现依赖于一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制系统，所述系统包括工控机、电控单元、悬挂作动器、作动器控制器、角度传感器、步进电机、托台、两部单线激光雷达、惯性导航系统、GPS系统和气压传感器；所述工控机和电控单元设置于车身内，且两者相连；悬挂作动器一端与车桥连接，另一端与车体连接；作动器控制器设置在作动器控制回路中并与电控单元连接；角度传感器设置在车辆转向机构中并与电控单元连接；步进电机与托台固连并受电控单元控制；所述角度传感器、电控单元、步进电机和托台构成前轮转向随动平台；两部单线激光雷达，通过前轮转向随动平台安装于车前两侧车轮轴线位置，可进行纵向旋转扫描车前行驶轨迹地形数据，并将采集数据传输至车内工控机；惯性导航系统设置于车身质心位置附近；GPS系统设置于车辆前轴中心位置正上方的车顶；气压传感器设置于GPS系统旁；所述前轮转向随动平台中，角度传感器采集前轮转向角度信息，电控单元读取角度传感器的值，进而控制步进电机及托台进行前轮转向的随动；所述方法内容包括以下步骤：S100.用两部单线激光雷达采集车辆行驶轨迹前相对于激光雷达自身坐标系的离散路面点云数据，并由工控机进行读取，并将点云数据相对于激光雷达的坐标值简化为二维平面坐标；S200.将点云数据融合GPS系统数据、气压传感器数据以及惯性导航系统数据，通过坐标变换转换至WGS-84大地坐标系下；S300.在WGS-84大地坐标系下，对点云数据中的离群点进行滤波处理；S400.依据分形理论，采用分形插值方法将坐标变换后的离散点云数据做连续化处理，形成车辆行驶轨迹前的连续路面高程信息；S500.将一定行程范围内的连续路面高程信息[xW84,yW84,zW84]作为数据库进行存储，且定时更新数据库；S600.同时，仅融合GPS系统数据与惯性导航系统数据，形成车轮着地点的经纬度，进一步换算成WGS-84大地坐标系下的二维坐标值[xW84,yW84]；S700.用车轮着地点在WGS-84大地坐标系下的二维坐标值匹配车辆行驶轨迹前路面高程信息数据库中的数据，得到车轮着地点所处位置的路面高程zW84，进而得到车辆主动悬挂作动器的预瞄控制量；S800.把预瞄控制量形成控制信号传输至作动器控制器；S900.控制主动悬挂作动器动作。由于采用上述技术方案，本专利技术提供的一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法，与现有技术相比具有这样的有益效果：通过单线激光雷达纵向旋转扫描方式，避免了处理车辆行驶轨迹以外的无关海量冗余地形数据，提高了车辆悬挂控制的实时性；与多线激光雷达相比，单线激光雷达具有更高的角分辨率，可得到更加精确的车前轨迹路面高程信息；海拔高度信息采用气压传感器计算得到，提高了路面高程信息的计算精度；同时，仅GPS系统与惯性导航系统数据融合，准确获得车轮着地点大地坐标值，提高了车辆主动悬挂作动器控制量精度。附图说明图1是本专利技术的单线激光雷达纵向式预瞄控制方法流程图；图2是本专利技术的单线激光雷达纵向式预瞄控制系统结构示意图；图中标号：1-工控机，2-电控单元，3-悬挂作动器，4-作动器控制器，5-角度传感器，6-步进电机，7-托台，8-单线激光雷达，9-惯性导航系统，10-GPS系统，11-气压传感器。图3是本专利技术的单线激光雷达、GPS系统、气压传感器、惯性导航系统车体安装示意图；图4是本专利技术的单线激光雷达、GPS系统、惯性导航系统参考坐标系示意图；图5是本专利技术的车轮着地点经纬度解算示意图。图6是本专利技术选用的分形插值理论matlab仿真示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：本专利技术的一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法，该方法的实现依赖于一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制系统，如图2-3所示，所述系统包括工控机1、电控单元2、悬挂作动器3、作动器控制器4、角度传感器5、步进电机6、托台7、两部单线激光雷达8、惯性导航系统9、GPS系统10和气压传感器11；所述工控机1和电控单元2设置于车身内，且两者相连；如图3所示，悬挂作动器3一端与车桥连接，另一端与车体连接；作动器控制器4设置在作动器控制回路中并与电控单元2连接；角度传感器5设置在车辆转向机构中并与电控单元2连接；步进电机6与托台7固连并受电控单元2控制；所述角度传感器5、电控单元2、步进电机6和托台7构成前轮转向随动平台；如图4所示，两部单线激光雷达8，通过前轮转向随动平台安装于车前两侧车轮轴线位置，可进行纵向旋转扫描车前行驶轨迹地形数据，并将采集数据传输至车内工控机1；惯性导航系统9设置于车身质心位置附近；GPS系统10设置于车辆前轴中心位置正上方的车顶；气压传感器11设置于GPS系统10旁；所述前轮转向随动平台中，角度传感器5采集前轮转向角度信息，电控单元2读取角度传感器5的值，进而控制步进电机6及托台7进行前轮转向的随动。