CN111272451A - 履带车辆转向滑移率滑转率监测系统及该系统的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了履带车辆转向滑移率滑转率监测系统及该系统的使用方法，监测系统包括数据采集I/O板卡；工控机，与所述数据采集I/O板卡连通，用于数据采集和指令输出；两个编码器，分别与左右履带和所述数据采集I/O板卡连通，用于采集左右履带的转速信息；GPS接收器，与所述工控机连通，用于获取车辆的定位信息和行进速度信息；电源，为监测系统提供电力供应。本发明所述履带车辆转向滑移率滑转率监测系统及该系统的使用方法，实现了对履带车辆转向系统的监测和检测，准确的分析、计算车辆转向时，履带低速侧的滑移率和履带高速测的滑移率，有助于提高了履带车辆行驶轨迹的准确性。

Description

履带车辆转向滑移率滑转率监测系统及该系统的使用方法

技术领域

本发明属于双履带行走装置智能控制技术领域，具体地说，涉及履带车辆转向滑移率滑转率监测系统及该系统的使用方法。

背景技术

履带车辆在松软土壤中行驶时，履带打滑，低速侧产生滑移，高速侧滑转。滑移和滑转导致履带与地面间的实际速度与履带的卷绕速度不同，实际转向半径、实际转向角速度与理论转向角速度、理论转向半径不同。滑移率和滑转率是量化滑移滑转量的指标，但目前尚无滑移率滑转率在线监测方法。

申请号为CN201410134095.6的中国专利公开了一种双履带行走装置自适应转向系统及实现方法，该系统包括GPS接收器、光电编码器组、数据采集卡、工控机、D/A转换单元、驱动电机控制单元和电源，所述的光电编码器组与数据采集卡连接；GPS接收器和数据采集卡的输出端与工控机的输入端连接，工控机的输出端与D/A转换单元的输入端连接；D/A转换单元的输出端与驱动电机控制单元连接；整个系统由电源供电。

虽然上述现有技术针对现有技术中双履带行走装置转向时所发生的滑移和滑转现象，提出了一种双履带行走装置自适应转向系统及实现方法，但并未针对履带的滑移率和滑移率进行量化分析，不能对滑移率和滑移率进行实时监测，控制方法中也不涉及滑移率和滑转率的具体数值，控制方法精度有限。

因此，有必要对现有技术的不足和缺陷进行改进，提供一种履带车辆转向滑移率滑转率监测系统，能够快捷准确、高精度的监测和检测履带设备转向时的低速侧滑移率和高速测滑转率。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的履带车辆转向滑移率滑转率监测系统。

本发明的另一个目的在于提供一种该系统的使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种履带车辆转向滑移率滑转率监测系统，包括

数据采集I/O板卡；

工控机，与所述数据采集I/O板卡连通，用于数据采集和指令输出；

两个编码器，分别与左右履带和所述数据采集I/O板卡连通，用于采集左右履带驱动轮的转速信息；

GPS模块，安装在履带车辆几何形心处，与两侧履带等距，与所述工控机连通，用于获取车辆的定位信息和行进速度信息；

电源，为监测系统提供电力供应。

此外，所述电源为，车载24V电瓶经变压模块；

进一步地，所述数据采集I/O板卡的型号为NI6212多功能数据采集卡板。

本发明所述一种具有上述所述的履带车辆转向滑移率滑转率监测系统的使用方法，包括如下步骤，

S1.通过所述GPS模块识别车辆的位置坐标(x_i,y_i),(i＝1,2,3,…)和行驶速度v_c；

S2.所述工控机通过接收所述GPS模块传递回的数据，并计算履带底盘转向半径R_s，计算方法为，

利用最小二乘法原理，建立圆拟合数学模型，目标函数为

通过将目标函数F(a,b,c)对a、b、c求偏导，令偏导等于零，得到极值点，使圆拟合误差平方之和为最小，获得拟合圆所需参数a、b、c，表达式为

获得转向半径的拟合值，计算式为

S3.所述工控机通过所述工控机计算的履带底盘转向半径R_s，和工控机接收的所述GPS模块传递回的行驶速度数据v_c，并分别计算低速侧履带处的车体相对于地面的牵连速度v_r1和高速侧履带处的车体相对于地面的牵连速度v_r2，计算方法为，

