CN111452800B - 水陆两栖车的参数输出方法、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水陆两栖车的参数输出方法、装置和存储介质，方法包括以下步骤：获取车轮的测量下陷量、测量变形量以及水陆两栖车的行驶状态；根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行驶的路面，其中所述路面包括硬质路面或松软路面；根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通过松软路面估算模式得到第一输出参数，或根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估算模式得到第二输出参数；根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出。通过本发明能根据不同的路面和行驶状态使用不同的模式进行估算，保证了估算结果的准确性。本发明可广泛应用于水陆两栖车技术领域。

Description

水陆两栖车的参数输出方法、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及水陆两栖车技术领域，尤其是一种水陆两栖车的参数输出方法、装置和存储 介质。

背景技术

水陆两栖车辆通常由轮毂电机驱动，兼具水、陆双重行驶性能，可以完成近海抢险登陆、 物资运输等功能，具有非常重要价值。而通常为了水陆两栖车的稳定性，会对车辆的状态参 数进行估计，并将估计得到的车辆状态参数进行输出，使得水陆两栖车的控制系统能够根据 输出的车辆状态参数自动进行调整。现今水陆两栖车的状态参数估计主要基于陆地行驶的情 况，通过车辆在陆地的硬质路面行驶时的车辆运动学估计模型进行估算得到，然而水陆两栖 车的行驶状态和行驶路面不确定，例如可能为陆地行驶、出水或入水时的状态，硬质路面或 软质路面，在水陆过渡状态时车辆会受到水流速度、浮力等其他因素的影响；在软质路面行 驶时，车轮会出现下陷等情况的发生，利用现有的估计方法无法准确地对车辆状态参数进行 输出，导致水陆两栖车没办法进行准确的自动调整，水陆两栖车可能会存在侧翻，摇摆严重， 车轮打滑、下陷，车辆动力性减弱等情况，严重影响水陆两栖车行驶的动力性、稳定性和安 全性。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供能准确地进行参数输出的一种 水陆两栖车的参数输出方法、装置和存储介质。

本发明采用的技术方案是：水陆两栖车的参数输出方法，包括以下步骤：

获取车轮的测量下陷量、测量变形量以及水陆两栖车的行驶状态；

根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行驶的路面，其中所述路面包 括硬质路面或松软路面；

根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通过松软路面估算模式得到第一输出 参数，或根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估算模式得到第二输出参数；

根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出；

其中，所述行驶状态包括水陆过渡状态或陆地状态，所述第一输出参数包括纵向速度、 质心侧偏角和估算下沉深度，所述第二输出参数包括纵向速度和质心侧偏角，所述预设土壤

进一步，所述根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行驶的路面的步 骤中，包括以下步骤：

若测量下陷量大于或等于第一预设阈值，测量变形量小于或等于第二预设阈值，所述路 面为松软路面；

若测量下陷量小于第一预设阈值，测量变形量大于第二预设阈值，所述路面为硬质路面；

其中，预设第一阈值包括第一预设阈值和第二预设阈值。

进一步，所述根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通过松软路面估算模式 得到第一输出参数的步骤中，包括以下步骤：

若所述路面为松软路面，根据所述行驶状态和预设土壤参数库，基于第一车轮模型进行 计算得到第一输出参数，其中，第一车轮模型包括Wong-Reece车轮模型，特征参数包括土壤 内聚变形模量、土壤摩擦变形模量、第一土壤最大应力角系数、第二土壤最大应力角系数、 离去角系数、内摩擦角、土壤内聚和土壤剪切变形模。

进一步，所述根据所述行驶状态和预设土壤参数库，基于第一车轮模型进行计算得到第 一输出参数的步骤中，包括以下步骤：

根据所述行驶状态和预设土壤参数库，基于第一车轮模型对水陆两栖车的状态进行分析， 根据分析结果得到第一输出参数；

其中，所述分析结果包括对水陆两栖车纵向方向上的力平衡或侧向的方向上的力平衡的 至少一种，以及对车轮接近角、车轮离去角、车轮最大应力角、车轮纵向力、车轮接触土壤 单位支承面积最大载荷、车轮接触土壤最大剪切载荷、路面最大剪切位移、车轮滑转率、车 轮侧向力、接触土壤侧向剪切应力和路面侧向剪切位移的分析结果。

进一步，所述根据所述行驶状态和预设土壤参数库，基于第一车轮模型对水陆两栖车的 状态进行分析，根据分析结果得到第一输出参数的步骤中，包括以下步骤：

基于第一车轮模型，得到第一关系式集合，其中第一关系式集合包括车轮半径、估算下 沉深度和车轮接近角的第一关系式，车轮接近角、所述离去角系数和车轮离去角的第二关系 式，所述第一土壤最大应力角系数、所述第二土壤最大应力角系数和车轮最大应力角的第三 关系式，车轮半径、车轮有效接地宽度、车轮接近角、车轮离去角、车轮接触土壤单位支承 面积最大载荷、车轮接触土壤最大剪切载荷和车轮纵向力的第四关系式，车轮有效接地宽度、 所述土壤内聚变形模量、所述土壤摩擦变形模量、估算下沉深度、下沉指数和车轮接触土壤 单位支承面积最大载荷的第五关系式，所述土壤内聚、车轮接触土壤单位支承面积最大载荷、 所述内摩擦角、所述土壤剪切变形模、路面最大剪切位移和车轮接触土壤最大剪切载荷的第 六关系式，车轮半径、车轮接近角、车轮最大应力角、车轮滑转率和路面最大剪切位移的第 七关系式，车轮角速度、车轮半径、纵向速度和车轮滑转率的第八关系式，车轮接近角、车 轮离去角、车轮半径、车轮有效接地宽度、接触土壤侧向剪切应力和车轮侧向力的第九关系 式，所述土壤内聚、车轮接触土壤单位支承面积最大载荷、所述内摩擦角、所述土壤剪切变 形模、路面侧向剪切位移和接触土壤侧向剪切应力的第十关系式，车轮半径、车轮滑转率、 车轮接近角、车轮最大应力角、车轮侧偏角和路面侧向剪切位移的第十一关系式；

若所述行驶状态为水陆过渡状态：

获取实时数值，其中实时数值包括车轮角速度、轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋 转速度变化率、喷水流速、横摆角速度和车轮转角，以及纵向加速度和侧向加速度中的至少 一个；

根据预设数值和实时数值进行计算，其中预设数值包括车轮半径、车轮有效接地宽度、 下沉指数、车轮侧偏角、水陆两栖车质量、流体密度和体积流量，具体地：

根据轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率和车轮半径，计算得到车轮纵 向力；

根据流体密度、体积流量和喷水流速，根据预设第一纵向力平衡方程或预设第一侧向力 平衡方程的其中一个，以及根据所述第一关系式集合、预设数值、所述计算得到的所述车轮 纵向力和所述预设土壤参数库，计算得到纵向速度和估算下沉深度；

