一种轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，包括步骤：获取轻型无人翼帆车风速风向信息、惯量信息以及位置信息；其中，惯量信息包括：朝向信息；根据惯量信息和位置信息，确定轻型无人翼帆车的速度信息；当轻型无人翼帆车逆风行驶时，根据朝向信息和风速风向信息，确定轻型无人翼帆车的攻角；根据攻角，控制翼帆转向装置调整翼帆的朝向；根据速度信息、位置信息以及朝向信息，控制车轮转向装置调整车轮组件的行驶方向。由于在逆风行驶时，先根据朝向信息和风速风向信息，得到攻角，并根据攻角调整翼帆的朝向；然后根据速度信息、位置信息以及朝向信息，调整车轮组件的行驶方向，从而实现在逆风条件下的行驶。从而实现在逆风条件下的行驶。从而实现在逆风条件下的行驶。

【技术实现步骤摘要】
一种轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法


[0001]本专利技术涉及翼帆车
，尤其涉及的是一种轻型无人翼帆车及其自动行驶的控制方法。

技术介绍

[0002]近几十年以来，化石能源危机与环境污染日益严重。其中，空气污染已成为最严重的环境问题之一。而汽车尾气正是许多地区空气污染的主要来源。目前大多数车辆通过燃烧汽油或柴油获得动能，燃烧产物中一氧化碳、氮氧化物以及直径小于2.5微米(PM2.5)的微粒等污染成分占有很大比例。因此，开发一些利用新型能源的车辆替代传统车辆将是防治空气污染的有效手段。
[0003]目前，电能和风能是可用于车辆运输的清洁能源。电能具有存储方便和连续稳定等优点。然而，在火力发电仍占据较大比重的电力系统中，发电过程仍然会造成环境污染。相比之下，风能是一种完全可再生的、无污染且经济的清洁能源。风力是由于地球表面的加热水平不一致而引起的，可由太阳辐射不断地补充。在某些风力稳定的特定场合，例如沙漠公路、海边公路、跨海大桥上等，风力车具有重要的利用价值。
[0004]受到帆船的启发，目前软布帆已逐渐应用到了风力陆帆车上。但布帆易变形不稳定，且具有较大的行驶死区。当帆车的航向位于死区内时，帆车不会受到作用于帆上的前向推进力。这些缺点导致软布帆不利于陆帆车的自动驾驶应用。相比于软帆，翼帆(硬帆)的姿态和形状可控，且具有结构坚固、死区小等优点，更有利于自动行驶。现有技术中翼帆车的设计和其自主控制仍局限于顺风行驶，无法实现在逆风情况下对翼帆车的行驶进行控制。
[0005]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种轻型无人翼帆车及其自动行驶的控制方法，旨在解决现有技术中无法实现在逆风情况下对翼帆车的行驶进行控制的问题。
[0007]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0008]一种轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其中，所述轻型无人翼帆车包括：
[0009]车架；
[0010]车轮组件，设置于所述车架；
[0011]桅杆，与所述车架转动连接；
[0012]翼帆，设置于所述桅杆；
[0013]车轮转向装置，设置于所述车架，所述车轮转向装置与所述车轮组件连接并用于转动所述车轮组件以改变所述车轮组件的行驶方向；
[0014]翼帆转向装置，设置于所述车架，所述翼帆转向装置与所述桅杆连接并用于转动所述桅杆以改变所述翼帆的朝向；
[0015]风速传感器、惯性测量单元以及定位模块，设置于所述车架；
[0016]其中，所述风速传感器用于检测所述轻型无人翼帆车的风速风向信息，所述惯性测量单元用于检测所述轻型无人翼帆车的惯量信息，所述定位模块用于检测所述轻型无人翼帆车的位置信息；
[0017]所述控制方法包括步骤：
[0018]获取所述轻型无人翼帆车风速风向信息、惯量信息以及位置信息；其中，所述惯量信息包括：朝向信息；
[0019]根据所述惯量信息和所述位置信息，确定所述轻型无人翼帆车的速度信息；
[0020]当所述轻型无人翼帆车逆风行驶时，根据所述朝向信息和所述风速风向信息，确定所述轻型无人翼帆车的攻角；
[0021]根据所述攻角，控制所述翼帆转向装置调整所述翼帆的朝向；
[0022]根据所述速度信息、所述位置信息以及所述朝向信息，控制所述车轮转向装置调整所述车轮组件的行驶方向。
[0023]所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其中，所述攻角为：
[0024]α＝f(C
L
，C
D
)
[0025](C
L
，C
D
)＝argmax[F cos(180
°‑
β
‑
γ+θ)][0026][0027][0028]其中，f(
·
)表示攻角与升力系数、阻力系数之间的函数关系，α表示攻角，argmax(
·
)表示取得最大值所对应的变量，cos(
·
)表示余弦函数，β表示翼帆车所受风的合力与阻力之间的夹角，F表示翼帆车所受风的合力，ρ表示空气的密度，V
r
表示风速信息，S表示翼帆的横截面积，C
D
表示升力系数，C
L
表示阻力系数，γ表示航向角。
[0029]所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其中，所述惯量信息还包括：加速度信息；
[0030]所述根据所述惯量信息和所述位置信息，确定所述轻型无人翼帆车的速度信息，包括：
