履带车辆硬地面转向阻力矩算法的研究

提出履带车辆一边履带驱动、另一边履带制动实现转向时地面产生的阻力矩的计算方法。通过建立相对车辆静止的动坐标系,推导出履带板上任意点的运动速度方程。地面对履带板上接触点的摩擦力方向与该点的运动速度方向相反,从而确定出产生转向阻力矩的摩擦力的大小和方向,对转向中心取矩得到转向阻力矩。通过求解运动学方程组,得出转向阻力矩。研究表明,履带与地面问摩擦力沿履带方向的分力提供转向驱动力,垂直履带方向的分力产生转向阻力。该转向阻力矩计算方法比传统计算方法更加精确。     

履带底盘机械原地转向阻力矩研究

履带底盘机械原地转向能力是履带底盘机械重要性能参数。传统算法是将产生转向阻力矩的作用力简化为大小相等或呈线性关系的作用力,使得转向阻力矩计算结果不准确。因此,提出履带起重机转向阻力矩较为准确的计算方法,对于履带机械行走机构选型及提高履带机械的控制和操作性能具有重要意义。     

弹药处理机器人半弹性橡胶履带行驶装置设计

根据危险弹药处理机器人的工作条件,设计一种半弹性橡胶履带行驶装置.根据橡胶履带行驶装置的结构形式,提出履带支重轮载荷分配方案,并推导出在非均匀接地比压下,原地转向时的转向阻力矩计算公式,为履带行驶装置转向性能设计计算提供依据.     

考虑迟滞行为的重型车辆轮胎原地转向阻力矩研究

重型车辆原地转向阻力矩是影响其转向系统设计与控制性能的关键参数之一,精确可靠的阻力矩模型对提升转向驱动系统的设计水平、稳定性与控制能力有重要作用。为建立可精确复现实际转向工况的阻力矩模型,将轮胎转向时胎面单元变形产生的弹性迟滞摩擦力与Maxwell迟滞模型结合,提出考虑轮胎迟滞行为的原地转向阻力矩模型,可对轮胎任意换向下的阻力矩进行有效预测。基于重型车辆单轴转向系统测试台,试验探究转向频率、转向角幅值和垂直载荷对阻力矩的影响规律;基于典型迟滞行为设计系统转向角输入,明确原地转向阻力矩模型对擦除特性、多值特性、同余特性和返回点记忆性的复现能力与其实际迟滞行为。试验结果表明,该模型可以复现擦除特性、同余特性和多值特性的典型迟滞行为,这与标准迟滞系统一致,具有普遍性,但重型车辆转向阻力矩在返回点记忆特性上存在特殊性,即仅在轮胎回转角大于蓄力角度时才表现出良好的返回点记忆特性。综上可为重型车辆原地转向阻力矩研究提供有价值的模型参考。     

基于打滑条件下的履带车辆转向分析

研究履带车辆转向性能时传统履带车辆转向理论不考虑履带接地段的滑转与滑移,计算结果与实际存在一定差别。在分析履带与地面相互作用的基础上,基于滑转滑移条件讨论履带车辆平稳转向的实际过程,导出了履带牵引力、制动力、转向阻力矩、转向半径和转向角速度的表达式,采用迭代法求其数值解,和传统转向理论的相关结果作了定量比较,并进行了实车试验。结果表明,考虑履带接地段打滑后相对转向半径约为不考虑打滑时的转向半径的1．5倍,即约为履带车辆接地长L与履带中心距B之比,转向角速度约为不考虑打滑时的2／3,考虑履带接地段打滑时转向半径与转向角速度同实车试验测定的数据相比误差在3％左右。表明建立的考虑履带打滑时的转向模型更符合履带车辆转向实际。     

连杆转向阻力矩研究与实验

根据地面车辆力学理论和相关静力学理论,结合实际转向的原理,使用积分法推导出单个车轮原地转向的阻力矩公式.对于连杆转向机构进行受力分析,推导出了连杆转向机构的驱动力公式.结合工程应用的实例,使用推导的公式对阻力矩进行计算,并采用现场实物试验的方法验证了该方法的可靠性.     