其中B为履带轨距，为履带底盘结构参数，通过测量获取，为常数。

S4.所述两个编码器分别获取履带车辆低速侧履带的转速n₁和高速履带的转速n₂；

S5.所述工控机接收所述两个编码器传递回的数据，并分别计算低速侧履带的卷绕速度u_r1和高速侧履带的卷绕速度u_r2，计算方法为，

其中，Z为驱动轮齿数；l_r为链轨节距，均为履带底盘结构参数，通过测量获取，为常数。

S6.所述工控机通过获取所述工控机计算的车体相对于地面的牵连速度v_r1和高速侧履带处的车体相对于地面的牵连速度v_r2，低速侧履带的卷绕速度u_r1和高速侧履带的卷绕速度u_r2，并分别计算低速侧的滑移率δ₁和高速测的滑转率δ₂，计算方法为，

将S1-S5中的计算公式带入S6，可得低速侧的滑移率δ₁和高速测的滑转率δ₂的表达式为，

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明所述一种履带车辆转向性能监测系统及该系统的使用方法，实现了履带车辆低速侧的滑移率和履带高速测的滑移率的实时监测，可以更加准确的分析、计算履带与土壤间的互作关系，预测履带车辆实际转向轨迹，修正运动学理论模型，有助于提高履带车辆转向控制的准确性。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

在附图中：

图1是本发明履带车辆转向性能检测系统示意图；

图2是本发明履带车辆转向运动数学模式示意图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在一个具体实施方案中，如图1所示，本发明所述一种履带车辆转向滑移率滑转率监测系统，包括工控机、多功能数据采集I/O卡板，编码器、GPS接收机。

其中，两个编码器，分别与左右履带和所述数据采集I/O板卡连通，用于采集左右履带的转速信息；GPS模块安装在履带车辆几何形心处，与两侧履带等距，与所述工控机连通，用于获取车辆的定位信息和行进速度信息。

在一个具体实施方案中，如图1和图2所示，本发明所述一种履带车辆转向滑移率滑转率监测系统的使用方法，包括数据采集I/O板卡；工控机，与所述数据采集I/O板卡连通，用于数据采集和指令输出；两个编码器，分别与左右履带和所述数据采集I/O板卡连通，用于采集左右履带的转速信息；GPS接收器，与所述工控机连通，用于获取车辆的定位信息和行进速度信息；电源，为监测系统提供电力供应。

此外，所述电源为，车载24V电瓶经变压模块；所述数据采集I/O板卡的型号为NI6212多功能数据采集卡板。

本发明所述监测系统的使用方法，还包括如下步骤，

S1.通过所述GPS模块识别车辆的位置坐标(x_i,y_i),(i＝1,2,3,…)和行驶速度v_c；

S2.所述工控机通过接收所述GPS模块传递回的数据，并计算履带底盘转向半径R_s，计算方法为，

利用最小二乘法原理，建立圆拟合数学模型，目标函数为

通过将目标函数F(a,b,c)对a、b、c求偏导，令偏导等于零，得到极值点，使圆拟合误差平方之和为最小，获得拟合圆所需参数a、b、c，表达式为

获得转向半径的拟合值，计算式为

S3.所述工控机通过所述工控机计算的履带底盘转向半径R_s，和工控机接收的所述GPS模块传递回的行驶速度数据v_c，并分别计算低速侧履带处的车体相对于地面的牵连速度v_r1和高速侧履带处的车体相对于地面的牵连速度v_r2，计算方法为，