[0031]根据所述加速度信息和所述位置信息，确定所述轻型无人翼帆车的速度信息。
[0032]所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其中，所述行驶方向包括转向行驶；
[0033]所述根据所述速度信息、所述位置信息以及所述朝向信息，控制所述车轮转向装置调整所述车轮组件的行驶方向，包括：
[0034]当所述速度信息大于最小转向速度时，根据所述位置信息和所述朝向信息，调整所述车轮组件实现转向行驶。
[0035]所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其中，所述行驶方向还包括直线行驶；
[0036]所述根据所述速度信息、所述位置信息以及所述朝向信息，控制所述车轮转向装
置调整所述车轮组件的行驶方向，还包括：
[0037]当所述速度信息小于或等于最小转向速度时，根据所述位置信息和所述朝向信息，调整所述车轮组件实现直线行驶。
[0038]所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其中，所述最小转向速度为：
[0039][0040]其中，V
min
表示最小转向速度，m表示翼帆车的质量，s0为开始转向时翼帆车的位置信息，s1为结束转向时翼帆车的位置信息，F
h
表示翼帆所受风的合力在翼帆车朝向上的分力，R表示翼帆车的转向半径，s表示翼帆车的路程。
[0041]所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其中，所述获取所述轻型无人翼帆车的朝向信息、风速风向信息、惯量信息以及位置信息之后，所述轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，还包括：
[0042]当所述轻型无人翼帆车顺风行驶时，根据所述风速风向信息、所述位置信息以及所述朝向信息，控制所述翼帆转向装置调整所述翼帆的朝向；
[0043]根据所述位置信息以及所述朝向信息，控制所述车轮转向装置调整所述车轮组件的行驶方向。
[0044]所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其中，所述车架上设置有前轮轴以及两个后轮轴；所述两个后轮轴关于所述前轮轴所在的直线对称；
[0045]所述车轮组件包括：
[0046]前轮，与所述前轮轴转动连接；
[0047]两个后轮，分别与所述两个后轮轴转动连接；
[0048]所述前轮上设置有转向臂；所述车轮转向装置包括：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其特征在于，所述轻型无人翼帆车包括：车架；车轮组件，设置于所述车架；桅杆，与所述车架转动连接；翼帆，设置于所述桅杆；车轮转向装置，设置于所述车架，所述车轮转向装置与所述车轮组件连接并用于转动所述车轮组件以改变所述车轮组件的行驶方向；翼帆转向装置，设置于所述车架，所述翼帆转向装置与所述桅杆连接并用于转动所述桅杆以改变所述翼帆的朝向；风速传感器、惯性测量单元以及定位模块，设置于所述车架；其中，所述风速传感器用于检测所述轻型无人翼帆车的风速风向信息，所述惯性测量单元用于检测所述轻型无人翼帆车的惯量信息，所述定位模块用于检测所述轻型无人翼帆车的位置信息；所述控制方法包括步骤：获取所述轻型无人翼帆车风速风向信息、惯量信息以及位置信息；其中，所述惯量信息包括：朝向信息；根据所述惯量信息和所述位置信息，确定所述轻型无人翼帆车的速度信息；当所述轻型无人翼帆车逆风行驶时，根据所述朝向信息和所述风速风向信息，确定所述轻型无人翼帆车的攻角；根据所述攻角，控制所述翼帆转向装置调整所述翼帆的朝向；根据所述速度信息、所述位置信息以及所述朝向信息，控制所述车轮转向装置调整所述车轮组件的行驶方向。2.根据权利要求1所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其特征在于，所述朝向信息采用航向角；所述攻角为：α＝f(C
L
，C
D
)(C
L
，C
D
)＝argmax[F cos(180
°‑
β
‑
γ+θ)]γ+θ)]其中，f(
·
)表示攻角与升力系数、阻力系数之间的函数关系，α表示攻角，argmax(
·
)表示取得最大值所对应的变量，cos(
·
)表示余弦函数，β表示翼帆车所受风的合力与阻力之间的夹角，F表示翼帆车所受风的合力，ρ表示空气的密度，V
r
表示风速信息，S表示翼帆的横截面积，C
D
表示升力系数，C
L
表示阻力系数，γ表示航向角。3.根据权利要求1所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其特征在于，所述惯量信息还包括：加速度信息；所述根据所述惯量信息和所述位置信息，确定所述轻型无人翼帆车的速度信息，包括：
根据所述加速度信息和所述位置信息，确定所述轻型无人翼帆车的速度信息。4.根据权利要求1所述的轻型无人翼帆车的自动行驶的控制方法，其特征在于，所述行驶方向包括转向行驶；所述根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连鑫，黄一涵，焦洋，陈昕宇，钱辉环，冀晓强，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：发明
国别省市：