CN113341932A - 陆空两栖车辆域控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种陆空两栖车辆域控制系统及其控制方法，包括动力域、底盘域、飞控域、人机交互域和智能域；每个域都包含独立的信号处理单元、执行装置、以太网通信单元、CAN通信单元；单个域之间通过以太网通信，域控制系统内部通过CAN总线通信。本发明为陆空两栖车辆设计可靠的控制系统，能够保证空中飞行的安全完成以及平稳降落，解决传统控制系统数据和信号的实时性和鲁棒性较差的技术问题，大量减少控制器数目以及线束的量，成本也随之降低。

Description

陆空两栖车辆域控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于陆空两栖车辆技术领域，具体涉及陆空两栖车辆域控制系统及其控制方法。

背景技术

野外环境十分恶劣，极端天气、颠簸的路面、以及高山河流往往成为重型车辆行驶的阻碍。陆空两栖车辆是一种新型智能机动平台，既能保证地面行驶，又能满足短时间的空中飞行。路面和空中的两栖运行模式，让车辆对于行驶环境的适应性大大提升。

陆空两栖车辆的控制系统相对于普通车辆更加复杂，需要其迅速完成输入信号的采集与处理工作，实时控制整车系统的运行，确保在执行飞行任务时的安全。

陆空两栖车辆复杂的应用使得电子控制单元ECU数量的大幅增加。传统的汽车电子电气分布式架构，各ECU通过CAN和LIN总线连接在一起。由于陆空两栖系统的单元更多、系统更加复杂，需要的ECU迅速增加到了几十个甚至上千个，线束也越来越多，传统的汽车分布式架构已经不适合用于陆空车辆，主要原因：

制造复杂；

线束多、成本高；

繁多的新功能和其控制器使得信息处理量和交换量急剧增加，信息的协调和管理也变得越来越复杂，导致数据和信号的实时性和鲁棒性较差。

发明内容

针对上述技术问题，本发明一种陆空两栖车辆域控制系统及其控制方法，为陆空两栖车辆设计可靠的控制系统，能够保证空中飞行的安全完成以及平稳降落，解决传统控制系统数据和信号的实时性和鲁棒性较差的技术问题，大量减少控制器数目以及线束的量，成本也随之降低。

具体的技术方案为：

陆空两栖车辆域控制系统，包括动力域、底盘域、飞控域、人机交互域和智能域；每个域都包含独立的信号处理单元、执行装置、以太网通信单元、CAN通信单元；单个域之间通过以太网通信，域控制系统内部通过CAN总线通信。

所述的动力域，用于根据接收的传感器信号并与其他域控制器进行交互，通过电压转换器给其他域控制器供电；结合发动机、发电机、动力电池的参数与固有属性，进行动力系统热管理、动力系统能量管理、电池均衡管理，生成控制指令，控制动力域的执行装置执行相应的操作。

所述的智能域，用于根据接收的传感器信号并与其他域控制器进行交互，结合车辆自身位置位姿信息和传感器数据，完成障碍物检测和三维环境重建；在自动驾驶模式中，智能域进行路径规划，控制底盘域和飞控域，自动控制陆空两栖车辆的地面行驶、起飞、悬停、巡航和降落。

所述的底盘域，用于根据接收的传感器信号并与其他域控制器进行交互，结合车辆的底盘及车身零件特性固有参数，生成轮毂电机、转向电机的控制指令，控制底盘域的执行装置执行相应的操作.

所述的飞控域，用于根据接收的传感器的信号并与其他域控制器进行交互，结合车辆的旋翼及车身零件特性固有参数，生成旋翼电机和涵道电机的控制指令，控制飞控域的执行装置执行相应的操作。

所述的人机交互域，用于根据接收的传感器信号和开关并与其他域控制器进行交互，将车辆的位置、位姿以及相关状态信息通过仪表系统显示出来。结合车辆的运行工况，生成车辆灯光的控制指令，控制人机交互域的执行装置执行相应的操作。

