CN103728152A - 一种无人机轮胎侧偏刚度在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人机轮胎侧偏刚度测量装置，包括：前轮、前轮转向机构、左主轮、后主轮、装置骨架、侧偏刚度传感计算单元、发动机和桨单元、前轮操纵舵机、配重；其用于无人机滑跑过程中的轮胎侧偏刚度实时在线测量，依次通过传感器数据获取、侧偏刚度计算、遥控指令接收、前轮操纵指令发送、数传电台指令接收与状态发送等环节，形成无人机轮胎侧偏刚度测量装置的数据测量、运动控制和状态反馈，模拟实际无人机滑跑过程中运动状态。通过综合各种传感器信息，进行轮胎侧偏刚度的实时在线计算。这种装置有利地支持了无人机在多种路面滑跑过程中侧偏刚度测量能力，对于发展无人机自主起降建模与控制技术具有重要的意义。

Description

一种无人机轮胎侧偏刚度在线测量装置

技术领域

本发明属于信号测量技术领域，特别涉及一种无人机自主起降过程轮胎侧偏刚度测量装置。

背景技术

无人机的发射和回收阶段是整个飞行过程中的关键阶段，对发射、回收阶段有效安全的控制是无人机控制的关键内容之一。目前无人机的发射方式主要包括轨道发射(橡筋绳弹射、气动发射、液压／气动发射和旋转发射)、零长发射(火箭助推发射、手抛发射、车载发射和飞轮发射)及轮式发射；回收方式主要包括轮式滑停回收、拦阻网回收、空中打捞回收和伞降回收。

长航时等大型无人机一般具有较大的重量，飞机本身价格昂贵，在回收阶段需要对机体提供高度的保护。对这类飞机，宜采用轮式发射和回收方式，即轮式起降。轮式起降中的滑跑纠偏控制是轮式起降中的重要方面。飞机结构不可避免地存在不对称性，机场跑道存在凸凹，机场存在各种风扰动，飞机着陆触地时相对于跑道一般都存在偏航角和侧向偏移。所有这些因素将导致飞机在起飞或着陆滑跑中出现相对于跑道的侧向偏差。若不及时对侧偏距进行纠正，飞机可能侧偏出跑道，造成严重事故。可以认为，滑跑纠偏控制是飞机起飞着陆主要控制任务之一，而轮胎建模是纠偏控制前提条件。

目前轮胎侧偏刚度是反应轮胎侧偏角与轮胎侧向力的关系参数，是轮胎建模的关键参数。但侧偏刚度随着轮胎压力、地面附着系数等实际运动参数影响，离线测量的轮胎侧偏刚度往往与实际值差别很大，因此对于无人机自主起降需要一种新的在线的侧偏刚度的测量方式。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种面向无人机自主起降轮胎建模的轮胎侧偏刚度测量装置，给出测量机构及测量计算方法。

(二)技术方案

本发明提供了一种无人机轮胎侧偏刚度测量装置，其包括：前轮、前轮转向机构、左主轮、后主轮、装置骨架、侧偏刚度传感计算单元、发动机和桨单元、前轮操纵舵机、配重；

其中，装置骨架呈丁字形，由纵梁和横梁组成；纵梁的一端通过前轮转向机构与前轮连接，纵梁的另一端与横梁的中部连接；横梁的一端与左主轮连接，另一端与右主轮连接；

发动机和桨单元安装于装置骨架上，用于驱动无人机轮胎侧偏刚度测量装置运动；配重的位置和质量可调节，使得无人机轮胎侧偏刚度测量装置的重心与实际无人机的重心位置一致；侧偏刚度传感计算单元通过不同的传感器测量获得无人机轮胎侧偏刚度测量装置的运动传感数据，并根据所述运动传感数据计算得到轮胎侧偏刚度；侧偏刚度传感计算单元还根据地面遥控指令或根据所述侧偏刚度通过纠偏获得的自动驾驶指令向前轮操纵舵机输出控制指令；操纵前轮操纵舵机，用于根据侧偏刚度传感计算单元的控制指令操纵前轮转向机构使得前轮进行转动。