根据纵向加速度或侧向加速度，以及根据纵向速度和横摆角速度，得到质心侧偏角；

其中预设第一纵向力平衡方程基于水陆两栖车质量和纵向加速度，以及在纵向方向上位 于后方的两个车轮的车轮纵向力、在纵向方向上位于前方的两个车轮的车轮侧向力和车轮纵 向力以及车轮转角、流体密度、体积流量、喷水流速和纵向速度所建立；所述预设第一侧向 力平衡方程基于水陆两栖车质量和侧向加速度，以及在纵向方向上位于后方的两个车轮的车 轮侧向力、在纵向方向上位于前方的两个车轮的车轮侧向力、在纵向方向上位于前方的其中 一个车轮的车轮纵向力、在纵向方向上位于后方的其中一个车轮的车轮纵向力、车轮转角、 流体密度、体积流量、喷水流速和纵向速度所建立；

或者若所述行驶状态为陆地状态：

获取实时数值，其中实时数值包括车轮角速度、轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋 转速度变化率、横摆角速度和车轮转角，以及纵向加速度和侧向加速度中的至少一个；

根据预设数值和实时数值进行计算，其中预设数值包括车轮半径、车轮有效接地宽度、 下沉指数、车轮侧偏角和水陆两栖车质量，具体地：

根据轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率和车轮半径，计算得到车轮纵 向力；

根据预设第二纵向力平衡方程或预设第二侧向力平衡方程的其中一个，以及根据所述第 一关系式集合、预设数值、所述计算得到的车轮纵向力和所述预设土壤参数库，计算得到纵 向速度和估算下沉深度；

根据纵向加速度或侧向加速度，以及根据纵向速度和横摆角速度，得到质心侧偏角；

其中预设第二纵向力平衡方程基于水陆两栖车质量和纵向加速度，以及在纵向方向上位 于后方的两个车轮的车轮纵向力、在纵向方向上位于前方的两个车轮的车轮侧向力和车轮纵 向力以及车轮转角所建立；所述预设第二侧向力平衡方程基于水陆两栖车质量和侧向加速度， 以及在纵向方向上位于后方的两个车轮的车轮侧向力、在纵向方向上位于前方的两个车轮的 车轮侧向力、在纵向方向上位于前方的其中一个车轮的车轮纵向力、在纵向方向上位于后方 的其中一个车轮的车轮纵向力和车轮转角所建立。

进一步，所述根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估算模式得到第二输出参数 的步骤中，包括以下步骤：

若所述路面为硬质路面，基于第二车轮模型，得到第二关系式集合，所述第二关系式集 合包括前轴与质心的距离、横摆角速度、纵向速度、侧向速度、车轮转角和前轮侧偏角的第 十二关系式，后轴与质心的距离、横摆角速度、纵向速度、侧向速度和后轮侧偏角的第十三 关系式，车轮侧偏角、路面附着系数、垂向载荷与车轮侧向力的第十四关系式，车轮的侧偏 刚度值、车轮侧偏角、路面附着系数、垂向载荷与车轮侧向力的第十五关系式，其中车轮侧 偏角包括前车轮侧偏角或后车轮侧偏角，第二车轮模型包括Brush轮胎模型；

若行驶状态为陆地状态：

获取实时数值，其中实时数值包括横摆角速度、车轮转角、轮毂电机转矩、车轮转动惯 量、车轮旋转速度变化率、行驶坡度值、纵向加速度和侧向加速度；

根据预设数值和实时数值进行计算，其中预设数值包括前轴与质心的距离、后轴与质心 的距离、车轮的侧偏刚度值、路面附着系数、车轮半径、水陆两栖车质量、水陆两栖车的质 心高度值和轮距，具体地：

根据水陆两栖车质量、前轴与质心的距离、后轴与质心的距离、行驶坡度值、纵向加速 度、侧向加速度、水陆两栖车的质心高度值和轮距，计算得到车轮垂向载荷；

根据轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率和车轮半径，计算得到车轮纵 向力；

对水陆两栖车纵向方向上的力平衡或侧向的方向上的力平衡的至少一种进行分析；

根据分析结果、所述第二关系式集合、所述计算得到的车轮垂向载荷和所述计算得到的 车轮纵向力，计算得到纵向速度和质心侧偏角；

或者若行驶状态为水陆过渡状态：

获取实时数值，其中实时数值包括横摆角速度、车轮转角、轮毂电机转矩、车轮转动惯 量、车轮旋转速度变化率和行驶坡度值，以及纵向加速度和侧向加速度中的至少一个；

根据预设数值和实时数值进行计算，其中预设数值包括前轴与质心的距离、后轴与质心 的距离、车轮的侧偏刚度值、路面附着系数、车轮半径、质心与斜坡的垂直距离、浮力、浮 心与质心之间的距离和浮心与斜坡的垂直距离，具体地：

根据水陆两栖车质量、前轴与质心的距离、后轴与质心的距离、行驶坡度值、质心与斜 坡的垂直距离、浮力、浮心与质心之间的距离和浮心与斜坡的垂直距离，计算得到车轮垂向 载荷；

根据轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率和车轮半径，计算得到车轮纵 向力；

对水陆两栖车纵向方向上的力平衡或侧向的方向上的力平衡的至少一种进行分析；

根据分析结果、所述第二关系式集合、所述计算得到的车轮垂向载荷和所述计算得到的 车轮纵向力，计算得到纵向速度和质心侧偏角。

进一步，所述根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出的步骤中，包括以下步骤：

通过卡尔曼滤波对所述第二输出参数进行处理，将处理结果进行输出；

或者将根据若干种土壤的特征参数分别计算得到的估算下沉深度与测量下陷量进行对比， 确定与测量下陷量最接近的估算下沉深度，作为第一估算下沉深度；

获取根据所述第一估算下沉深度所对应的土壤的特征参数计算得到的纵向速度和质心侧 偏角，分别作为第一纵向速度和第一质心侧偏角；

通过卡尔曼滤波对所述第一估算下沉深度、所述第一纵向速度和所述第一质心侧偏角进 行处理，将处理结果进行输出。

本发明还提供水陆两栖车的参数输出装置，包括：

获取模块，用于获取车轮的测量下陷量、测量变形量以及水陆两栖车的行驶状态；

路面判断模块，用于根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行驶的路 面，其中所述路面包括硬质路面或松软路面；

参数估计和输出模块，用于根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通过松软 路面估算模式得到第一输出参数，或根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估算模式 得到第二输出参数，根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出；

其中，所述行驶状态包括水陆过渡状态和陆地状态，所述第一输出参数包括纵向速度、 质心侧偏角和估算下沉深度，所述第二输出参数包括纵向速度和质心侧偏角，所述预设土壤 参数库包括若干种土壤的特征参数。

本发明还提供另一种水陆两栖车的参数输出装置，包括：

至少一处理器；

至少一存储器，用于存储至少一程序；

当所述至少一程序被所述至少一处理器执行，使得所述至少一处理器实现所述水陆两栖 车的参数输出方法。

本发明还提供存储介质，存储有处理器可执行的指令，处理器执行所述处理器可执行的 指令时执行所述水陆两栖车的参数输出方法。

本发明的有益效果是：获取水陆两栖车的行驶状态，并根据测量下陷量、测量变形量和 预设第一阈值，获取车轮行驶的路面，根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通 过松软路面估算模式得到第一输出参数，或根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估 算模式得到第二输出参数，根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出；本发明能够根 据路面为硬质路面或松软路面，行驶状态为水陆过渡状态或陆地状态，利用松软路面估算模 式或硬质路面估算模式输出参数估算，得到第一输出参数或第二输出参数，再根据第一输出 参数或第二输出参数进行参数输出，保证了参数输出的准确性，因此后续水陆两栖车能够准 确地进行自动调整，保证水陆两栖车行驶的动力性、稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明装置的结构框图；