所述的陆空两栖车辆域控制系统的控制方法，陆空两栖车辆采用垂直升降的方式；

爬升阶段中，人机交互域中的旋翼与涵道驱动模式开关打开后，释放旋翼电机和涵道电机；飞控域控制旋翼电机和涵道电机加速旋转，增加旋翼与涵道提供的总升力；

当总升力达到大于车辆总重力后升力到达起飞的临界值，飞控域继续控制旋翼电机和涵道电机增加转速，抵消寄生阻力和加速阻力，控制车辆爬升；

在车辆爬升至设定高度后，飞控域继续控制旋翼电机和涵道电机逐渐降低转速，使车辆悬停于设定高度的阈值内；此阶段中，应控制每个电机的转速和转矩相同，提供的升力也相同；

巡航阶段中，飞控域控制各个旋翼电机和涵道电机的转速，调整该陆空两栖车辆的车头方向；确定其前进方向后，控制旋翼电机和涵道电机增加转速，平衡寄生阻力、重力和加速阻力的矢量之和，使车辆获得向前的速度和加速度；

降落阶段前，飞控域控制各个旋翼电机和涵道电机的转速，使该陆空两栖车辆悬停于当前高度，并调整其姿态；

降落过程中，飞控域控制旋翼电机和涵道电机减速旋转，降低旋翼与涵道提供的总升力，使陆空两栖车辆获得向下的加速度和速度；当总升力降低到低于车辆总重力的设定阈值后，飞控域继续控制旋翼电机和涵道电机逐渐保持转速，控制车辆以合适垂直速度降落；降落过程中，；控制每个电机的转速和转矩相同，提供的升力也相同；

降落后，打开轮毂电机驱动开关，切换为地面行驶模式。

本发明提供的陆空两栖车辆域控制系统及其控制方法，增加控制系统的鲁棒性、实时性；降低系统的复杂程度、降低成本，保证可靠性、安全性。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是实施例人机交互域系统结构示意图；

图3是实施例动力域系统结构示意图；

图4是实施例底盘域系统结构示意图；

图5是实施例飞控域系统结构示意图；

图6是实施例智能域系统结构示意图；

图7是实施例飞行控制模块系统结构示意图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的一种陆空两栖车辆域控制系统，用于控制陆空两栖车辆的地面任务和飞行任务。该陆空两栖车辆的动力系统由一个混动包和动力电池系统组成，驱动装置为轮毂电机、转向电机、旋翼电机和涵道电机。底盘电机用于实现该陆空两栖车辆的地面运动，驱动方式为轮毂电机分布式驱动；旋翼电机用于实现该陆空两栖车辆的飞行运动——可以为起飞、悬停、巡航和降落。

该陆空两栖车辆域控制系统包括动力域、底盘域、飞控域、人机交互域和智能域。每个域都包含独立的信号处理单元、执行装置、以太网通信单元、CAN通信单元等。单个域之间通过以太网通信，域控制系统内部通过CAN总线通信。

该动力域用于根据接收的传感器信号并与其他域控制器进行交互，通过电压转换器给其他域控制器供电。结合发动机、发电机、动力电池的参数与固有属性，进行动力系统热管理、动力系统能量管理、电池均衡管理，生成控制指令，控制所述执行装置执行相应的操作。

该智能域用于根据接收的传感器信号并与其他域控制器进行交互，结合车辆自身位置位姿信息和传感器数据，完成障碍物检测和三维环境重建。在自动驾驶模式中，该智能域进行路径规划，控制底盘域和飞控域，自动控制该陆空两栖车辆的地面行驶、起飞、悬停、巡航和降落。

该底盘域用于根据接收的传感器信号并与其他域控制器进行交互，结合车辆的底盘及车身零件特性固有参数，生成轮毂电机、转向电机的控制指令，控制所述执行装置执行相应的操作。

该飞控域用于根据接收的传感器的信号并与其他域控制器进行交互，结合车辆的旋翼及车身零件特性固有参数，生成旋翼电机和涵道电机的控制指令，控制所述执行装置执行相应的操作。

该人机交互域用于根据接收的传感器信号和开关并与其他域控制器进行交互，将车辆的位置、位姿以及相关状态信息通过仪表系统显示出来。结合车辆的运行工况，生成车辆灯光的控制指令，控制所述执行装置执行相应的操作。

