【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆控制,特别涉及一种多轴月球车转向控制方法及系统。
技术介绍
1、随着我国探月工程的不断推进,打造月面移动实验室已经被提上日程。月面移动实验室负载较大,因此采用多轴设计提高承载能力,且具备全轮独立驱动、独立转向的能力。这样一种多轴车辆在月面上行驶时会面临诸多挑战,月面的崎岖松软地形以及低重力环境均对车辆性能提出很高要求,其中一个重要研究方向便是月球车的转向控制。在地形和低重力的影响下,月球地面能为月球车提供的侧向力较低,这就导致车辆在转弯时易发生侧向滑移,因此需要采用先进的转向控制方法来改善月球车的转弯性能,保证月面研究项目的顺利开展。
2、传统的地面车辆一般不涉及转向控制,而是采用能够近似阿克曼转向几何的转向机构实现转向。阿克曼转向几何最早由德国马车工程师于1817年提出,其原理是利用几何结构控制车辆转弯时内外侧车轮转向角度不同。理想的阿克曼转向各轴内外轮转角垂线相交于一点,即转向圆心,这也就意味着内侧车轮转角大于外侧车轮转角。此时的阿克曼转向比率为100%。内外轮转角垂线平行时称为平行转向,此时的阿克曼转向比率为0%。目前传统地面车辆的转向一般介于平行转向和阿克曼转向之间。这种转向方式能够减小车轮侧滑,让车辆更顺畅地转弯。但是理想的阿克曼转向在实际中并不存在,尤其在高速转弯时,轮胎会产生较大的侧偏角,从而导致车身产生显著的侧向滑移,理论的阿克曼转向会与实际的转向效果存在较大偏差。轮胎侧偏导致车辆的不足转向会随着车速的增加而增大,且车身侧滑会降低车辆的操纵稳定性。正是由于阿克曼转向几何没有考虑轮胎的
3、为了实现更好的转向效果,改善月球车在转弯过程中的综合性能,需要对车轮转角进行控制。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本专利技术提供一种多轴月球车转向控制方法及系统,能够较好地应对月面环境以及轮胎侧偏的影响,提高月球车整体操纵性能和行驶安全性。
2、为实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案。
3、在一些实施例中,提供一种多轴月球车转向控制方法,所述多轴月球车包括第一轴、第二轴、第三轴、第四轴,每个轴包括左右两侧车轮,所述多轴月球车转向控制方法包括:
4、根据阿克曼转向几何确定多轴月球车的第一轴转向角与第二轴转向角关系,以及双轨模型与单轨模型的各轴车轮转角关系;所述第一轴转向角与第二轴转向角关系为基于单轨模型;
5、基于零侧滑前馈控制建立多轴月球车的第一轴转向角与第三轴转向角关系的数学模型,所述数学模型包括第三轴转向角与第四轴转向角的关系;所述第一轴转向角与第三轴转向角关系为基于单轨模型;
6、对第四轴转向角与第三轴转向角的比例进行优化,根据预设的车身状态和第一轴转向角,确定第二轴转向角、第三轴转向角、第四轴转向角;所述第一轴转向角、第二轴转向角、第三轴转向角、第四轴转向角为基于单轨模型的各轴转向角;
7、根据所述双轨模型与单轨模型的各轴车轮转角关系,将所述单轨模型的各轴转向角转化为双轨模型的各轴的两侧车轮转角;
8、根据所述各轴的两侧车轮转角控制对应车轮,以实现多轴月球车的转向。
9、在一些实施例中,所述对第四轴转向角与第三轴转向角的比例进行优化,包括:
10、以多轴月球车的质心侧偏角为优化目标,根据第三轴转向角与第四轴转向角的关系对第四轴转向角与第三轴转向角的比例进行优化,以使所述质心侧偏角最小。
11、在一些实施例中,所述第一轴转向角与第二轴转向角关系包括第二轴转向角与第一轴转向角的比例,所述根据阿克曼转向几何确定多轴月球车的第一轴转向角与第二轴转向角关系,包括:
12、确定所述多轴月球车的第一轴转向角与第二轴转向角关系为:
13、
14、第二轴转向角与第一轴转向角的比例为:
15、
16、其中,l1、l2分别为第一轴、第二轴距多轴月球车的质心的轴距,δ1、δ2分别为第一轴、第二轴转向角。
17、在一些实施例中,所述双轨模型与单轨模型的各轴车轮转角关系为:
18、
19、其中,δil为双轨模型的第i轴左轮转角,δir为双轨模型的第i轴右轮转角,δi为单轨模型的第i轴转向角,li为第i轴距多轴月球车的质心的轴距,whalf为半轮距。
20、在一些实施例中,所述零侧滑前馈控制为通过控制第三轴和第四轴的车轮转角来消除多轴月球车的质心侧向滑移。
21、在一些实施例中,所述第一轴转向角与第三轴转向角关系为:
22、
23、其中,k1,3为表示第一轴转向角与第三轴转向角关系的比例系数,m为整车质量,c1、c2、c3、c4分别为第一轴、第二轴、第三轴、第四轴的侧偏刚度,l1、l2、l3、l4分别为第一轴、第二轴、第三轴、第四轴距多轴月球车的质心的轴距,u为车身纵向速度,λ为表示第三轴转向角与第四轴转向角的关系的比例系数,δ4=λδ3。
24、在一些实施例中,所述多轴月球车转向控制方法还包括:
25、根据阿克曼转向几何计算单轨模型的各轴车轮转速,再利用双轨模型与单轨模型的各轴车轮转角关系计算双轨模型的各轴两侧车轮转速,得到车轮转速关系式:
26、v1=v4
27、v2=v3
28、
29、其中vi为单轨模型的各轴车轮转速;vil、vir分别为双轨模型的各轴左、右两侧车轮转速。
30、在一些实施例中,还提供一种多轴月球车转向控制系统,所述多轴月球车包括第一轴、第二轴、第三轴、第四轴,每个轴包括左右两侧车轮,所述多轴月球车转向控制系统包括:
31、第一计算单元,用于根据阿克曼转向几何确定多轴月球车的第一轴转向角与第二轴转向角关系,以及双轨模型与单轨模型的各轴车轮转角关系;所述第一轴转向角与第二轴转向角关系为基于单轨模型;
32、第二计算单元,用于基于零侧滑前馈控制建立多轴月球车的第一轴转向角与第三轴转向角关系的数学模型,所述数学模型包括第三轴转向角与第四轴转向角的关系;所述第一轴转向角与第三轴转向角关系为基于单轨模型;
33、优化单元,用于对第四轴转向角与第三轴转向角的比例进行优化;
34、单轨模型各轴转向角确定单元,用于根据预设的车身状态和第一轴转向角,确定第二轴转向角、第三轴转向角、第四轴转向角;所述第一轴转向角、第二轴转向角、第三轴转向角、第四轴转向角为基于单轨模型的各轴转向角;
35、双轨模型车轮转角确定单元,用于根据所述双轨模型与单轨模型的各轴车轮转角关系,将所述单轨模型的各轴转向角转化为双轨模型的各轴的两侧车轮转角;
36、控制单元,用于根据所述各轴的两侧车轮转角控制对应车轮,以实现多轴月球车的转向。
37、在一些实施例中,还提供一种电子设备,所述电子设备包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述多轴月球车包括第一轴、第二轴、第三轴、第四轴,每个轴包括左右两侧车轮,所述多轴月球车转向控制方法包括:
2.根据权利要求1所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述对第四轴转向角与第三轴转向角的比例进行优化,包括:
3.根据权利要求2所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述第一轴转向角与第二轴转向角关系包括第二轴转向角与第一轴转向角的比例,所述根据阿克曼转向几何确定多轴月球车的第一轴转向角与第二轴转向角关系,包括:
4.根据权利要求3所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述双轨模型与单轨模型的各轴车轮转角关系为:
5.根据权利要求4所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述零侧滑前馈控制为通过控制第三轴和第四轴的车轮转角来消除多轴月球车的质心侧向滑移。
6.根据权利要求5所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述第一轴转向角与第三轴转向角关系为:
7.根据权利要求6所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述多轴月球车转向控制方法还包括
8.一种多轴月球车转向控制系统,其特征在于,所述多轴月球车包括第一轴、第二轴、第三轴、第四轴,每个轴包括左右两侧车轮,所述多轴月球车转向控制系统包括:
9.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括:
10.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述多轴月球车包括第一轴、第二轴、第三轴、第四轴,每个轴包括左右两侧车轮,所述多轴月球车转向控制方法包括:
2.根据权利要求1所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述对第四轴转向角与第三轴转向角的比例进行优化,包括:
3.根据权利要求2所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述第一轴转向角与第二轴转向角关系包括第二轴转向角与第一轴转向角的比例,所述根据阿克曼转向几何确定多轴月球车的第一轴转向角与第二轴转向角关系,包括:
4.根据权利要求3所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所述双轨模型与单轨模型的各轴车轮转角关系为:
5.根据权利要求4所述的多轴月球车转向控制方法,其特征在于,所...
【专利技术属性】
技术研发人员:张云清,刘俊,张凯迪,吴景铼,
申请(专利权)人:华中科技大学,
类型:发明
国别省市:
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