图2为本发明方法的步骤流程示意图；

图3为本发明具体实施例水陆两栖车受力情况的第一示意图；

图4为本发明具体实施例水陆两栖车受力情况的第二示意图；

图5为本发明具体实施例水陆两栖车受力情况的第三示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。对于本发明实施例中 的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的 各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

如图1所示，本实施例提供了一种水陆两栖车的参数输出装置，包括：

获取模块，用于获取车轮的测量下陷量、测量变形量以及水陆两栖车的行驶状态；

路面判断模块，用于根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行驶的路 面，其中所述路面包括硬质路面或松软路面；

参数估计和输出模块，用于根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通过松软 路面估算模式得到第一输出参数，或根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估算模式 得到第二输出参数，根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出；

其中，所述行驶状态包括水陆过渡状态和陆地状态，所述第一输出参数包括纵向速度、 质心侧偏角和估算下沉深度，所述第二输出参数包括纵向速度和质心侧偏角，所述预设土壤 参数库包括若干种土壤的特征参数。

其中，获取模块包括两栖车状态参数测量单元、水陆两栖车涉水深度检测单元和水陆两 栖车车轮下陷深度检测单元。所述两栖车状态参数测量单元用于通过设置在两栖车上的硬件， 如传感器等实时采集实时数值，获取车轮的测量下陷量、测量变形量。所述水陆两栖车涉水 深度检测单元，用以检测两栖车的涉水深度(包括是否涉水)和涉水变化(例如涉水深度)情况， 以判断并获取两栖车的行驶状态。在本实施例中，两栖车即车辆。

所述路面判断模块包括两栖车行驶路面判断单元和两栖车轮接触土壤特性判断单元。所 述两栖车行驶路面判断单元用于根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行 驶的路面；所述两栖车轮接触土壤特性判断单元用于判断两栖车当前行驶的不同松软路面类 型，如当前路面为哪一种土壤。

进一步作为可选的实施方式，还包括数据存储模块，用于存储多个预设数值。

所述参数估计和输出模块包括：两栖车松软路面行驶状态参数估计模块和两栖车硬质路 面行驶状态参数估计系统模块。所述两栖车松软路面行驶状态参数估计模块用于根据所述行 驶状态(包括水陆过渡状态或陆地状态)和预设土壤参数库，当所述路面为松软路面通过松软 路面估算模式得到第一输出参数，并根据第一输出参数进行参数输出；所述两栖车硬质路面 行驶状态参数估计系统模块用于根据所述行驶状态(包括水陆过渡状态或陆地状态),当所述 路面为硬质路面，通过硬质路面估算模式得到第二输出参数，根据第二输出参数进行参数输 出。其中，通过松软路面估算模式和硬质路面估算模式进行计算时，可以调用数据存储模块 和获取模块。

如图2所示，本实施例还提供一种水陆两栖车的参数输出方法，包括以下步骤：

S1、获取车轮的测量下陷量、测量变形量以及水陆两栖车的行驶状态；

S2、根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行驶的路面，其中所述路 面包括硬质路面或松软路面；

S3、根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通过松软路面估算模式得到第一 输出参数，或根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估算模式得到第二输出参数；

S4、根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出；

其中，所述行驶状态包括水陆过渡状态或陆地状态，所述第一输出参数包括纵向速度、 质心侧偏角和估算下沉深度，所述第二输出参数包括纵向速度和质心侧偏角，所述预设土壤 参数库包括若干种土壤的特征参数。

其中，测量下陷量和测量变形量指的是进行测量获得的下陷量和变形量。硬质路面可以 包括水泥地、沥青道路、碎石路面或其他使得车轮变形量大而车轮下陷量小的路面，松软路 面可以包括沙土、泥泞地、滩涂、黏土地、含水的黄土地或其他使得车轮变形量小而车轮下 陷量打的路面。估算下沉深度指的是通过松软路面估算模式估算得到的下沉深度。

在本实施例中，松软路面估算模式用于当所述路面为松软路面时的参数估算，硬质路面 估算模式用于当所述路面为硬质路面时的参数估算。

在本实施例中，水陆过渡状态包括车辆出水或入水时的状态，此时车辆部分位于水面之 下，部分位于水面之上；陆地状态为车辆整体都在陆地上行驶。

作为可选地实施方式，所述预设土壤参数库包括若干种土壤的特征参数，不同的土壤都 有对应的特征参数，特征参数包括：土壤内聚变形模量k_c、土壤摩擦变形模量k_φ、第一土 壤最大应力角系数C₁、第二土壤最大应力角系数C₂、离去角系数C₃、内摩擦角

土壤内聚 C₀和土壤剪切变形模K。

为了方便说明，在本实施例中，涉及有变量i、j(i,j＝1,2)，i＝1时表示水陆两栖车在纵向 方向上位于前方的车轮，即前轮，i＝1且j＝1，代表左前轮(或右前轮)，i＝1且j＝2，代表右前 轮(或左前轮)；i＝2时，表示水陆两栖车在纵向方向上位于后方的车轮，即后轮，i＝2且j＝1， 代表左后轮(或右后轮)，i＝2且j＝2，代表右后轮(或左后轮)。其中，纵向指的是x方向即车辆 的长度方向(纵向行驶方向)，侧向指的是y方向即车辆的宽度方向(侧向行驶方向)，与纵向垂 直，垂向指的是z方向，即与纵向和侧向垂直的方向。

作为可选地实施方式，步骤S1具体为：

获取车轮的测量下陷量、测量变形量以及水陆两栖车的行驶状态。

通过传感器测得车轮的测量下陷量h_{m_ij}和测量变形量D_{m_ij}，以及获得水陆两栖车的 行驶状态。

作为可选地实施方式，步骤S2具体为：

若测量下陷量大于或等于第一预设阈值，测量变形量小于或等于第二预设阈值，所述路 面为松软路面；

若测量下陷量小于第一预设阈值，测量变形量大于第二预设阈值，所述路面为硬质路面；

其中，预设第一阈值包括第一预设阈值和第二预设阈值，第一预设阈值即事先进行预设 的阈值。

例如，当测量下陷量h_{m_ij}大于或等于第一预设阈值h_m,d，且测量变形量D_{m_ij}小于第二预设阈值D_m,d，确定得到车轮行驶的路面为松软路面；当测量下陷量h_{m_ij}小于第一预设阈值h_m,d，且测量变形量D_{m_ij}大于第二预设阈值D_m,d，确定得到车轮行驶的路面为硬质路面。否则，说明车辆的检测单元出现故障，此时控制系统控制车辆减速行驶，并提示驾驶员出现故障。