陆空两栖车辆域控制系统的控制方法：为保证安全和特殊地形适应性，该陆空两栖车辆采用垂直升降的方式；

爬升阶段中，人机交互域中的旋翼与涵道驱动模式开关打开后，释放旋翼电机和涵道电机。飞控域控制旋翼电机和涵道电机加速旋转，增加旋翼与涵道提供的总升力。当总升力达到大于车辆总重力后升力到达起飞的临界值，飞控域继续控制旋翼电机和涵道电机增加转速，抵消寄生阻力和加速阻力，控制车辆爬升。在车辆爬升至设定高度后，飞控域继续控制旋翼电机和涵道电机逐渐降低转速，使车辆悬停于设定高度的阈值内。此阶段中，应控制每个电机的转速和转矩相同，提供的升力也相同。

巡航阶段中，飞控域控制各个旋翼电机和涵道电机的转速，调整该陆空两栖车辆的车头方向。确定其前进方向后，控制旋翼电机和涵道电机增加转速，平衡寄生阻力、重力和加速阻力的矢量之和，使车辆获得向前的速度和加速度。

降落阶段前，飞控域控制各个旋翼电机和涵道电机的转速，使该陆空两栖车辆悬停于当前高度，并调整其姿态。

降落过程中，飞控域控制旋翼电机和涵道电机减速旋转，降低旋翼与涵道提供的总升力，使该陆空两栖车辆获得向下的加速度和速度。当总升力降低到低于车辆总重力的设定阈值后，飞控域继续控制旋翼电机和涵道电机逐渐保持转速，控制车辆以合适垂直速度降落。降落过程中，应控制每个电机的转速和转矩相同，提供的升力也相同。降落后，打开轮毂电机驱动开关，切换为地面行驶模式。

动力域、底盘域、飞控域、人机交互域和智能域的基础架构和具体控制方法如下：

1、人机交互域：

参照图2所示，本发明实施例提供的人机交互域的控制系统的示意性架构图，该人机交互域的控制系统包含人机交互域控制器IDCU(Interaction Domain Control Unit)，以及分别通过CAN总线硬线连接的仪表系统、多个模式切换开关和灯光装置。

其中，该人机交互域控制器IDCU包含灯光控制模块LCM(Light Control Module)和信号处理模块SPM(Signal Processing Module)。该灯光控制模块LCM用于读取驾驶员灯光调节旋钮的电信号指令控制灯光装置的打开、关闭与亮度调节。在自动模式中，该电控灯光模块通过接收智能信息域中的环境检测信息，分析并判断环境中的亮度、可视度是否达到要求，主动调节灯光强度。该信号处理模块SPM用于将飞控域传输的车辆位姿、位置信息以及智能域传输的外部环境信息中部分数字信号转换为模拟信号，传输给仪表系统。

该人机交互域的仪表系统用于将车辆的位姿信息和位置信息等通过可视的方式直观的传递给驾驶员，该仪表系统由高度表、空速表、垂直速率表、位姿仪、航道仪、地面车速表、行驶里程计、警示器组成。其中，空速表用于显示车辆飞行时的指示空速，单位为节。高度表用于提供飞机高度的信息，高度为海平面上高度，单位为米和英尺。垂直速率表用于显示车辆爬升以及下降的纵向速率，单位为英尺每分钟。位姿仪和航道仪用于显示车辆相对于地平线的姿态并显示出车辆头部的磁方位，帮助驾驶员合理调节车辆的航向与飞行姿态。地面车速表用于在显示车辆在地面行驶时的车速信息，单位为千米每小时。行驶里程表用于显示车辆在地面的总计行驶距离，单位为千米。警示器用于接收动力域和智能信息域发出的警示信号，提示更换电池、补充燃料、障碍避险等警示信息。在地面模式中，空速表、垂直速率表置于初始值0；在飞行模式中，地面车速表置于初始值0。

该人机交互域控制器还包含驾驶模式切换开关，驱动模式切换开关分别用于切换手动/自动驾驶模式和切换后轮驱动/四轮驱动/旋翼与涵道驱动模式。

人机交互域控制系统不限于上述模块、装置、仪表和开关，还可以根据实际需要减少或增加。

2、动力域

参照图3所示，动力域的控制系统示意性架构图，该动力域的控制系统包含动力域控制器PDCU(Powertrain Domain Control Unit)，以及分别通过CAN总线硬线连接的发动机系统、发电机系统、动力电池系统、冷却装置和多个传感器。其中传感器包括节气门开度传感器、发动机转速传感器、发动机转矩传感器、发电机转速传感器、发电机转矩传感器、电流传感器、电压传感器、水温传感器、空气压力传感器。该冷却装置包含水泵、风扇、换热器、节流阀、节温器等。