(三)有益效果

本发明提供的面向无人机自主起降轮胎建模的轮胎侧偏刚度测量装置，依次通过传感器数据获取、侧偏刚度计算、遥控指令接收、前轮操纵指令发送、数传电台指令接收与状态发送等环节，形成无人机轮胎侧偏刚度测量装置的数据测量、运动控制和状态反馈，模拟实际无人机滑跑过程中运动状态。通过综合各种传感器信息，进行轮胎侧偏刚度的实时在线计算。这种装置有利地支持了无人机在多种路面、滑跑过程中侧偏刚度测量能力，进而可以设计新的实时在线的侧向纠偏控制方法，对于发展无人机自主起降控制技术具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明中无人机地面滑跑动力学建模结构示意图；

图2是本发明中无人机轮胎侧偏刚度测量装置的结构示意图；

图3是本发明中前轮转向机构结构图；

图4是本发明中侧偏刚度传感计算单元结构图；

图5是本发明中侧偏刚度传感计算单元的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1示出了本发明中无人机地面滑跑动力学建模结构示意图。如图1所示，所建立的坐标系如下：

地面坐标系(o_gx_gy_gz_g)：原点取地面某一点o_g，o_gx_g处于地平面内并指向跑道中心线方向，o_gy_g也在地平面内且垂直于o_gx_g指向右方，o_gz_g垂直地面指向地心。

机体坐标系ox_fy_fz_f：原点位于无人机质心o处，ox_f轴处于飞机对称平面内并与机身设计轴线平行，oy_f垂直飞机对称平面指向右方，oz_f轴在飞机对称面内且垂直于ox_f轴指向下方。

气流坐标系ox_ay_az_a(有些文献也称气流坐标系为“速度坐标系”)：原点在飞机质心o，ox_a轴与飞行速度方向一致，oz_a轴位于飞机对称面内且垂直于ox_a轴指向机腹，oy_a垂直于x_aoz_a平面指向右方。

稳定坐标系ox_sy_sz_s：原点在飞机质心，ox_s与飞行速度在飞机对称面内的投影方向一致，oz_s在飞机对称面内垂直于ox_s，oy_s轴垂直于x_soz_s平面指向右方。

三轮滑跑时无人机受到的力有：重力，发动机推力，空气动力(包括升力、阻力、侧力)，地面对机轮产生的支撑力、侧偏力以及摩擦阻力，以上各力还会产生围绕重心的三轴转动力矩。

无人机在滑跑过程中，因非直线行驶、路面侧向倾斜或侧风造成的离心力等原因，机轮中心沿轴方向将作用有侧向力，此时，在地面上将产生相应的地面侧向反作用力，也称为侧偏力，侧偏力方向垂直于机轮面，沿机体坐标系oy_f轴为正。定义机轮轨迹线方向与机轮平面之间的夹角为侧偏角，轨迹线位于机轮平面右边时侧偏角为正。侧偏力F与机轮侧偏角β_c的关系是一个非线性超越函数，函数的参数确定十分复杂。但当侧偏角较小，一般小于5°时，可以认为侧偏力与侧偏角近似为线性关系：

F=-K_ββ_c      (1)

其中：β_c为机轮有效侧偏角，为机轮轨迹线方向与机轮平面之间的夹角，轨迹线位于机轮平面右边时侧偏角为正。K_β为机轮的侧偏刚度。

为了求得侧偏力，首先需要求得当前状态下无人机各个机轮(前轮、左主轮、右主轮)的侧偏角。无人机三轮滑跑时地面对无人机的侧偏力和摩擦力如图1所示，其中β_n、β_ml和β_mr分别为前轮、左主轮和右主轮的侧偏角；v_n、v_ml和v_mr分别为前轮、左主轮和右主轮的速度；F_n、F_ml和F_mr分别为地面对前轮、左主轮和右主轮的侧偏力；Q_n、Q_ml和Q_mr分别为地面对前轮、左主轮和右主轮的摩擦力；θ_L为机轮平面与无人机对称平面的夹角，即前轮转向偏转角，机轮平面位于无人机对称平面右方时θ_L为正。