作为可选地实施方式，当所述路面为松软路面时，步骤S3为：

根据所述行驶状态和预设土壤参数库，基于第一车轮模型进行计算得到第一输出参数， 其中，第一车轮模型包括Wong-Reece车轮模型。具体地：在本实施例中，根据所述行驶状态 和预设土壤参数库，基于第一车轮模型对水陆两栖车的状态进行分析，根据分析结果得到第 一输出参数，其中，所述分析结果包括对水陆两栖车纵向方向上的力平衡或侧向的方向上的 力平衡的至少一种，以及对车轮接近角、车轮离去角、车轮最大应力角、车轮纵向力、车轮 接触土壤单位支承面积最大载荷、车轮接触土壤最大剪切载荷、路面最大剪切位移、车轮滑 转率、车轮侧向力、接触土壤侧向剪切应力和路面侧向剪切位移的分析结果。其中，对水陆 两栖车纵向方向上的力平衡或侧向方向上的力平衡指的是根据牛顿第二定律对纵向方向的受 力进行分析，以及对侧向的受力进行分析。

具体包括步骤：S31、基于第一车轮模型，得到第一关系式集合(其中第一关系式集合中 的若干个关系式和方程的建立不分先后顺序，可以任意变换)，如下：

由于车辆的运动需要土壤支撑，土壤在负荷的作用下将发生沉陷，整车参数、土壤承压 特性将影响土壤的下限量和车轮滚动阻力等等。

在车辆实际行驶过程中，刚性轮与地面接触的离去角并不为0，并且应力的最大值也不 是在车轮沉陷量最大处，而是在角度为车轮最大应力角的地方。实际上，车轮与地面接触区 域的正应力和剪切力是以最大值为中心而逐渐向两侧减小的，因此得到：

θ_{2_ij}＝C₃θ_{1_ij---}(第二关系式)；

θ_{m_ij}＝(C₁+C₂)θ_{1_ij}---(第三关系式)；

其中，θ_{1_ij}为车轮接近角、R为车轮半径(车轮的有效半径)、h_{e_ij}为估算下沉深度、C₁为第一土壤最大应力角系数、C₂为第二土壤最大应力角系数、C₃为离去角系数、θ_{2_ij}为车轮离去角、θ_{m_ij}为车轮离去角(产生最大正应力时的夹角)，i,j＝1,2--代表不同车轮。

得到沿车辆前进方向的车轮纵向力以及车轮的垂向载荷分别为：

其中，b_tr为车轮有效接地宽度、σ_ij为车轮接触土壤单位支承面积最大载荷、τ_xij为车轮接触土壤最大剪切载荷,F_xij为车轮纵向力，F_zij为车轮垂向载荷(垂向载荷)，i,j＝1,2-- 代表不同车轮。

两栖车的车轮垂直载荷与沉陷量之间的变化关系为：

其中，k_c为土壤内聚变形模量，k_φ为土壤摩擦变形模量，n_i为下沉指数。

剪切应力公式为：

其中，C₀为土壤内聚，

为内摩擦角，j_xij为路面最大剪切位移(最大纵向剪切位移)、 K为土壤剪切变形模。

同时基于车轮运动学得，剪切位移为：

其中，s_ij为车轮滑转率，i,j＝1,2--代表不同车轮。

驱动轮滑移率的计算公式：

其中，ω_ij为车轮角速度，v_x为纵向速度，其中制动可以为刹车或减速时、纵向加速度 减少的时候，驱动可以为加速、纵向加速度增加的时候。

当水陆两栖车辆在松软路面上行驶时，会发生车轮侧向滑移，使的车轮与车辆前进方向 产生车轮侧偏角，该车轮侧偏角使土壤产生作用于车轮侧向的作用力，该作用力为车轮侧向 力，计算公式为：

F_yij为车轮侧向力、τ_{y_ij}为接触土壤侧向剪切应力。

其中：

j_{y_ij}＝R(1-s_ij)(θ_{1_ij}-θ_{m_ij})tanα_ij---(第十一关系式)；

j_{y_ij}为路面侧向剪切位移(最大侧向剪切位移)，α_ij为车轮侧偏角，α_ij在本实施例设 为定值。

由于轮毂电机驱动的水陆两栖车四个车轮由电机独立驱动，其转矩和转速易测得，因此 可利用车轮动力学计算水陆两栖车各车轮在松软路面的纵向力为：

其中，F_xij为车轮纵向力，T_ij为轮毂电机转矩，J_w为车轮转动惯量，

为车轮旋 转速度变化率。

同时，由于在载荷一定时，驱动轮的下陷主要是由滑转引起的，并且随着滑转率的上升， 下陷量迅速增大，因此轮胎总的下陷量主要由土壤压实变形与滑转下陷两部分组成，故知道 车轮下陷量与滑转率之间存在如下关系：

h_{e_ij}＝1.05s_ij+h_0pij---(第三方程)；

其中，h_0pij为两栖车辆在不同坡度下静止时的下沉深度。

而在垂向载荷的作用下，车轮将会有一定程度的下陷，两栖车在水平路面具体下陷量的 计算公式如下(第四方程)：

其中，m为水陆两栖车质量、F_zij为车轮垂向载荷(垂向载荷)。

至此，得到所述第一关系式集合，所述第一关系式集合包括第一关系式至第十一关系式， 第一方程至第四方程。

S32、建立两栖车四自由度模型，包括水陆两栖车沿行驶方向的纵向运动、垂直于行驶方 向的侧向运动、横摆运动和侧倾运动四个自由度，根据牛顿第二定律，建立如下平衡方程：

如图3和图4所示，(1)当行驶状态为水陆过渡状态；

纵向运动方程，即预设第一纵向力平衡方程：

m·a_x＝F_x21+F_x22-(F_y11+F_y12)sinδ+(F_x11+F_x12)cosδ+(F₃+F₄)

横向运动方程，即预设第一横向力平衡方程：

m·a_y＝F_y21+F_y22+(F_y11+F_y12)cosδ+(F_x11+F_x22)sinδ+(F₃+F₄)

横摆运动方程：

侧倾运动方程：

其中，m为水陆两栖车质量，a_x为纵向加速度，F_x11、F_x12、F_x21和F_x22分别为左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的车轮纵向力，F_y11、F_y12、F_y21和F_y22分别为左前轮、右前轮、 左后轮和右后轮的车轮侧向力，δ为车轮转角(即前轮转向角、方向盘转角)，F₃和F₄分别 表示两栖车左右喷水推进器推力(在本实施例中喷水推进器具有两个，因此有两个推力，在其 他实施例中可以一个或两个以上)，a_y为纵向加速度，I_z为水陆两栖车绕z轴转动惯量，γ为 横摆角速度，l_r为(车辆)前轴与质心的距离；l_r为(车辆)后轴与质心的距离，B'为前轮两个中 心之间的距离，T为两个喷水推进器的之间的距离，l_m为两个喷水推进器的中心与质心的距离，

分别表示车辆的侧倾角、侧倾角速度和侧倾角加速度，m_s表示车辆簧上 质量，h为质心所在中轴与前轴的距离，c_v表示等效侧倾阻尼，k_v表示等效侧倾刚度，M_x表 示侧倾力矩；其中质心指的是车辆的质心O，F_zl表示左前轮和左后轮的总垂向载荷F_zr表 示右前轮和右后轮的总垂向载荷。