其中，动力域控制器包含能量管理模块EMM(Energy Management Module)、电池管理模块BMM(Battery Management Module)和热管理模块TMM(Thermal ManagementModule)。

该能量管理模块EMM用于根据发动机转速、发动机转矩、发电机转速、发电机转矩、电池荷电状态SoC、电池不一致性和动力系统温度信息并结合车辆驱动模式将总功率需求合理分配给发动机和动力电池，控制发动机转矩、转速和电池电流的大小。其中，发动机和动力电池的具体控制方法如下：发动机采用速度闭环控制器控制，该速度闭环控制器控制以发动机机期望转速和当前转速的差值作为输入，输出发动机的转矩控制指令，控制发动机实际的输出功率。结合发动机的转速和转矩信息，得到分配给发电机的需求功率和分配给电池的需求功率，从而计算电池电流的控制指令。

该电池管理模块BMM用于处理电流传感器、电压传感器和温度传感器的信号，计算电池荷电状态SoC(State of Charge)，并将动力电池信息发送给能量管理模块。该电池模块单元还用于评估每个电池单体的不一致性，均衡和保护电池单体，延长电池系统使用寿命。

该热管理模块TMM用于接收水温传感器和空气压力传感器的信号，调节冷却水的流量和冷却风扇的转速，将发动机系统、发电机系统、动力电池系统的温度控制在合理的范围。

该发动机系统，包含控制器单元、机体组、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、配气系统、氧传感器等，用于接收能量管理模块发出的发动机转矩和转速控制信号，结合传感器信息，计算合适的喷油量和喷油时间，控制发动机转矩与转速。该发电机系统用于将发动机系统传递的转矩和转速转换为电功率输出。

该动力电池单元用于接收能量管理模块发出的电流控制信号，提供功率需求所需电流，并在地面制动时进行能量回收。

为防止飞行过程中发动机故障，该陆空两栖车辆设计了空中发动机故障应对控制方法：该陆空两栖车辆电系统匹配时考虑故障情况，为动力系统设计了后备电池。在该陆空两栖车辆起飞前，即车辆爬升阶段之前，车辆静止，但发动机工作在最优转矩为动力电池充电。在车辆巡航时，由于需求功率相对于爬升阶段较低，发动机发电机系统将持续供电，以保证电系统由充足电量保证紧急降落。

动力域控制系统不限于上述传感器、模块、装置和动力元件，还可以根据实际需要减少或增加。

3、底盘域

参照图4所示，底盘域的控制系统的示意性架构图，该底盘域控制系统包含底盘域控制器CDCU(Chassis Domain Control Unit)，以及分别通过CAN总线硬线连接的轮毂电机、转向电机、悬架调节装置和多个传感器。其中，传感器包括电机转速传感器、电机转矩传感器、方向盘转角传感器、油门踏板行程传感器、制动踏板行程传感器、IMU、轮速传感器、车身加速度传感器。

其中，该底盘域控制器CDCU包含输入转换模块ITM1(Input Translation Module1)、电机控制模块MCM1(Motor Control Module 1)和悬架控制模块SCM(SuspensionControl Module)。

该输入转换模块ITM1用于将方向盘转角传感器、油门踏板行程传感器、制动踏板行程传感器的电信号结合车辆驱动模式，转换为电功率需求信号，并将该电信号通过以太网发送给动力域控制器PDCU。

该电机控制模块MCM1通过接收并处理输入转换模块发送的信号、电机转速传感器和电机转矩传感器的信号以及总线实际传输的电功率和车辆当前运行模式，通过闭环计算，发出轮毂电机转速控制信号和转向电机的转速控制信号。电机具体控制方法如下：其中，轮毂电机采用速度闭环控制器控制，该速度闭环控制器控制以轮毂电机期望转速和当前转速的差值作为输入，根据该陆空两栖车辆运行模式选择闭环控制参数，输出轮毂电机控制指令，调整轮毂电机的转速，控制该陆空两栖车辆的地面行驶速度。转向电机采用角度闭环控制器控制，该角度闭环控制器控制以转向电机期望转向角和当前转向角的差值作为输入，根据该陆空两栖车辆运行模式选择闭环控制参数，输出转向电机控制指令，调整转向电机的转速，控制该陆空两栖车辆的地面行驶方向。