使用机体坐标系，将地速 ${\stackrel{\→}{V}}_g={\left[\begin{array}{ccc}{v}_x& v_y& v_z\end{array}\right]}^T$ 沿机体坐标系三轴分解，得无人机在机体坐标系中的速度 ${\stackrel{\→}{V}}_f=M_{\mathrm{fg}}{\stackrel{\→}{V}}_g={\left[\begin{array}{ccc}{V}_{\mathrm{fx}}& V_{\mathrm{fy}}& V_{\mathrm{fz}}\end{array}\right]}^T,$ 其中，v_x、v_y和v_z分别为无人机地速沿地面坐标系o_gx_g、o_gy_g和o_gz_g轴的分量；V_fx、V_fy和V_fz分别为无人机地速沿机体坐标系ox_f、oy_f和oz_f轴的分量；M_fg为地面坐标系到机体坐标系间的转换矩阵。从图1中可以得出：

左主轮侧偏角：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{ml}}=\arctan \left(\frac{V_{\mathrm{fy}}-r\·A_m}{V_{\mathrm{fx}}+r\·B_t/2}\right)---\left(2\right)$

右主轮侧偏角：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{mr}}=\arctan \left(\frac{V_{\mathrm{fy}}-r\·A_m}{V_{\mathrm{fx}}-r\·B_t/2}\right)---\left(3\right)$

前轮侧偏角：

${\mathrm{\β}}_n=-{\mathrm{\θ}}_L+\arctan \left(\frac{V_{\mathrm{fy}}+r\·A_n}{V_{\mathrm{fx}}}\right)---\left(4\right)$

其中，r为偏航角速率，即机体坐标系下Z轴的角速率，A_m，A_n，B_t分别为重心到前轮的距离、重心到主轮轴线的距离和主轮矩，其中主轮矩B_t是左、右主轮的间距，A_n是重心到左、右主轮连线的距离。因此有：

$\begin{array}{c}{F}_n=-K_{\mathrm{\βn}}{\mathrm{\β}}_n\\ F_{\mathrm{ml}}=-K_{\mathrm{\βml}}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ml}}\\ F_{\mathrm{mr}}=-K_{\mathrm{\βmr}}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{mr}}\end{array}---\left(5\right)$

其中K_βn、K_βml和K_βmr分别为前轮、左主轮和右主轮的侧偏刚度。

设前轮、左主轮和右主轮与地面的摩擦系数分别为μ_n、μ_ml和μ_mr，则它们受到的摩擦力分别为：

$\begin{array}{c}{Q}_n={\mathrm{\μ}}_n{P}_n\\ Q_{\mathrm{ml}}={\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ml}}{P}_{\mathrm{ml}}\\ Q_{\mathrm{mr}}={\mathrm{\μ}}_{\mathrm{mr}}{P}_{\mathrm{mr}}\end{array}---\left(6\right)$

起飞时，μ_n、μ_ml、μ_mr为滚动摩擦系数。着陆时，μ_n、μ_ml、μ_mr为由无人机速度与刹车压力等共同决定的无人机与地面的结合力系数。P_n，P_ml，P_mr为前轮、左主轮和右主轮的地面支反力。因此，以稳定坐标系为参照系，地面作用在机轮上的侧偏力和摩擦阻力的合力为：

$\stackrel{\→}{Q}=\left[\begin{array}{c}{Q}_x\\ Q_y\\ Q_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-F_n\sin {\mathrm{\θ}}_L-Q_n\cos {\mathrm{\θ}}_L-Q_{\mathrm{ml}}-Q_{\mathrm{mr}}\\ F_n\cos {\mathrm{\θ}}_L-Q_n\sin {\mathrm{\θ}}_L+F_{\mathrm{ml}}+F_{\mathrm{mr}}\\ 0\end{array}\right]---\left(7\right)$

