CN114852172B - 一种履带车转向角度的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带车转向角度的计算方法，包括以下步骤：S1建立测试装置：用两轮单车简化模型替换履带式车辆模型；S2基于两轮单车参数，计算两轮单车的转弯角度；S3基于履带式车辆模型，计算得到履带式车辆的转弯半径；S4基于步骤S3中履带式车辆的转弯半径，计算特殊情况下履带式车辆的转弯半径和转弯角度，本发明适用于履带式车辆技术领域，提供一种计算简单，投入成本低，精度高的计算方法。采用等效模型简化替代法，特殊情况假设法计算出履带式车辆的转弯角度θ，确定规划轨迹路线。可以提高履带车辆转向角度检测及计算的鲁棒性，从而矫正车辆的转弯角度θ，校核校验履带式车辆的行进方向规划轨迹路线。

Description

一种履带车转向角度的计算方法

技术领域

本发明属于履带式车辆技术领域，具体是一种履带车转向角度的计算方法。

背景技术

履带式车辆转弯通过两侧驱动轮之间的差速实现的，随着履带式车辆在各个行业领域以及军工方面的应用，其车辆转弯控制计算算法也受到了越来越多的关注。基于阿克曼转向结构的轮式车辆技术较为成熟，在自动驾驶领域，基于该转向模型的控制方法丰富，稳定性高。因此，履带车辆在自动驾驶领域，通常也需要计算其简化为单车模型时的等效前轮转向角度。

为增加履带车辆转向角度检测及计算的鲁棒性，当一侧转速传感器损坏的情况下，基于另一侧转速传感器及车载IMU计算转向角度。用这种方法，还可以判断一侧轮速传感器故障。

现有技术一种确定履带车辆实际转向半径的方法，申请(专利)号CN201410486852.6,申请人：袁艺。然而，该方法计算复杂，硬件投入成本高，精度受测试装置影响，履带式车辆履带受各方面因素停止工作，或检测器件损坏，履带速度角度就无法工作，从而导致履带式车辆鲁棒性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种履带车转向角度的计算方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种履带车转向角度的计算方法，包括以下步骤：

S1建立测试装置：用两轮单车简化模型替换履带式车辆模型；

S2基于两轮单车参数，计算两轮单车的转弯角度；

S3基于履带式车辆模型，计算得到履带式车辆的转弯半径；

S4基于步骤S3中履带式车辆的转弯半径，计算特殊情况下履带式车辆的转弯半径和转弯角度，其中，特殊情况为履带式车辆两边履带或者速度传感器损坏失效。

优选的，所述步骤S2中，两轮单车参数包括转弯半径和单车两轮中心间距。

优选的，所述步骤S2中，计算两轮单车的转弯角度，计算公式为：

其中，R₁为两轮单车转弯半径，L为单车两轮中心间距。

优选的，所述骤S3中，基于履带式车辆模型，计算得到履带式车辆的转弯半径，包括：

根据半径R和角速度ω、线速度V值，运用关系公式V＝Rω，以及梯形中位线公式，梯形中位线等于梯形上底加下底除以二的定理，可以得出以下公式：

其中，R为履带式车辆的转弯半径，ω为角速度，V₁、V₂分别为为左右履带线速度；

根据上述公式(2)求得履带式车辆的转弯半径：

其中，R为履带式车辆的转弯半径，ω为角速度，V₁、V₂分别为为左右履带线速度。

优选的，所述步骤S4中，履带式车辆的其中一边履带工作失效或者速度传感器损坏，当其向故障侧边转弯，其故障侧速度为0，其相反侧速度为：

其中，V₁为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度；

根据其相反侧速度，求得该特殊情况履带式车辆的转弯半径为：

其中，V₁为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度。

优选的，所述步骤S4中，履带式车辆的其中一边履带工作失效或者速度传感器损坏，当其向相反侧转弯，履带式车辆在该特殊情况下的转弯半径为：

其中，V₁为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度。

优选的，所述步骤S4中，履带式车辆的其中一边履带工作失效或者速度传感器损坏，当其向相反侧或故障侧转弯，结合公式(1)中的θ值，以及公式(5)或(6)中的转弯半径R值，该情况下，履带式车辆的转弯角度为：

其中，V₁为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度，θ为履带式车辆的转弯角度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，提供一种计算简单，投入成本低，精度高的计算方法。采用等效模型简化替代法，特殊情况假设法计算出履带式车辆的转弯角度θ，确定规划轨迹路线。可以提高履带车辆转向角度检测及计算的鲁棒性，当一侧转速传感器损坏的情况下，基于另一侧转速传感器及车载IMU计算转向角度θ，可以判断一侧轮速传感器故障。从而矫正车辆的转弯角度θ，校核校验履带式车辆的行进方向规划轨迹路线。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中两轮简化替换履带式车辆转弯示意图；