该悬架控制模块SCM用于接收来自IMU(Inertial Measurement Unit)车辆地面行驶时纵向加速度的信息，实时发出悬架调节装置中的电磁阀线圈的电流大小控制信号以控制悬架阻尼。在车辆降落过程中，该悬架控制模块通过以太网接受飞控域发出的落地信号主动增大悬架阻尼，实现平稳着陆。

该轮毂电机用于执行电机控制模块发出的轮毂电机控制指令控制汽车地面行驶的加速和减速，并在汽车制动时充当发电机用于给电池充电，回收制动能量。该转向电机用于执行电机控制模块发出的转向电机控制指令控制汽车地面行驶的左转和右转。该悬架调节装置，包含可调阻尼的减振器，用于接收悬架控制模块发出的电流控制信号，控制电磁阀线圈电流，调节悬架阻尼大小。

底盘域控制系统不限于上述传感器、装置、电机和模块，还可以根据实际需要减少或增加。

4、飞控域

参照图5所示，飞控域的控制系统示意性架构图，该旋翼域控制系统包含飞控域控制器FDCU(Flight Domain Control Unit)，以及分别通过CAN总线硬线连接的旋翼电机、涵道电机、多个传感器。其中，传感器包括拉杆行程传感器、油门踏板行程传感器、制动踏板行程传感器、方向盘转角传感器、空气压力传感器、温度传感器、雷达高度计、航道罗盘和多个IMU。

其中，飞控域控制器FDCU包含位姿估计模块PEM(Pose Estimating Module)、输入转换模块ITM2(Input Translation Module 2)、电机控制模块MCM2(Motor ControlModule 2)、空速计算模块ACM(Airspeed Computing Module)和高度估计模块HEM(HeightEstimating Module)。

该位姿估计模块PEM用于接收九轴姿态传感器的信号，检测车辆飞行姿态信号以获取车辆飞行姿态数据。其中车辆飞行姿态数据包括车辆空速、地速、纵向速度、侧向速度、垂向速度、纵向加速度、侧向加速度、垂向加速度、偏航角、俯仰角、横滚角、偏航角速度、俯仰角速度、横滚角速度、迎角和仰角。

该输入转换模块ITM2用于将拉杆行程传感器、油门踏板行程传感器、制动踏板行程传感器和方向盘转角传感器的电信号结合车辆驱动模式，转换为电功率需求信号，并将该电信号通过以太网发送给动力域控制器PDCU。

该电机控制模块MCM2通过接收并处理输入转换模块发送的信号、电机转速传感器和电机转矩传感器的信号以及总线实际传输的电功率和当前车辆运行模式，通过闭环计算，发出旋翼电机的转速和转矩控制信号和涵道电机的转速和转矩控制信号。电机具体控制方法如下：其中，轮毂电机和涵道电机均采用速度闭环控制器控制，该速度闭环控制器控制以电机期望转速和当前转速的差值作为输入，根据该陆空两栖车辆运行模式选择闭环控制参数，输出电机控制指令，调整轮毂电机的转速，控制该陆空两栖车辆的空中姿态与空速。

该空速计算模块ACM用于接收来自于全压管和静压管的空气压力传感器的信号计算动压(全压与静压之差)，并根据动压与空速的关系计算空速。在飞行时，该高度估计模块HEM用于接收空气压力传感器和温度传感器信号，通过高度和气压、温度的关系计算得到车辆高度数据。同时，该高度估计模块接收雷达高度计的高度信息，将两者进行信息融合处理，得到更可靠的实时高度。在降落时，该高度估计模块在检测到离地高度到达设定阈值后向底盘域控制器CDCU发送即将落地的信号。

飞控域控制系统不限于上述传感器、电机和模块，还可以根据实际需要减少或增加。

5、智能域

参照图6所示，智能域的控制系统示意性架构图，该智能域控制系统包含智能域控制器SDCU(Smart Domain Control Unit)，以及分别通过CAN总线硬线连接的GPS、激光雷达传感器、毫米波雷达传感器和车辆视觉传感器。

