一种用于智能农机的等效土壤刚度在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种用于智能农机的等效土壤刚度在线检测方法，通过分析智能农机作业行驶过程中土壤压强‑下陷关系，引入等效土壤刚度定义土壤特性，构建改进二自由度四分之一车辆‑土壤模型的离散非线性系统模型，采用自适应比例调节最小偏度单形采样策略及过程噪声协方差，建立自适应无迹卡尔曼滤波器，实现等效土壤刚度的在线检测。本发明专利技术简单有效、实施方便，提高了土壤特性检测的鲁棒性与准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于智能农机的等效土壤刚度在线检测方法
本专利技术涉及拖拉机环境感知
，尤其涉及一种用于智能农机的等效土壤刚度在线检测方法。
技术介绍
随着精准农业和智能农机的快速发展，传统的农业车辆已经无法满足现代农业作业要求，农业车辆的环境感知问题，特别是作业土壤特性检测问题是智能农机发展的关键技术问题之一，并大大制约着智能农业车辆的发展。传统农机一般不具备土壤特性在线估计系统。目前对于土壤特性检测的一般具有两种方式，一种是通过手持式贯入装置，使用人工手持仪压入土壤，通过圆锥指数的检测来计算地形特性；另一种是通过机载电动贯入式装置，将贯入杆安装在农机上，以电动或液压驱动的方式将杆件压入土壤，以此来获取土壤圆锥指数，检测地形特性。例如美国SC-900手持式土壤紧实度检测仪，可以实现土壤紧实度检测，但其需要耗费大量人力、物力，成本较高且检测效率低。吉林大学提出的机载电动贯入式检测仪，通过电机带动转动臂，将贯入杆压入土壤，解决了人工问题，但是检测准确率较低，并且增加了整车能耗与系统的复杂度。因此，为进一步提高智能农机在松软路面上行驶通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于智能农机的等效土壤刚度在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)利用车载传感器组件采集整车系统运行状态信息；/n2)定义等效土壤刚度k

【技术特征摘要】
1.一种用于智能农机的等效土壤刚度在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)利用车载传感器组件采集整车系统运行状态信息；
2)定义等效土壤刚度ks；定义如下：



其中，ξ为形状因子，lc为接触长度，kc为内聚性变形模量，kφ为内摩擦性变形模量，ns为土壤变形指数，b为轮胎-土壤接触面宽度，z为轮胎下沉量，A为轮胎-土壤接触面积，Fg为地面对轮胎的作用力；
3)构建改进二自由度四分之一车辆-土壤模型的离散非线性系统模型；
4)基于离散非线性系统模型，采用自适应比例调节因子及自适应过程噪声协方差，构建自适应无迹卡尔曼滤波器，计算系统状态最优估计值ktot；
5)计算等效土壤刚度，计算公式如下：



其中，kt为轮胎刚度系数。


2.如权利要求1所述的用于智能农机的等效土壤刚度在线检测方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述车载传感器组件包括车身加速度传感器、悬架加速度常感器、激光雷达、轮速传感器，分别用于获取车身加速度、悬架加速度、地形剖面高度即路面激励、车速；所述车载传感器组件的最大同步采样频率取值为上述传感器采样频率的最小公倍数。


3.如权利要求1所述的用于智能农机的等效土壤刚度在线检测方法，其特征在于，所述步骤3)包括如下步骤：
3.1)改进二自由度四分之一车辆--土壤模型，其动力学微分方程为：



其中，ms、mns分别为等效车身质量与等效车轮质量；y1、y2、zg分别是车身垂向位移、车轮垂向位移和道路剖面高度；分别是车身垂向速度、车轮垂向速度；为别是车身垂向加速度、车轮垂向加速度；k为悬架刚度系数；c为阻尼系数；ktot为轮胎刚度系数与等效土壤刚度串联后的等效值；所述ktot计算公式为：



其中，kt、ks分别为轮胎刚度系数和等效土壤刚度；
3.2)通过改进后二自由度四分之一车辆--土壤模型构建离散非线性系统模型为：



其中，f()为非线性状态方程函数；h()为非线性观测方程函数；k为离散时间，xk为系统在k时刻系统状态量，xk＝[x1x2x3x4x5]T，x1＝y1-y2、x3＝y2-zg、x5＝ktot；uk-1为k-1时刻的系统输入；uk＝[u1u2]，u1＝zg，u2＝v；wk-1是k-1时刻均值为q、方差为Q的高斯噪声序列，其中Q为时变未知，w＝[w1w2w3w4w5]T；vk为k时刻系统的测量噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：商高高，刘刚，韩江义，夏长高，朱鹏，刘韬，张瑜，姜昆，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32