其中B为履带轨距，为履带底盘结构参数，通过测量获取，为常数。

S4.所述两个编码器分别获取履带车辆低速侧履带的转速n₁和高速履带的转速n₂；

S5.所述工控机接收所述两个编码器传递回的数据，并分别计算低速侧履带的卷绕速度u_r1和高速侧履带的卷绕速度u_r2，计算方法为，

其中，Z为驱动轮齿数；l_r为链轨节距，均为履带底盘结构参数，通过测量获取，为常数。

S6.所述工控机通过获取所述工控机计算的车体相对于地面的牵连速度v_r1和高速侧履带处的车体相对于地面的牵连速度v_r2，低速侧履带的卷绕速度u_r1和高速侧履带的卷绕速度u_r2，并分别计算低速侧的滑移率δ₁和高速测的滑转率δ₂，计算方法为，

将S1-S5中的计算公式带入S6，可得低速侧的滑移率δ₁和高速测的滑转率δ₂的表达式为，

所以需要观测的量包括①两侧履带驱动轮转速n₁、n₂，②实际转向半径R_s和③行驶速度v_c。

①履带驱动轮转速n₁、n₂，履带驱动轮转速通过转速传感器直接测量；

②实际转向半径Rs通过记录车辆的实际转向轨迹进行拟合。如图2所示，设转向过程中记录的定位坐标为(x_i,y_i),(i＝1,2,3,…),由圆方程的通式，可将圆方程看做关于a、b、c的线性方程。利用最小二乘法原理，建立圆拟合数学模型，目标函数：

转向半径拟合值为

③通过GPS模块获取行驶速度

通过①②③可获取检测滑移、滑转率的所有量。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (3)

1.一种履带车辆转向滑移率滑转率监测系统，其特征在于：包括

数据采集I/O板卡；

工控机，与所述数据采集I/O板卡连通，用于数据采集和指令输出；

两个编码器，分别与左右履带和所述数据采集I/O板卡连通，用于采集左右履带的转速信息；

GPS接收器，安装在履带车辆几何形心处，与两侧履带等距，与所述工控机连通，用于获取车辆的定位信息和行进速度信息；

电源，为监测系统提供电力供应。

2.根据权利要求1所述的一种履带车辆转向滑移率滑转率监测系统，其特征在于：

所述电源为，车载24V电瓶经变压模块；

优选地，所述数据采集I/O板卡的型号为NI6212多功能数据采集卡板。

3.一种具有上述权利要求1或2所述的履带车辆转向滑移率滑转率监测系统的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1.通过所述GPS模块识别车辆的位置坐标(x_i,y_i),(i＝1,2,3,…)和行驶速度v_c；

S2.所述工控机通过接收所述GPS模块传递回的数据，并计算履带底盘转向半径R_s，计算方法为，

利用最小二乘法原理，建立圆拟合数学模型，目标函数为

通过将目标函数F(a,b,c)对a、b、c求偏导，令偏导等于零，得到极值点，使圆拟合误差平方之和为最小，获得拟合圆所需参数a、b、c，表达式为

获得转向半径的拟合值，计算式为

S3.所述工控机通过所述工控机计算的履带底盘转向半径R_s，和工控机接收的所述GPS模块传递回的行驶速度数据v_c，并分别计算低速侧履带处的车体相对于地面的牵连速度v_r1和高速侧履带处的车体相对于地面的牵连速度v_r2，计算方法为，

其中B为履带轨距，为履带底盘结构参数，通过测量获取，为常数。

S4.所述两个编码器分别获取履带车辆低速侧履带的转速n₁和高速履带的转速n₂；

S5.所述工控机接收所述两个编码器传递回的数据，并分别计算低速侧履带的卷绕速度u_r1和高速侧履带的卷绕速度u_r2，计算方法为，

其中，Z为驱动轮齿数；l_r为链轨节距，均为履带底盘结构参数，通过测量获取，为常数。

S6.所述工控机通过获取所述工控机计算的车体相对于地面的牵连速度v_r1和高速侧履带处的车体相对于地面的牵连速度v_r2，低速侧履带的卷绕速度u_r1和高速侧履带的卷绕速度u_r2，并分别计算低速侧的滑移率δ₁和高速测的滑转率δ₂，计算方法为，

将S1-S5中的计算公式带入S6，可得低速侧的滑移率δ₁和高速测的滑转率δ₂的表达式为，

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