其中，该智能域控制器SDCU包含模式识别模块MRM(Mode Recognition Module)、环境感知模块ESM(Environment Sensing Module)、路径规划模块PPM(Path PlanningModule)、底盘控制模块CCM(Chassis Control Module)和飞行控制模块FCM(FlightControl Module)。

该模式识别模块MRM用于接收底盘域和飞控域发送的车辆姿态数据，判断车辆的运行模式为地面模式、爬升模式、巡航模式、悬停模式(特殊的巡航模式)或者降落模式这五种模式中的一种。其中，数字0、1、2、3、4分别表示该陆空两栖车辆的运动模式状态，0表示地面模式、1表示爬升模式、2表示巡航模式、3表示悬停模式、4表示降落模式。由于该陆空两栖车辆的工况复杂，通过确定该车辆的运动模式可以实时切换这五种运动模式分别对应的闭环控制参数。

该环境感知模块ESM用于处理激光雷达传感器、毫米波雷达传感器、车辆视觉传感器的信号。该环境感知模块通过获取激光雷达传感器采集到的环境信息，对周围障碍物进行点云生成，对原始数据进行滤波处理后得到车辆周边障碍物信息；通过获取毫米波雷达传感器采集到的环境信息，得到远距离障碍物信息，利用毫米波雷达穿透力强的特点在特殊环境依然能够得到可靠信息，和激光雷达的点云信息进行互补；通过获取视觉传感器采集环境高分辨率图像数据，对周围目标进行识别并利用数据融合算法对环境进行三维重建。

该路径规划模块PPM用于根据驾驶员设定的终点目标，在自动驾驶模式中规划车辆行进路径，结合车辆GPS信息和环境感知信息，规划合理路线有效避开障碍，遇到不可避障碍或地形转换驱动模式为旋翼与涵道驱动进入车辆飞行模式。在飞行模式中，结合动力系统能量信息，合理控制飞行时间，规划飞行路线，寻找可靠落地点。

该底盘控制模块CCM包含速度闭环控制器以及转向角闭环控制器，用于根据路径规划、车辆位置数据、车辆环境数据、车辆地面姿态数据以及从状态切换控制模块输出的闭环控制参数，通过闭环控制输出底盘电机控制量，调整轮毂电机和转向电机的转速，以控制车辆的行驶方向和行驶速度。参考图7所示，该速度闭环控制器以该陆空两栖车辆期望地面车速和底盘域采集的车辆实际地面车速的差值作为输入量，并通过模式识别模块的模式判断切换到地面模式速度闭环控制参数。该速度闭环控制器的输出端与轮毂电机相连，输出轮毂电机的期望转速指令。该转向角闭环控制器以该陆空两栖车辆期望转向角和底盘域采集的车辆实际转向角的差值作为输入的控制量，并通过模式识别模块的模式判断切换到地面模式转向角闭环控制参数。该转向角闭环控制器的输出端与转向电机相连，输出转向电机的期望转向角指令。

该飞行控制模块FCM包含角度环闭环控制器以及空速环闭环控制器，用于根据路径规划、车辆位置数据、车辆环境数据、车辆飞行姿态数据以及从状态切换控制模块输出的闭环控制参数，通过闭环控制输出旋翼电机和涵道电机的控制量，调整旋翼电机的转速，以控制车辆的飞行姿态和飞行速度。参考图7所示，旋翼电机与涵道电机的综合控制过程根据该陆空两栖车辆的空中姿态数据和空速进行双闭环调节，即外环采用角度环控制、内环采用速度环控制。首先通过角度环闭环控制器确定车辆的空中姿态，再通过速度闭环控制器确定车辆的空速。其中，该角度环闭环控制器以该陆空两栖车辆期望三轴角度和飞控域采集的车辆实际三轴角度的差值作为输入的控制量，并通过模式识别模块的模式判断选择爬升/巡航/降落模式角度环闭环控制参数。该转向角闭环控制器的输出端与旋翼电机、涵道电机相连，通过空气动力学计算，输出各个电机的期望转速指令。该速度闭环控制器以该陆空两栖车辆期望空速和飞控域采集的车辆实际空速的差值作为输入量，并通过模式识别模块的模式判断选择爬升/巡航/降落模式速度闭环控制参数。该速度闭环控制器的输出端与旋翼电机和涵道电机相连，输出各个电机的转速控制指令。