其中，Q_x、Q_y、Q_z为侧偏力和摩擦阻力的合力Q的三个分量。

图2是本发明提出的一种无人机轮胎侧偏刚度测量装置的结构示意图。如图2所示，其包括如下几部分：前轮11，前轮转向机构111，左主轮12，后主轮13，装置骨架14，侧偏刚度传感计算单元15(见图4)，发动机和桨单元16，遥控接收机17，前轮操纵舵机18，配重19，数传电台20。前轮转向机构111内置压力传感器113、前轮转向角传感器114(见图3)。侧偏刚度传感计算单元15内置高精度惯性测量单元151、计算单元152(见图4)。左主轮12、后主轮13分别内置滚动轴承121、131。

装置骨架14呈丁字形，由纵梁141和横梁142组成。纵梁141的一端通过前轮转向机构111与前轮11连接，纵梁141的另一端与横梁142的中部连接。横梁142的一端通过滚动轴承121与左主轮12连接，另一端通过滚动轴承131与右主轮13连接。发动机和桨单元16安装与装置骨架14上，位于纵梁141和横梁142的连接处，处在纵梁141的延长线上，并位于横梁142的外侧。遥控接收机17和前轮操纵舵机18位于纵梁141的前部。

无人机轮胎侧偏刚度测量装置1采用装置骨架14、前轮11、前轮转向机构111、左主轮12、后主轮13、发动机和桨单元16，来模拟实际无人机的机身、起落架和发动机布局，各个部件的二维空间位置与实际无人机的位置一致，并且通过调节配重19的位置和质量，使得无人机轮胎侧偏刚度测量装置1的重心与实际无人机的重心位置一致。发动机和桨单元16作为动力单元，驱动无人机轮胎侧偏刚度测量装置1向前运动。遥控接收机17接收地面遥控器的指令，操纵前轮操纵舵机18，进而操纵前轮转向机构111，使得前轮11进行转动，实现无人机轮胎侧偏刚度测量装置1的转向。侧偏刚度传感计算单元15通过接收高精度惯性测量单元151、前轮转向角传感器114、压力传感器113的信号，在计算单元152内完成无人机轮胎侧偏刚度的在线测量。

图3是前轮转向机构111的结构示意图。如图3所示，其包括筒形管112、压力传感器113、前轮转向角传感器114、轮叉115、支耳116、轮叉轴117、滚动轴承118。其中轮叉115、支耳116、轮叉轴117和前轮转向角传感器114的转子部分1142固连，形成前轮转向机构111的转动部分。筒形管112、压力传感器113、前轮转向角传感器114的定子部分1141形成前轮转向机构111的固定部分。滚动轴承118用于连接前轮转向机构111的固定部分和转动部分。

轮叉115与前轮11连接，前轮11可以在轮叉115的轮轴1151上转动，所述轮轴1151位于轮叉115的叉形结构两端之间。轮叉轴117位于轮叉115上部，与滚动轴承118的转子部分连接。支耳116位于轮叉轴117和轮叉115的连接点处，并横向向外延伸。前轮转向角传感器114的转子部分1142位于轮叉轴117的中部，与轮叉轴117固连。

筒形管112的一端与纵梁141的前端连接，一端与压力传感器113连接，筒形管112竖直放置，压力传感器113位于其下部。前轮转向角传感器114的定子部分1141位于压力传感器113的下部，与压力传感器113固连。前轮转向角传感器114的定子部分1141呈中空结构，其内部呈圆柱型空腔，滚动轴承118的定子部分位于圆柱型空腔内部，并且与圆柱型空腔形成紧配合安装。滚动轴承118的定子部分与压力传感器113固联，用于传递前轮地面支反力P_n，滚动轴承118的动子部分与轮叉轴117连接。