如图1所示，所述方法内容包括以下步骤：S100、用两部单线激光雷达8采集车辆行驶轨迹前相对于激光雷达自身坐标系的离散路面点云数据，并由工控机1进行读取，并将点云数据相对于激光雷达8自身坐标系的三维坐标值简化为二维平面坐标；具体地，如图3-4所示，本专利技术中两部单线激光雷达8安装于车前两侧车轮轴线位置，采用纵向旋转扫描获得点云数据，并将点云数据相对于激光雷达8自身坐标系的三维坐标值简化为二维平面坐标，其具体转化方式为：xL＝R·sinβyL＝0zL＝R·cosβ其中：xL、yL和zL分别为点云数据在二维平面的坐标值，β为俯仰角度，R为扫描有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法，其特征在于，该方法的实现依赖于一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制系统，所述系统包括工控机、电控单元、悬挂作动器、作动器控制器、角度传感器、步进电机、托台、两部单线激光雷达、惯性导航系统、GPS系统和气压传感器；所述工控机和电控单元设置于车身内，且两者相连；悬挂作动器一端与车桥连接，另一端与车体连接；作动器控制器设置在作动器控制回路中并与电控单元连接；角度传感器设置在车辆转向机构中并与电控单元连接；步进电机与托台固连并受电控单元控制；所述角度传感器、电控单元、步进电机和托台构成前轮转向随动平台；两部单线激光雷达，通过前轮转向随动平台安装于车前两侧车轮轴线位置，可进行纵向旋转扫描车前行驶轨迹地形数据，并将采集数据传输至车内工控机；惯性导航系统设置于车身质心位置附近；GPS系统设置于车辆前轴中心位置正上方的车顶；气压传感器设置于GPS系统旁；所述前轮转向随动平台中，角度传感器采集前轮转向角度信息，电控单元读取角度传感器的值，进而控制步进电机及托台进行前轮转向的随动；所述方法内容包括以下步骤：S100.用两部单线激光雷达采集车辆行驶轨迹前相对于激光雷达自身坐标系的离散路面点云数据，并由工控机进行读取，并将点云数据相对于激光雷达的坐标值简化为二维平面坐标；S200.将点云数据融合GPS系统数据、气压传感器数据以及惯性导航系统数据，通过坐标变换转换至WGS‑84大地坐标系下；S300.在WGS‑84大地坐标系下，对点云数据中的离群点进行滤波处理；S400.依据分形理论，采用分形插值方法将坐标变换后的离散点云数据做连续化处理，形成车辆行驶轨迹前的连续路面高程信息；S500.将一定行程范围内的连续路面高程信息[xW84,yW84,zW84]作为数据库进行存储，且定时更新数据库；S600.同时，仅融合GPS系统数据与惯性导航系统数据，形成车轮着地点的经纬度，进一步换算成WGS‑84大地坐标系下的二维坐标值[xW84,yW84]；S700.用车轮着地点在WGS‑84大地坐标系下的二维坐标值匹配车辆行驶轨迹前路面高程信息数据库中的数据，得到车轮着地点所处位置的路面高程zW84，进而得到车辆主动悬挂作动器的预瞄控制量；S800.把预瞄控制量形成控制信号传输至作动器控制器；S900.控制主动悬挂作动器动作。...

【技术特征摘要】
1.一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制方法，其特征在于，该方法的实现依赖于一种单线激光雷达纵向式预瞄的车辆主动悬挂控制系统，所述系统包括工控机、电控单元、悬挂作动器、作动器控制器、角度传感器、步进电机、托台、两部单线激光雷达、惯性导航系统、GPS系统和气压传感器；所述工控机和电控单元设置于车身内，且两者相连；悬挂作动器一端与车桥连接，另一端与车体连接；作动器控制器设置在作动器控制回路中并与电控单元连接；角度传感器设置在车辆转向机构中并与电控单元连接；步进电机与托台固连并受电控单元控制；所述角度传感器、电控单元、步进电机和托台构成前轮转向随动平台；两部单线激光雷达，通过前轮转向随动平台安装于车前两侧车轮轴线位置，可进行纵向旋转扫描车前行驶轨迹地形数据，并将采集数据传输至车内工控机；惯性导航系统设置于车身质心位置附近；GPS系统设置于车辆前轴中心位置正上方的车顶；气压传感器设置于GPS系统旁；所述前轮转向随动平台中，角度传感器采集前轮转向角度信息，电控单元读取角度传感器的值，进而控制步进电机及托台进行前轮转向的随动；所述方法内容包括以下步骤：S100.用两部单线激光雷达采集车辆行驶轨迹前相对于激光雷达自身坐标系的离散路面点云数据，并由工控机进行读取，并将点云数据相对于激光雷达的坐标值简化为二维平面坐标；S200.将点云数据融合GPS系统数据、气压传感器数据以及惯性导航系统数据，通过坐标变换转换至WGS-84大地坐标系下；S300.在WGS-84大地坐标系下，对点云数据中的离群点进行滤波处理；S400.依据分形理论，采用分形插值方法将坐标变换后的离散点云数据做连续化处理，形成车辆行驶轨迹前的连续路面高程信息；S500.将一定行程范围内的连续路面高程信息[...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩明德，王豪豪，赵丁选，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13