智能域控制系统不限于上述传感器和模块，还可以根据实际需要减少或增加。

Claims (7)

1.陆空两栖车辆域控制系统，其特征在于，包括动力域、底盘域、飞控域、人机交互域和智能域；每个域都包含独立的信号处理单元、执行装置、以太网通信单元、CAN通信单元；单个域之间通过以太网通信，域控制系统内部通过CAN总线通信。

2.根据权利要求1所述的陆空两栖车辆域控制系统，其特征在于，所述的动力域，用于根据接收的传感器信号并与其他域控制器进行交互，通过电压转换器给其他域控制器供电；结合发动机、发电机、动力电池的参数与固有属性，进行动力系统热管理、动力系统能量管理、电池均衡管理，生成控制指令，控制动力域的执行装置执行相应的操作。

3.根据权利要求1所述的陆空两栖车辆域控制系统，其特征在于，所述的智能域，用于根据接收的传感器信号并与其他域控制器进行交互，结合车辆自身位置位姿信息和传感器数据，完成障碍物检测和三维环境重建；在自动驾驶模式中，智能域进行路径规划，控制底盘域和飞控域，自动控制陆空两栖车辆的地面行驶、起飞、悬停、巡航和降落。

4.根据权利要求1所述的陆空两栖车辆域控制系统，其特征在于，所述的底盘域，用于根据接收的传感器信号并与其他域控制器进行交互，结合车辆的底盘及车身零件特性固有参数，生成轮毂电机、转向电机的控制指令，控制底盘域的执行装置执行相应的操作。

5.根据权利要求1所述的陆空两栖车辆域控制系统，其特征在于，所述的飞控域，用于根据接收的传感器的信号并与其他域控制器进行交互，结合车辆的旋翼及车身零件特性固有参数，生成旋翼电机和涵道电机的控制指令，控制飞控域的执行装置执行相应的操作。

6.根据权利要求1所述的陆空两栖车辆域控制系统，其特征在于，所述的人机交互域，用于根据接收的传感器信号和开关并与其他域控制器进行交互，将车辆的位置、位姿以及相关状态信息通过仪表系统显示出来；结合车辆的运行工况，生成车辆灯光的控制指令，控制人机交互域的执行装置执行相应的操作。

7.根据权利要求1到6任一项所述的陆空两栖车辆域控制系统的控制方法，其特征在于：

陆空两栖车辆采用垂直升降的方式；

爬升阶段中，人机交互域中的旋翼与涵道驱动模式开关打开后，释放旋翼电机和涵道电机；飞控域控制旋翼电机和涵道电机加速旋转，增加旋翼与涵道提供的总升力；

当总升力达到大于车辆总重力后升力到达起飞的临界值，飞控域继续控制旋翼电机和涵道电机增加转速，抵消寄生阻力和加速阻力，控制车辆爬升；

在车辆爬升至设定高度后，飞控域继续控制旋翼电机和涵道电机逐渐降低转速，使车辆悬停于设定高度的阈值内；此阶段中，应控制每个电机的转速和转矩相同，提供的升力也相同；

巡航阶段中，飞控域控制各个旋翼电机和涵道电机的转速，调整该陆空两栖车辆的车头方向；确定其前进方向后，控制旋翼电机和涵道电机增加转速，平衡寄生阻力、重力和加速阻力的矢量之和，使车辆获得向前的速度和加速度；

降落阶段前，飞控域控制各个旋翼电机和涵道电机的转速，使该陆空两栖车辆悬停于当前高度，并调整其姿态；

降落过程中，飞控域控制旋翼电机和涵道电机减速旋转，降低旋翼与涵道提供的总升力，使陆空两栖车辆获得向下的加速度和速度；当总升力降低到低于车辆总重力的设定阈值后，飞控域继续控制旋翼电机和涵道电机逐渐保持转速，控制车辆以合适垂直速度降落；降落过程中，；控制每个电机的转速和转矩相同，提供的升力也相同；

降落后，打开轮毂电机驱动开关，切换为地面行驶模式。

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