支耳116可以与前轮操纵舵机18连接，进行前轮11的转向操纵。

前轮转向角传感器114采用磁阻式转向传感器，既可以检测转向扭矩也可同时检测转向时的转向角。磁阻式转向传感器由磁性敏感元件和信号盘组成。前轮转向角传感器114由定子部分1141和转子部分1142组成。

图4是侧偏刚度传感计算单元的结构示意图。如图4所示，侧偏刚度传感计算单元15包括DSP151，RAM152，FLASH153，电源154，惯性测量单元155，第一RS232口156，第二RS232口157，AD端口158，PWMIN口159，PWM OUT口1510。

侧偏刚度传感计算单元15通过第一RS232口156与前轮转向角传感器114连接，接收前轮转向偏转角θ_L；通过第二RS232口157与数传电台连接，接收地面控制站30的控制指令，并返回测试数据和无人机轮胎侧偏刚度测量装置1的状态信息，测试数据包括机体坐标系下3轴加速度、3轴磁场强度、3轴角速率、3轴欧拉角、3轴速度矢量、前轮、左主轮、右主轮的侧偏刚度；通过AD端口158，与压力传感器113连接，获取前轮地面支反力P_n；通过PWM IN口159与遥控接收机17，接收遥控控制指令信号，并将其转换成相应的操作指令后，通过PWM OUT口1510传送至前轮操纵舵机18，以驱动前轮。

侧偏刚度传感计算单元15通过惯性测量单元155，获取无人机轮胎侧偏刚度测量装置1的3轴加速度、3轴磁场强度、3轴角速率、3轴欧拉角、3轴速度矢量等。

侧偏刚度传感计算单元15通过RAM152进行数据缓冲，通过FLASH153进行计算程序存储。电源154接收外部电源信号(8-36伏)，提供侧偏刚度传感计算单元15需要5伏、3.3伏电压。

图5是无人机轮胎侧偏刚度测量装置中侧偏刚度传感计算单元的工作流程图。如图5所示，该流程依次包括如下步骤：

传感器数据获取步骤21：获取传感器数据；具体为依次读取前轮转向角传感器114、压力传感器113测量得到的前轮转向偏转角θ_L和前轮地面支反力P_n，获取惯性测量单元155测量得到的机体坐标系中的速度值V_fx，V_fy、机体坐标系中的侧向加速度a_y和偏航角速率r。

侧偏刚度计算步骤22：根据所获取的传感器数据进行侧偏刚度计算。

遥控指令接收步骤23：通过PWM IN口接收遥控接收机17的遥控指令。地面操纵员31可以通过遥控器发送遥控指令。

前轮操纵指令发送步骤24：其根据从遥控接收机17接收到的遥控指令或自动驾驶指令控制前轮操纵舵机18进行相应的动作；无人机轮胎侧偏刚度测量装置1具有2种状态(遥控状态和自动驾驶状态)，在遥控状态时侧偏刚度传感计算单元15向前轮操纵舵机18输出遥控接收机17的遥控指令，在自动驾驶状态时输出前轮控制的自动驾驶指令。自动驾驶指令依据滑跑纠偏控制算法得出，即采用侧向偏移进行PID控制的计算方法，得到前轮转向偏转角θ_L。

数传电台指令接收与状态发送步骤25：接收地面控制站的指令，并向地面控制站30发送无人机轮胎侧偏刚度测量装置1的状态和测量计算结果。

无人机轮胎侧偏刚度测量的具体计算如下：

根据牛顿第二定律和公式(7)有如下表达式：

ma_y=Q_y=F_ncosθ_L-Q_nsinθ_L+F_ml+F_mr      (8)

其中：m为无人机轮胎侧偏刚度测量装置1的质量，a_y为机体坐标系中的侧向加速度，其由惯性测量单元151测量得到。

将式(3-6)带入公式8可以得：

ma_y=-K_βnβ_ncosθ_L-μ_nP_nsinθ_L-K_βmlβ_ml-K_βmrβ_mr      (9)

