基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109292019A(43)申请公布日2019.02.01(21)申请号201811069778.2(22)申请日2018.09.13(71)申请人吉林大学地址130000吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人马芳武聂家弘吴量倪利伟徐广健(74)专利代理机构吉林省长春市新时代专利商标代理有限公司22204代理人石岱(51)Int.Cl.B62D57/028(2006.01)G05D1/08(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图1页(54)发明名称基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法(57)摘要本发明一种基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法，包括：全地形车具有四个车轮，均采用同轴式轮腿结构；计算单元获得由轮轴压力传感器测得的车轮轮轴处的压力值，若车轮未遭遇障碍物，则继续按原速度行驶；若某一轮轴处的压力值大于门限值，则判断该车轮遭遇障碍物，进入姿态调节越障状态，由最优角度控制器控制四个车轮的动作，同轴式轮腿机构运动学模型计算得到车轮的位置，转动车轮处的轮毂电机达到指定位置，最优角度控制器输出控制信号，分别控制四个大臂举升电机和四个车轮。本发明具有广泛的车身姿态调节范围，能越过大于轮胎直径的障碍物，并能完成爬楼梯等特定动作，车身重心变化幅度最小，翻越障碍过程较平稳。CN109292019ACN109292019A权利要求书1/3页1.一种基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法，其特征在于，包括：全地形车具有四个车轮，均采用同轴式轮腿结构，同轴式轮腿结构分别设置有大臂举升电机、轮毂电机和轮轴压力传感器，车身设置有测量车状态参数的陀螺仪，还设置有轮毂电机编码器，计算单元和最优角度控制器；计算单元获得由轮轴压力传感器测得的当前车轮轮轴处的压力值F0和由轮毂电机编码器测得的当前速度R0，并进行判断，当某一轮轴处的压力值F0>门限压力值F，则判断车轮是否遭遇障碍物；若车轮未遭遇障碍物，则继续按原速度R0行驶；若某一轮轴处的压力值F0>门限压力值F，则判断该车轮遭遇障碍物，进入姿态调节越障状态，由最优角度控制器控制四个车轮的动作；在进行最优角度控制器确定控制量时，陀螺仪获取此刻在车辆坐标系下的侧倾角、俯仰角与横摆角，将当前车辆状态传入同轴式轮腿机构运动学模型中，通过同轴式轮腿机构运动学模型计算得到的左前、右前、左后、右后车轮的位置，转动车轮处的轮毂电机达到指定位置；最优角度控制器输出控制信号，分别控制四个大臂举升电机和四个车轮；此时一轮姿态调整结束，得到下一时刻的车辆状态，轮轴压力传感器检测某个车轮此时是否越过障碍，若未越过障碍，则继续进行姿态调整，直至越障成功，越障成功后以原速度继续行驶。2.根据权利要求1所述的基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法，其特征在于，同轴式轮腿机构运动学模型由如下的数学式表示：其中，δR为后轮转角，βR为后轮侧偏角，V为参考点速度，c(s)为曲率；s为车辆当前位置与理想轨迹Г距离最近的点，即为该处沿着曲线切线方向的速度，y为车辆后轮与s点的横向位移偏差，即为横向运动速度，θ为航向角偏差，为横摆角速度，L为车辆轴距，为简化公式，将其中设置两个中间变量，分别为λ1与λ2。3.根据权利要求2所述的基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法，其特征在于，所述的计算单元采用应用矩阵形式计算四个车轮未来时刻的相应位置，计算公式如下：y＝CX+D1U+D2F2CN109292019A权利要求书2/3页其中TX＝[x1,x2,x3,x4]TU＝[u1,u2]TF＝[f1(x1,x3),f2(x2,x4)]Ty＝[y1,y2,y3,y4]式中m1为前轴质量，m2为后轴质量，k为弹簧刚度，c1为系统阻尼，t为时间；X是系统的输入，x1为左前车轮输入，x2为右前车轮输入，x3为左后车轮输入，x4为右后车轮输入；y为系统输出，y1为左前车轮输出，y2为右前车轮输出，y3为左后车轮输出，y4为右后车轮输出；U为系统干扰量，u1为道路干扰，u2为侧风干扰；A为系统矩阵，B1，B2为输入矩阵，C为输出矩阵，D1，D2为直接传递矩阵，F是与不同车轮输入x1，x2，x3，x4相关的干扰矩阵，它们是由系统的结构和参数所定出的矩阵；参数的上标T表示转置。4.根据权利要求3所述的基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法，其特征在于，最优角度控制器输出的控制信号是四个大臂举升电机的工作电压值U，同轴式轮腿机构运动学模型根据所述的工作电压值U输出轮毂电机转速，计算公式如下：3CN109292019A权利要求书3/3页其中U是驱动电压，I是转子电流，R是转子回路电阻，φ是磁通量，k是感应电动势常数，N为轮毂电机