图3是本发明中两轮简化模型转弯角度示意图；

图4是本发明中履带式车辆转弯示意图；

图5是本发明中履带式车辆右速度传感器失效左右转弯示意图；

图6是本发明中履带式车辆左速度传感器失效左右转弯示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-6，进一步说明本发明一种履带车转向角度的计算方法的具体实施方式。本发明一种履带车转向角度的计算方法不限于以下实施例的描述。

实施例1：

本实施例给出一种履带车转向角度的计算方法的具体实施方式，如图1-6所示，包括以下步骤：

S1建立测试装置：用两轮单车简化模型替换履带式车辆模型；

S2基于两轮单车参数，计算两轮单车的转弯角度；

S3基于履带式车辆模型，计算得到履带式车辆的转弯半径；

S4基于步骤S3中履带式车辆的转弯半径，计算特殊情况下履带式车辆的转弯半径和转弯角度，其中，特殊情况为履带式车辆两边履带或者速度传感器损坏失效。

进一步的，如图2所示，1为车辆前轮，2为车辆后轮，3为履带式车辆左履带，4为履带式车辆右履带，5为车辆壳体。

进一步的，步骤S2中，两轮单车参数包括转弯半径和单车两轮中心间距。

进一步的，如图3所示，1为车辆前轮，2为车辆后轮，L为前后两轮间距，R为转弯半径，θ为两轮车转弯角度。

进一步的，步骤S2中，计算两轮单车的转弯角度，计算公式为：

其中，R₁为两轮单车转弯半径，L为单车两轮中心间距。

进一步的，如图4所示，1为履带式车辆左履带，2为履带式车辆右履带，3为车辆壳体。O为车辆转弯半径圆心，ω为车辆转弯角速度，V₁为车辆左履带行驶速度，V₂为车辆右履带行驶速度(箭头长短代表速度大小)，B为左右两履带中间间距。

进一步的，步骤S3中，基于履带式车辆模型，计算得到履带式车辆的转弯半径，包括：

根据半径R和角速度ω、线速度V值，运用关系公式V＝Rω，以及梯形中位线公式，梯形中位线等于梯形上底加下底除以二的定理，可以得出以下公式：

其中，R为履带式车辆的转弯半径，ω为角速度，V₁、V₂分别为为左右履带线速度；

根据上述公式(2)求得履带式车辆的转弯半径：

其中，R为履带式车辆的转弯半径，ω为角速度，V₁、V₂分别为为左右履带线速度。

进一步的，步骤S4中，履带式车辆的其中一边履带工作失效或者速度传感器损坏，当其向故障侧边转弯，其故障侧速度为0，其相反侧速度为：

其中，V₁为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度；

根据其相反侧速度，求得该特殊情况履带式车辆的转弯半径为：

其中，V₁为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度。

进一步的，如图5和6所示，1为履带式车辆左履带，2为履带式车辆右履带，3为车辆壳体。V₁为车辆左履带行驶速度，V₂为车辆右履带行驶速度，履带符号内部打叉代表该履带安装速度传感器失效。(图中两履带式车辆简化1、2分别代表两种相反转向状态)。

进一步的，步骤S4中，履带式车辆的其中一边履带工作失效或者速度传感器损坏，当其向相反侧转弯，履带式车辆在该特殊情况下的转弯半径为：

其中，V₁为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度。

进一步的，步骤S4中，履带式车辆的其中一边履带工作失效或者速度传感器损坏，当其向相反侧或故障侧转弯，结合公式(1)中的θ值，以及公式(5)或(6)中的转弯半径R值，该情况下，履带式车辆的转弯角度为：

其中，V₁为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度，θ为履带式车辆的转弯角度。

原理：根据计算方法公式可以求得履带式车辆的转弯半斤R、和转弯角度值θ。

第一步：根据简化模型替代法求得履带式车辆转弯半斤R值。

如图2所示，用左边的两轮单车简化模型替换右边履带式车辆模型。根据左边两轮单车简化模型可以简化成图3单车转弯情况示意图，根据图3示意图中提供的参数转弯半径R、和单车两轮中心间距L值，依据反三角函数和直角三角形斜边长度值和角对边长度值可以得出两轮单车的转弯角度θ值：

结合图4履带式车辆转弯情况简化示意图，根据半径R和角速度θ、线速度V值，运用关系公式V＝Rω，以及梯形中位线公式，梯形中位线等于梯形上底加下底除以二的定理，可以得出以下公式：