前轮、左主轮、右主轮的侧偏刚度为：

$\left[\begin{array}{ccc}{K}_{\mathrm{\βn}}& K_{\mathrm{\βml}}& K_{\mathrm{\βmr}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_n\cos {\mathrm{\θ}}_L\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{ml}}\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{mr}}\end{array}\right]=-{\mathrm{ma}}_y-{\mathrm{\μ}}_n{P}_n\sin {\mathrm{\θ}}_L---\left(10\right)$

其中：β_n，β_ml，β_mr通过机体坐标系中的速度值V_fx，V_fy经过式(2-4)得到，θ_L，a_y，P_n依次为前轮转向偏转角、机体坐标系中的侧向加速度、前轮地面支反力，在传感器数据获取步骤21中可以得到。

因此无人机轮胎侧偏刚度测量的具体计算方法如下：

通过机体坐标系中的速度值V_fx，V_fy、偏航角速率r和无人机轮胎侧偏刚度测量装置1的3个几何参数A_m，A_n，B_t(依次为重心到前轮的距离、重心到主轮轴线的距离和主轮矩)，计算前轮、左主轮、右主轮的侧偏角度β_n、β_ml和β_mr。

获取前轮转向偏转角θ_L、前轮地面支反力P_n、机体坐标系中的侧向加速度a_y。μ_n在干水泥路上、湿水泥路、干硬土草地、湿草地上取不同值，取0.02、0.03、0.035、0.06。因此这种侧偏刚度测量计算算法可以适应多种测量场地，算法适应性强；不同场地测试时算法修改方便。

根据式(10)，采用递推最小二乘方法计算前轮、左主轮、右主轮的侧偏刚度

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机轮胎侧偏刚度测量装置，其包括：前轮、前轮转向机构、左主轮、后主轮、装置骨架、侧偏刚度传感计算单元、发动机和桨单元、前轮操纵舵机、配重；

其中，装置骨架呈丁字形，由纵梁和横梁组成；纵梁的一端通过前轮转向机构与前轮连接，纵梁的另一端与横梁的中部连接；横梁的一端与左主轮连接，另一端与右主轮连接；

发动机和桨单元安装于装置骨架上，用于驱动无人机轮胎侧偏刚度测量装置运动；配重的位置和质量可调节，使得无人机轮胎侧偏刚度测量装置的重心与实际无人机的重心位置一致；侧偏刚度传感计算单元通过不同的传感器测量获得无人机轮胎侧偏刚度测量装置的运动传感数据，并根据所述运动传感数据计算得到轮胎侧偏刚度；侧偏刚度传感计算单元还根据地面遥控指令或根据所述侧偏刚度通过纠偏获得的自动驾驶指令向前轮操纵舵机输出控制指令；操纵前轮操纵舵机，用于根据侧偏刚度传感计算单元的控制指令操纵前轮转向机构使得前轮进行转动。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述前轮转向机构包括筒形管、压力传感器、前轮转向角传感器、轮叉、支耳、轮叉轴、滚动轴承；其中，筒形管的一端与纵梁的前端连接，另一端与压力传感器连接，筒形管竖直放置，压力传感器位于其下部；前轮转向角传感器位于压力传感器的下部，与压力传感器固连；前轮位于轮叉的叉形结构两端轮轴上，轮叉轴位于轮叉上部，其顶端与滚动轴承的转子部分连接；滚动轴承的定子部分与前轮转向角传感器连接；支耳位于轮叉轴和轮叉的连接点处，并横向向外延伸，其延伸部分与前轮操纵舵机连接。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述前轮转向角传感器由定子部分和转子部分组成；前轮转向角传感器的定子部分呈中空结构，其内部呈圆柱型空腔，滚动轴承的定子部分位于圆柱型空腔内部，并且与圆柱型空腔形成紧配合安装。