另外，利用动量理论可得两栖车喷水推进器的推力：

F₃＝F₄＝ρQ_v(C_k-v_x)---(第五方程)

其中，ρ为流体密度，Q_v为体积流量，C_k为喷水流速。

(2)而当行驶状态为陆地状态；

纵向运动方程，即预设第二纵向力平衡方程：

m·a_x＝F_x21+F_x22-(F_y11+F_y12)sinδ+(F_x11+F_x12)cosδ

横向运动方程，即第二横向力平衡方程：

m·a_y＝F_y21+F_y22+(F_y11+F_y12)cosδ+(F_x11+F_x22)sinδ

同时根据与上述内容相同的原理可以列出横摆运动方程和侧倾运动方程，故不再赘述。

S33、根据预设数值、实时数值和预设土壤参数库进行计算。

包括S331、获取实时数值，所述实时数值指的是实时测量得到的数值，预设数值指的是 预先设置并保存的数值。

所述实时数值包括车轮角速度ω_ij、轮毂电机转矩T_ij、车轮转动惯量J_w、车轮旋转速 度变化率

喷水流速C_k、横摆角速度γ、车轮转角δ、侧倾角

以及纵向加速度a_x、侧向加速度a_y和侧倾角速度

所述预设数值包括车轮半径R、车轮有效接地宽度b_tr、下沉指数n_i、车轮侧偏角α_ij、水陆两栖车质量m、流体密度ρ、体积流量Q_v、前轴与质心的距离l_r、后轴与质心的距离l_r、 前轮两个中心之间的距离B'、两个喷水推进器的之间的距离T、车辆簧上质量m_s、质心所在 中轴与前轴的距离h、等效侧倾阻尼c_v、等效侧倾刚度k_v、侧倾力矩M_x、两个喷水推进器的 中心与质心的距离l_m。其中，下沉指数通常取值范围为0到1，不同土壤取值不同，预先进 行配置；流体密度预先设置例如可以为水的密度。

S332、根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第三关系式、所述第四关系式、所 述第五关系式、所述第六关系式、所述第七关系式、所述第八关系式、预设土壤参数库、实 时数值和预设数值获得车轮纵向力F_xij与纵向速度v_x、估算下沉深度h_{e_ij}的第一关系；

根据所述第二方程计算得到车轮纵向力F_xij，根据上述关系得到v_x与h_{e_ij}的第二关系；

根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第三关系式、所述第五关系式、所述第八 关系式、所述第九关系式、所述第十关系式、所述第十一关系式、所述第二关系、预设土壤 参数库、实时数值和预设数值，获得车轮侧向力F_yij与纵向速度v_x的第三关系；

(1)当行驶状态为水陆过渡状态，包括步骤S3321：

根据所述计算得到的车轮纵向力F_xij、第三关系、实时数值、预设数值、所述第五方程 以及预设第一纵向力平衡方程或预设第一横向力平衡方程中的其中一个，计算得到纵向速度 v_x，进而得到估算下沉深度h_{e_ij}；

根据公式a_x＝v_x-v_yγ或a_y＝v_y+v_xγ、结合公式β＝arctan(v_y/v_x)≈v_y/v_x，获得侧向速度v_y以及质心侧偏角β，由此得到所有第一输出参数，即估算下沉深度h_{e_ij}、纵向速度v_x和质心侧偏角β。

(2)当行驶状态为水陆过渡状态，包括步骤S3322：

根据所述计算得到的车轮纵向力F_xij、第三关系、实时数值、预设数值以及预设第二纵 向力平衡方程或预设第二横向力平衡方程中的其中一个，计算得到纵向速度v_x，进而得到估 算下沉深度h_{e_ij}；

根据公式a_x＝v_x-v_yγ或a_y＝v_y+v_xγ、结合公式β＝arctan(v_y/v_x)≈v_y/v_x，获得侧向速度v_y以及质心侧偏角β，由此得到所有第一输出参数，即估算下沉深度h_{e_ij}、纵向速度v_x和质心侧偏角β，由此得到所有第一输出参数，即估算下沉深度h_{e_ij}、纵向速度v_x和质 心侧偏角β。

针对上述分析，定义两栖车在松软路面行驶时的状态变量x_软为：

其中，T为转置符号，表示将括号里的矩阵进行转置。

根据第一输出参数，得到初步输出量y_软为：

y_软＝[v_x,β,h_{e_ij}]^T(i,j＝1,2)

作为可选地实施方式，当所述路面为硬质路面时，步骤S3包括以下步骤：

基于第二车轮模型，得到第二关系式集合，具体包括步骤：

S31＇、基于第二车轮模型，得到第二关系式集合(其中第二关系式集合中的若干个关系式 和方程的建立不分先后顺序，可以任意变换)，在本实施例中第二车轮模型为Brush轮胎模型， 具体地：

通过小角度假设计算前轮侧偏角和后轮侧偏角：

其中，α_{_1}为前轮侧偏角、α_{_2}为后轮侧偏角、l_r为后轴与质心的距离、l_f前轴与质心的 距离、γ为横摆角速度、v_x为纵向速度、v_y为侧向速度，a_x为纵向加速度，a_y为侧向加速度、δ为车轮转角。

侧向力计算公式为：

即第十四关系式和第十五关系式，其中C_{α_ι}为车轮的侧偏刚度值、α_{_i}为车轮侧偏角(i＝1, 代表前轮侧偏角，i＝2代表后轮侧偏角)，μ为路面附着系数、

为车轮垂向载荷，

为阈值。

其中，车轮垂向载荷

的计算公式为：

其中，F′_zij表示陆地状态时车轮的垂向载荷，F″_zi_j表示水陆过渡状态时的垂向载荷，当 行驶状态为陆地状态flag_w^ij＝1，当行驶状态为水陆过渡状态flag_w^ij＝0。

F′_zij的计算公式：

其中，F′_z11、F′_z12、F′_z21和F′_z22分别表示陆地状态时左前轮的垂向载荷，陆地状态时右 前轮的垂向载荷，陆地状态时左后轮的垂向载荷，陆地状态时右后轮的垂向载荷，θ为行驶 坡度值、h_g为质心高度值、B为轮距、m为水陆两栖车质量、a_x为纵向加速度，a_y为侧向加速度。

当车辆处于水陆过渡状态时，受到浮力不断变化的影响，车辆的垂向力不断变化，此时 对水陆两栖车辆的受力进行分析，如图5所示：

对k₁点取矩(第九方程)：

∑M_k1＝Ph₁+Qcosθ(m₁+l_f)+Qsinθ·Z_B-mgcosθ·l_f-mgsinθ·Z_G+F_N2(l_f+l_r)-R_sh₂＝0

对k₂点取矩(第十方程)：

∑M_k2＝F_N1(l_f+l_r)+R_sh₂+Qcosθ(l_r-m₁)+mgsinθ·Z_G-Qsinθ·Z_B-mgcosθ·l_r-Ph₁＝0

由力学平衡有：

F_N＝F_N1+F_N2＝(mg-Q)cosθ

其中，M_k1表示绕k₁点的转矩，P为喷水推进器推力，Q为浮力，θ为行驶坡度值、m₁为浮心与质心之间的距离，Z_B为浮心与斜坡的垂直距离、Z_G为质心与斜坡的垂直距离，B为 车辆的浮心，G为车辆的质心，F_N2为后轮垂直力，R_s为水阻力，h₁为喷水推进器距离坡岸 的距离，h₂为等效出水阻力距离坡岸的距离，F_N1为前轮垂向力，F_N总垂向力。