根据上述公式(2)就可以求得履带式车辆的转弯半径R值：

第二步：假设履带式车辆两边履带或者速度传感器损坏失效特殊情况下，依据第一步履带式车辆正常情况下的R值，求得特殊情况下的转弯半径R值和转弯角度θ值。

如图5所示，假设履带式车辆的右边履带2工作失效或者右边履带2速度传感器损坏，我们以图5中左边履带式车辆向速度传感器损坏方向转弯情况为例，右边履带2的速度传感器检测速度值V₂值为0，根据履带式车辆正常情况下转弯半径R值(公式3)可以求得右边履带2失效特殊情况下左边履带1的速度V₁值：

根据上述情况下左边履带1的V₁值，可以求得该特殊情况履带式车辆的转弯半径R值：

在以图5中右边履带式车辆向速度传感器损坏的相反方向转弯情况为例，右边履带2的速度传感器检测速度值V₂值为0，和上述左边履带式车辆向速度传感器损坏方向转弯情况同理，我们可以求得履带式车辆在该特殊情况下的转弯半径R值：

结合公式(1)两轮简化模型替代法的中的θ值，右边履带2失效或者该履带速度传感器失效，向失效速度传感器同向和反向转弯特殊情况下(5)(6)中的转弯半径R值，B为左右两履带中间间距，可以求得该情况下，履带式车辆的转弯角度θ通用值：

同理也可求得假设履带式车辆的左边履带1工作失效或者左边履带1速度传感器损坏情况下，履带式车辆转弯角度θ通用值：

根据上诉履带1、2分别失效的特殊情况中履带式车辆转弯角度θ值，可以得出履带式车辆在履带失效特殊情况的通用转弯角度θ值：

至此，无论履带式车辆两边的履带或者速度传感器哪个损坏不能工作等情况下，都可以计算出车辆的转弯半径R和转弯角度θ，提高了履带式车辆的鲁棒性，而且可以通过陀螺仪检测到履带式车辆的旋转角速度ω和两边履带上速度传感器检测的线速度V，来评估校核三个值的错误以及误差，从而调整车辆的转弯角度θ和半径R值，更低成本，高精确的规划车辆行进轨迹路线。

综上所述：

本发明采用等效模型简化替代法简化履带式车辆转弯角度θ实际转向情况，较好简化履带式车辆转弯复杂计算，用两轮单车替换左右两端履带差速转弯情况，两轮单车转弯半径R和角度θ值代替履带车辆转弯半径R、角度θ值，通过履带车辆自带陀螺仪和速度传感器来收集转弯角速度ω值和履带线速度V值，运用公式

计算出履带转弯半径R值，假设单边履带以及各边安装速度传感器V因特殊原因损坏或者误差大等特殊情况，通过公式

从而计算出该情况下履带车辆的转弯角度θ值，确定车辆行进方向，规划轨迹路线。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种履带车转向角度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1建立测试装置：用两轮单车简化模型替换履带式车辆模型；

S2基于两轮单车参数，计算两轮单车的转弯角度；

S3基于履带式车辆模型，计算得到履带式车辆的转弯半径；

S4基于步骤S3中履带式车辆的转弯半径，计算特殊情况下履带式车辆的转弯半径和转弯角度，其中，特殊情况为履带式车辆两边履带或者速度传感器损坏失效；

所述步骤S2中，计算两轮单车的转弯角度，计算公式为：

其中，R1为两轮单车转弯半径，L为单车两轮中心间距；

所述步骤S3中，基于履带式车辆模型，计算得到履带式车辆的转弯半径，包括：

根据半径R和角速度ω、线速度V值，运用关系公式V＝Rω，以及梯形中位线公式，梯形中位线等于梯形上底加下底除以二的定理，可以得出以下公式：

根据上述公式(2)求得履带式车辆的转弯半径：

其中，R为履带式车辆的转弯半径，ω为角速度，V1、V2分别为左右履带线速度；

所述步骤S4中，履带式车辆的其中一边履带工作失效或者速度传感器损坏，当其向故障侧边转弯，其故障侧速度为0，其相反侧速度为：

根据其相反侧速度，求得该特殊情况履带式车辆的转弯半径为：

其中，V1为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度；

所述步骤S4中，履带式车辆的其中一边履带工作失效或者速度传感器损坏，当其向相反侧转弯，履带式车辆在该特殊情况下的转弯半径为：

其中，V1为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度；

所述步骤S4中，履带式车辆的其中一边履带工作失效或者速度传感器损坏，当其向相反侧或故障侧转弯，结合公式(1)中的θ值，以及公式(5)或(6)中的转弯半径R值，该情况下，履带式车辆的转弯角度为：

其中，V1为其相反侧速度，R为该特殊情况履带式车辆的转弯半径，B为左右两履带中间间距，ω为角速度，θ为履带式车辆的转弯角度。

2.如权利要求1所述的一种履带车转向角度的计算方法，其特征在于：所述步骤S2中，两轮单车参数包括转弯半径和单车两轮中心间距。

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