4.如权利要求1所述的装置，其还包括遥控接收机和数传电台，其中所述遥控接收机接收地面遥控指令，并将其输出至侧偏刚度传感计算单元；数传电台用于输出侧偏刚度传感计算单元计算得到的轮胎侧偏刚度和／或无人机轮胎侧偏刚度测量装置的状态信息。

5.如权利要求4所述的装置，其中，侧偏刚度传感计算单元包括DSP、RAM、FLASH、电源、惯性测量单元、第一RS232口、第二RS232口157、AD端口、，PWM IN口、PWM OUT口；其中，

侧偏刚度传感计算单元通过第一RS232口与前轮转向角传感器连接，以接收前轮转向偏转角；通过第二RS232口与数传电台，以接收地面控制站的控制指令，并返回测试数据和无人机轮胎侧偏刚度测量装置1的状态信息；通过AD端口，与压力传感器连接，以获取前轮地面支反力；通过PWM IN口与遥控接收机，以接收遥控控制指令信号；通过PWM OUT口与前轮操纵舵机连接，以驱动前轮；惯性测量单元用于获取无人机轮胎侧偏刚度测量装置的3轴加速度、3轴磁场强度、3轴角速率、3轴欧拉角、3轴速度矢量。

6.如权利要求4所述的装置，其中，无人机轮胎侧偏刚度测量装置具有遥控状态和自动驾驶两种状态，遥控状态下所述侧偏刚度传感计算单元从遥控接收机获取遥控指令并将其转化成控制指令输出至前轮操纵舵机；自动驾驶状态下所述侧偏刚度传感计算单元根据计算得到的侧偏刚度得到纠偏控制指令输出至前轮操纵舵机。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述侧偏刚度传感计算单元根据下式，并采用递推最小二乘方法，可以获得轮胎侧偏刚度：

$\left[\begin{array}{ccc}{K}_{\mathrm{\βn}}& K_{\mathrm{\βml}}& K_{\mathrm{\βmr}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_n\cos {\mathrm{\θ}}_L\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{ml}}\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{mr}}\end{array}\right]=-{\mathrm{ma}}_y-{\mathrm{\μ}}_n{P}_n\sin {\mathrm{\θ}}_L$

其中，

为无人机前轮、左主轮、右主轮的侧偏刚度；β_n，β_ml，β_mr为无人机前轮、左主轮、右主轮的侧偏角；θ_L为机轮平面与无人机对称平面的夹角；m为无人机轮胎侧偏刚度测量装置的质量，a_y为机体坐标系中的侧向加速度；P_n为前轮地面支反力；μ_n为前轮与地面的摩擦系数。

8.如权利要求7所述的装置，其中，β_n，β_ml，β_mr如下计算：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{ml}}=\arctan \left(\frac{V_{\mathrm{fy}}-r\·A_m}{V_{\mathrm{fx}}+r\·B_t/2}\right)$

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{mr}}=\arctan \left(\frac{V_{\mathrm{fy}}-r\·A_m}{V_{\mathrm{fx}}+r\·B_t/2}\right)$

${\mathrm{\β}}_n=-{\mathrm{\θ}}_L+\arctan \left(\frac{V_{\mathrm{fy}}+r\·A_n}{V_{\mathrm{fx}}}\right)$

其中，r为偏航角速率A_m，A_n，B_t分别为重心到前轮的距离、重心到左、右主轮轴线的距离和主轮矩；V_fx，V_fy分别为机体坐标系中的速度值。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述地面支反力P_n是由压力传感器测量得到，加速度a_y、偏航角速率r、机体坐标系中的速度值V_fx，V_fy由侧偏刚度传感计算单元中的惯性测量单元测量获得；前轮转向偏转角θ_L由侧偏刚度传感计算单元中的前轮转向角传感器测量获得。

10.如权利要求7-9任一项所述的装置，其中，μ_n在干水泥路上、湿水泥路、干硬土草地、湿草地上取不同值，分别取0.02、0.03、0.035、0.06。

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