其中，可以通过仿真软件可以提前计算出两栖车在不同出水坡度、不同行驶距离下的浮 力、浮心位置变化情况，并得到多个预设数值并事先存储，例如Q、Z_B、Z_G、m₁等。因此通过将两栖车在不同出水坡度、不同行驶距离下的浮力、浮心位置数据存储进行存储，所述水陆两栖车涉水深度检测单元便可以根据情况通过查表的方式得到两栖车在不同出水时刻受 到的浮力，以及浮心位置情况，获取相应的预设数值。

由于车辆在水陆过渡状态时喷水推进器效率较低，因此可假设加速喷水推进器推力等于 水阻力，得到F_N1的计算公式，以及F_N1的计算公式：

其中，θ为行驶坡度值，F_N1为前轮垂向力，F_N2为后轮垂直力。

水陆过渡状态时的垂向载荷F″_zij的计算公式：

当车辆的纵向力为：

其中F′_xij为轮胎纵向力，T_ij为轮毂电机转矩；J_w为车轮转动惯量；

为车轮旋转速度变 化率；R为车轮半径。

可知，所述第二关系式集合包括第十二关系式至第十五关系式，第六方程至第十四方程。

步骤S32＇、建立西栖车四自由度模型，包括水陆两栖车沿行驶方向的纵向运动、垂直于 行驶方向的侧向运动、横摆运动和侧倾运动四个自由度，根据牛顿第二定律，对水陆两栖车 纵向方向上的力平衡或侧向的方向上的力平衡的至少一种进行分析，得到分析结果，其中分 析结果包括纵向运动方程和横向运动方程，建立的原理相同，故不再赘述。

步骤S33＇、根据预设数值和实时数值进行计算。

包括S331＇、获取实时数值，所述实时数值指的是实时测量得到的数值，预设数值指的 是预先设置并保存的数值。

所述实时数值包括横摆角速度γ、车轮转角δ、轮毂电机转矩T_ij、车轮转动惯量J_w、车轮旋转速度变化率

行驶坡度值θ、纵向加速度a_x、侧向加速度a_y和侧倾角速度

所述预设数值包括前轴与质心的距离l_r、后轴与质心的距离l_r、车轮的侧偏刚度值C_{α_ι}、 路面附着系数μ、车轮半径R、水陆两栖车质量m、水陆两栖车的质心高度值h_g、轮距B、质心与斜坡的垂直距离Z_G、浮力与质心之间的距离m₁、浮心与斜坡的垂直距离Z_B。

根据第十四方程计算得到车轮纵向力；

若行驶状态为陆地状态，还包括步骤S3311＇：

根据第八方程、第七方程、实时数值和预设数值计算得到车轮垂向载荷；

根据第六方程、第十二关系式、第十三关系式、第十四关系式、第十五关系式、所述分 析结果、所述计算得到的车轮垂向载荷、所述计算得到的车轮纵向力、实时数值和预设数值， 计算得到纵向速度v_x；

根据第六方程和β＝arctan(v_y/v_x)≈v_y/v_x，得到质心侧偏角β。

若行驶状态为水陆过渡状态，还包括步骤S3312＇：

根据第七方程、第十一方程、第十二方程、第十三方程、实时数值和预设数值计算得到 车轮垂向载荷；

根据第六方程、第十二关系式、第十三关系式、第十四关系式、第十五关系式、所述分 析结果、所述计算得到的车轮垂向载荷、所述计算得到的车轮纵向力、实时数值和预设数值， 计算得到纵向速度v_x；

根据第六方程和β＝arctan(v_y/v_x)≈v_y/v_x，得到质心侧偏角β，至此得到所有第二输出 参数，包括纵向速度v_x和质心侧偏角β。

针对上述分析，定义两栖车在硬质路面行驶时的状态变量x_硬为：

其中，

为侧倾角速度，T为转置符号，表示将括号里的矩阵进行转置。

根据第二输出参数，得到初步输出量y_硬为：

y_硬＝[v_x,β,0]^T

所述步骤S4具体包括：

S41、将根据若干种土壤的特征参数分别计算得到的估算下沉深度h_{e_ij}与测量下陷量h_{m_ij}进行对比，确定与测量下陷量h_{m_ij}最接近的估算下沉深度h_{e_ij}，作为第一估算下沉深度；

S42、获取根据所述第一估算下沉深度所对应的土壤的特征参数计算得到的纵向速度v_x和 质心侧偏角β，分别作为第一纵向速度和第一质心侧偏角；

S43、通过卡尔曼滤波对所述第一估算下沉深度、所述第一纵向速度和所述第一质心侧偏 角进行处理，得到处理结果，即预测的下一时刻的第一估算下沉深度、第一纵向速度、质心 侧偏角，并进行输出。

作为可选地实施方式，S43中还包括通过卡尔曼滤波对侧向速度v_y、横摆角速度γ、侧倾 角速度

进行处理，利用处理结果与实时数值结合，进一步提高估算的精度。

或者包括步骤：S41＇、通过卡尔曼滤波对所述第二输出参数进行处理，将处理结果进行 输出。

具体地：通过卡尔曼滤波对纵向速度v_x和质心侧偏角β进行处理，得到处理结果，即预 测的下一时刻的纵向速度、质心侧偏角，并进行输出。

作为可选地实施方式，S41＇还包括对纵向速度v_y、横摆角速度γ、侧倾角速度

进行处 理，利用处理结果与实时数值结合，进一步提高估算的精度。

其中，卡尔曼滤波具体处理公式包括：

卡尔曼滤波时间更新：

式中：x_k-1和x_k分别表示k-1时刻和k时刻的后验状态估计值，是滤波的结果之一；A为 状态转移矩阵；Q_f为过程激励噪声协方差矩阵；R为测量噪声误差；B是将输入转换为状态 的矩阵；P_k-1和P_k分别表示k-1和k时刻的后验估计协方差矩阵；A^T表示转置状态矩阵；u_k-1表示系统k-1时刻的系统输入。

然后进行卡尔曼滤波更新：

x_k+1＝x_k+K_k+1(z_k+1-Hx_k)

P_k+1＝(I-K_k+1H)P_k

式中：K_k+1表示k+1时刻滤波增益矩阵，是滤波的中间计算结果；H表示状态变量到观 测量的转换矩阵；H^T表示对H矩阵进行转置；R表示测量噪声协方差矩阵，I表示单位矩阵； (z_k+1-Hx_k)表示实际观测与预测观测的残差；x_k+1表示k+1时刻的状态向量；P_k+1分别表示 k-1和k时刻的后验估计协方差矩阵。

上述装置实施例中的内容均适用于本方法实施例中，本方法实施例所具体实现的功能与 上述装置实施例相同，并且达到的有益效果与上述装置实施例所达到的有益效果也相同。

本发明实施例还提供了水陆两栖车的参数输出装置，包括：

至少一处理器；

至少一存储器，用于存储至少一程序；

当所述至少一程序被所述至少一处理器执行，使得所述至少一处理器实现所述水陆两栖车的 参数输出方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与 上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述装置实施例所达到的有益效果也相同。

综上所述，相较于现有技术，本发明具有以下优点：

1)能够根据路面为硬质路面或松软路面，行驶状态为水陆过渡状态或陆地状态，利用 松软路面估算模式或硬质路面估算模式输出参数估算，得到第一输出参数或第二输出参数，再根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出，保证了参数输出的准 确性，因此后续水陆两栖车能够准确地进行自动调整，保证水陆两栖车行驶的动力 性、稳定性和安全性；

2)使用卡尔曼滤波滤波方法进行车辆状态参数估算，并建立合理的收敛性判据来保证 水陆两栖车参数估算的精度和收敛性，减小了系统计算时间与计算负担，并保证了估算的精度与收敛。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序 发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执 行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例 以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现 的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描 述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明并且采用方块图的形式举例说明，但应 当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物 理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中 被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。 更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下， 在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就 能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公 开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求 书及其等同方案的全部范围来决定。

本发明实施例还提供了一种存储介质，存储有处理器可执行的指令，处理器执行所述处 理器可执行的指令时执行所述水陆两栖车的参数输出方法。

同样可见，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，实现的功能和有益 效果与方法实施例相同。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在 一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技 术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产 品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服 务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储 介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM， Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现 逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行 系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、 装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。 就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以 供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电 连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘 只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其 他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必 要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“本实施例”、“示例”、“具体示例”、或 “一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含 于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的 是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或 多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领 域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的 变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.水陆两栖车的参数输出方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取车轮的测量下陷量、测量变形量以及水陆两栖车的行驶状态；

根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行驶的路面，其中所述路面包括硬质路面或松软路面；

根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通过松软路面估算模式得到第一输出参数，或根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估算模式得到第二输出参数；

根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出；

其中，所述行驶状态包括水陆过渡状态或陆地状态，所述第一输出参数包括纵向速度、质心侧偏角和估算下沉深度，所述第二输出参数包括纵向速度和质心侧偏角，所述预设土壤参数库包括若干种土壤的特征参数。

2.根据权利要求1所述水陆两栖车的参数输出方法，其特征在于：所述根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行驶的路面的步骤中，包括以下步骤：

若测量下陷量大于或等于第一预设阈值，测量变形量小于或等于第二预设阈值，所述路面为松软路面；

若测量下陷量小于第一预设阈值，测量变形量大于第二预设阈值，所述路面为硬质路面；其中，预设第一阈值包括第一预设阈值和第二预设阈值。

3.根据权利要求1所述水陆两栖车的参数输出方法，其特征在于：所述根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通过松软路面估算模式得到第一输出参数的步骤中，包括以下步骤：

若所述路面为松软路面，根据所述行驶状态和预设土壤参数库，基于第一车轮模型进行计算得到第一输出参数，其中，第一车轮模型包括Wong-Reece车轮模型，特征参数包括土壤内聚变形模量、土壤摩擦变形模量、第一土壤最大应力角系数、第二土壤最大应力角系数、离去角系数、内摩擦角、土壤内聚和土壤剪切变形模。

4.根据权利要求3所述水陆两栖车的参数输出方法，其特征在于：所述根据所述行驶状态和预设土壤参数库，基于第一车轮模型进行计算得到第一输出参数的步骤中，包括以下步骤：

根据所述行驶状态和预设土壤参数库，基于第一车轮模型对水陆两栖车的状态进行分析，根据分析结果得到第一输出参数；

其中，所述分析结果包括对水陆两栖车纵向方向上的力平衡或侧向的方向上的力平衡的至少一种，以及对车轮接近角、车轮离去角、车轮最大应力角、车轮纵向力、车轮接触土壤单位支承面积最大载荷、车轮接触土壤最大剪切载荷、路面最大剪切位移、车轮滑转率、车轮侧向力、接触土壤侧向剪切应力和路面侧向剪切位移的分析结果。

5.根据权利要求4所述水陆两栖车的参数输出方法，其特征在于：所述根据所述行驶状态和预设土壤参数库，基于第一车轮模型对水陆两栖车的状态进行分析，根据分析结果得到第一输出参数的步骤中，包括以下步骤：

基于第一车轮模型，得到第一关系式集合，其中第一关系式集合包括车轮半径、估算下沉深度和车轮接近角的第一关系式，车轮接近角、所述离去角系数和车轮离去角的第二关系式，所述第一土壤最大应力角系数、所述第二土壤最大应力角系数和车轮最大应力角的第三关系式，车轮半径、车轮有效接地宽度、车轮接近角、车轮离去角、车轮接触土壤单位支承面积最大载荷、车轮接触土壤最大剪切载荷和车轮纵向力的第四关系式，车轮有效接地宽度、所述土壤内聚变形模量、所述土壤摩擦变形模量、估算下沉深度、下沉指数和车轮接触土壤单位支承面积最大载荷的第五关系式，所述土壤内聚、车轮接触土壤单位支承面积最大载荷、所述内摩擦角、所述土壤剪切变形模、路面最大剪切位移和车轮接触土壤最大剪切载荷的第六关系式，车轮半径、车轮接近角、车轮最大应力角、车轮滑转率和路面最大剪切位移的第七关系式，车轮角速度、车轮半径、纵向速度和车轮滑转率的第八关系式，车轮接近角、车轮离去角、车轮半径、车轮有效接地宽度、接触土壤侧向剪切应力和车轮侧向力的第九关系式，所述土壤内聚、车轮接触土壤单位支承面积最大载荷、所述内摩擦角、所述土壤剪切变形模、路面侧向剪切位移和接触土壤侧向剪切应力的第十关系式，车轮半径、车轮滑转率、车轮接近角、车轮最大应力角、车轮侧偏角和路面侧向剪切位移的第十一关系式；

若所述行驶状态为水陆过渡状态：

获取实时数值，其中实时数值包括车轮角速度、轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率、喷水流速、横摆角速度和车轮转角，以及纵向加速度和侧向加速度中的至少一个；

根据预设数值和实时数值进行计算，其中预设数值包括车轮半径、车轮有效接地宽度、下沉指数、车轮侧偏角、水陆两栖车质量、流体密度和体积流量，具体地：

根据轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率和车轮半径，计算得到车轮纵向力；

根据流体密度、体积流量和喷水流速，根据预设第一纵向力平衡方程或预设第一侧向力平衡方程的其中一个，以及根据所述第一关系式集合、预设数值、所述计算得到的所述车轮纵向力和所述预设土壤参数库，计算得到纵向速度和估算下沉深度；

根据纵向加速度或侧向加速度，以及根据纵向速度和横摆角速度，得到质心侧偏角；

其中预设第一纵向力平衡方程基于水陆两栖车质量和纵向加速度，以及在纵向方向上位于后方的两个车轮的车轮纵向力、在纵向方向上位于前方的两个车轮的车轮侧向力和车轮纵向力以及车轮转角、流体密度、体积流量、喷水流速和纵向速度所建立；所述预设第一侧向力平衡方程基于水陆两栖车质量和侧向加速度，以及在纵向方向上位于后方的两个车轮的车轮侧向力、在纵向方向上位于前方的两个车轮的车轮侧向力、在纵向方向上位于前方的其中一个车轮的车轮纵向力、在纵向方向上位于后方的其中一个车轮的车轮纵向力、车轮转角、流体密度、体积流量、喷水流速和纵向速度所建立；

或者若所述行驶状态为陆地状态：

获取实时数值，其中实时数值包括车轮角速度、轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率、横摆角速度和车轮转角，以及纵向加速度和侧向加速度中的至少一个；

根据预设数值和实时数值进行计算，其中预设数值包括车轮半径、车轮有效接地宽度、下沉指数、车轮侧偏角和水陆两栖车质量，具体地：

根据轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率和车轮半径，计算得到车轮纵向力；

根据预设第二纵向力平衡方程或预设第二侧向力平衡方程的其中一个，以及根据所述第一关系式集合、预设数值、所述计算得到的车轮纵向力和所述预设土壤参数库，计算得到纵向速度和估算下沉深度；

根据纵向加速度或侧向加速度，以及根据纵向速度和横摆角速度，得到质心侧偏角；

其中预设第二纵向力平衡方程基于水陆两栖车质量和纵向加速度，以及在纵向方向上位于后方的两个车轮的车轮纵向力、在纵向方向上位于前方的两个车轮的车轮侧向力和车轮纵向力以及车轮转角所建立；所述预设第二侧向力平衡方程基于水陆两栖车质量和侧向加速度，以及在纵向方向上位于后方的两个车轮的车轮侧向力、在纵向方向上位于前方的两个车轮的车轮侧向力、在纵向方向上位于前方的其中一个车轮的车轮纵向力、在纵向方向上位于后方的其中一个车轮的车轮纵向力和车轮转角所建立。

6.根据权利要求1所述水陆两栖车的参数输出方法，其特征在于：所述根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估算模式得到第二输出参数的步骤中，包括以下步骤：

若所述路面为硬质路面，基于第二车轮模型，得到第二关系式集合，所述第二关系式集合包括前轴与质心的距离、横摆角速度、纵向速度、侧向速度、车轮转角和前轮侧偏角的第十二关系式，后轴与质心的距离、横摆角速度、纵向速度、侧向速度和后轮侧偏角的第十三关系式，车轮侧偏角、路面附着系数、垂向载荷与车轮侧向力的第十四关系式，车轮的侧偏刚度值、车轮侧偏角、路面附着系数、垂向载荷与车轮侧向力的第十五关系式，其中车轮侧偏角包括前车轮侧偏角或后车轮侧偏角，第二车轮模型包括Brush轮胎模型；

若行驶状态为陆地状态：

获取实时数值，其中实时数值包括横摆角速度、车轮转角、轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率、行驶坡度值、纵向加速度和侧向加速度；

根据预设数值和实时数值进行计算，其中预设数值包括前轴与质心的距离、后轴与质心的距离、车轮的侧偏刚度值、路面附着系数、车轮半径、水陆两栖车质量、水陆两栖车的质心高度值和轮距，具体地：

根据水陆两栖车质量、前轴与质心的距离、后轴与质心的距离、行驶坡度值、纵向加速度、侧向加速度、水陆两栖车的质心高度值和轮距，计算得到车轮垂向载荷；

根据轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率和车轮半径，计算得到车轮纵向力；

对水陆两栖车纵向方向上的力平衡或侧向的方向上的力平衡的至少一种进行分析；

根据分析结果、所述第二关系式集合、所述计算得到的车轮垂向载荷和所述计算得到的车轮纵向力，计算得到纵向速度和质心侧偏角；

或者若行驶状态为水陆过渡状态：

获取实时数值，其中实时数值包括横摆角速度、车轮转角、轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率和行驶坡度值，以及纵向加速度和侧向加速度中的至少一个；

根据预设数值和实时数值进行计算，其中预设数值包括前轴与质心的距离、后轴与质心的距离、车轮的侧偏刚度值、路面附着系数、车轮半径、质心与斜坡的垂直距离、浮力、浮心与质心之间的距离和浮心与斜坡的垂直距离，具体地：

根据水陆两栖车质量、前轴与质心的距离、后轴与质心的距离、行驶坡度值、质心与斜坡的垂直距离、浮力、浮心与质心之间的距离和浮心与斜坡的垂直距离，计算得到车轮垂向载荷；

根据轮毂电机转矩、车轮转动惯量、车轮旋转速度变化率和车轮半径，计算得到车轮纵向力；

对水陆两栖车纵向方向上的力平衡或侧向的方向上的力平衡的至少一种进行分析；

根据分析结果、所述第二关系式集合、所述计算得到的车轮垂向载荷和所述计算得到的车轮纵向力，计算得到纵向速度和质心侧偏角。

7.根据权利要求1所述水陆两栖车的参数输出方法，其特征在于：所述根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出的步骤中，包括以下步骤：

通过卡尔曼滤波对所述第二输出参数进行处理，将处理结果进行输出；

或者将根据若干种土壤的特征参数分别计算得到的估算下沉深度与测量下陷量进行对比，确定与测量下陷量最接近的估算下沉深度，作为第一估算下沉深度；

获取根据所述第一估算下沉深度所对应的土壤的特征参数计算得到的纵向速度和质心侧偏角，分别作为第一纵向速度和第一质心侧偏角；

通过卡尔曼滤波对所述第一估算下沉深度、所述第一纵向速度和所述第一质心侧偏角进行处理，将处理结果进行输出。

8.水陆两栖车的参数输出装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取车轮的测量下陷量、测量变形量以及水陆两栖车的行驶状态；

路面判断模块，用于根据测量下陷量、测量变形量和预设第一阈值，获取车轮行驶的路面，其中所述路面包括硬质路面或松软路面；

参数估计和输出模块，用于根据所述行驶状态、所述路面和预设土壤参数库，通过松软路面估算模式得到第一输出参数，或根据所述行驶状态和所述路面，通过硬质路面估算模式得到第二输出参数，根据第一输出参数或第二输出参数进行参数输出；

其中，所述行驶状态包括水陆过渡状态和陆地状态，所述第一输出参数包括纵向速度、质心侧偏角和估算下沉深度，所述第二输出参数包括纵向速度和质心侧偏角，所述预设土壤参数库包括若干种土壤的特征参数。

9.水陆两栖车的参数输出装置，其特征在于，包括：

至少一处理器；

至少一存储器，用于存储至少一程序；

当所述至少一程序被所述至少一处理器执行，使得所述至少一处理器实现如权利要求1-7任一项所述水陆两栖车的参数输出方法。

10.存储介质，存储有处理器可执行的指令，其特征在于：处理器执行所述处理器可执行的指令时执行如权利要求1-7任一项所述水陆两栖车的参数输出方法。

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