计及打滑的履带式核电机器人转向性能分析

在基于打滑条件下,履带式机器人两侧履带均匀接地时的转向运动学与动力学研究基础上,推导了在相间分布的外履齿接地时牵引力与转向阻力矩的计算公式,分析了质心偏移的影响,并给出了打滑条件下履带式机器人的转向条件,最后探讨了原地转向时,机器人转向比对滑转率的影响。结果表明:外履齿接地与履带均匀接地时的牵引力和转向阻力矩相同;打滑条件下满足转向条件的转向比范围增大;原地转向时,两侧履带的滑转率随着转向比的增大而增大。     

履带底盘转向解析

综合考虑履带接地长度、轨距、履带宽度以及2条履带的行进速度等诸多影响履带底盘的转向因素,建立了一套履带底盘转向数学模型.该模型无需引入传统的阻力矩系数,立足于履带底盘转向能量消耗引出与转向形式密切相关的阻力矩概念,并且从力矩平衡出发给出了履带底盘转向的必要条件.用此模型编制计算机程序,以SLWY-60型水陆两用挖掘机为例进行分析,输出的转向阻力矩数值与实地检测结果相当吻合.此外,以上述挖掘机为基础设定可调整的履带宽度和转向方式可调整的虚拟履带底盘,分别进行了相关数值计算,并得出指导性结论.     

履带车辆稳态转向性能分析与试验

建立了高速履带车辆稳态转向动力学模型,该模型考虑了履带的滑转、滑移以及转向时离心力的影响,采用仿真计算与试验测试相结合的方法研究了履带车辆的转向性能。采用剪切应力-剪切位移关系模型推导了两侧履带牵引力、制动力及转向阻力矩的计算公式,并通过力学平衡关系构建了履带车辆转向动力学方程。以某型履带车辆为对象,通过试验测试结果与计算结果的对比分析,实现了对履带车辆转向模型的试验验证。     

轮式滑移转向车辆平地转向阻力矩分析

根据地面车辆力学理论、相关静力学理论及轮式滑移车辆的结构特点,对单个车轮原地转向及绕某一点转向的阻力矩进行理论推导。同时根据运动的合成与分解,推导出整车转向时总阻力矩及总驱动力矩的理论公式,并对整车的结构参数与总阻力矩的关系进行定性讨论。     

Steering control algorithm for efficient drive of a mobile robot with steerable omni-directional wheels

Omnidirectional mobile robots are capable of arbitrary motion in an arbitrary direction without changing the direction of wheels because they can perform 3-DOF motions on a plane. This paper presents a novel mobile robot design with steerable omnidirectional wheels. This robot can operate in either omnidirectional or differential drive modes, depending on the drive conditions. In the omnidirectional mode, the robot has 3 DOF in motion and 1 DOF in steering, which can function as a continuously variable transmission (CVT). The CVT function can be used to enhance the efficiency of the robot operation by increasing the range of the velocity ratio of the robot velocity to wheel velocity. The structure and kinematics of this robot are presented in detail. In the proposed steering control algorithm, the steering angle is controlled such that the motors may operate in the region of high velocity and low torque, thus operating with maximum efficiency. Various tests demonstrate that the motion control of the proposed robot works satisfactorily and the proposed steering control algorithm for CVT can provide a higher efficiency than the algorithm using a fixed steering angle. In addition, it is shown that the differential drive mode can give better efficiency than the omnidirectionaldrive mode.     

基于横摆角速度负反馈的电传动履带车辆原地转向控制策略

针对电传动履带车辆的原地转向问题进行了转向控制策略研究。建立了转向动力学模型,进而提出一种基于横摆角速度负反馈的双侧电传动履带车辆原地转向控制策略,将电机最大力矩作为力矩控制初始值以提高转向响应能力,引入横摆角速度负反馈并通过方向盘转角信号控制负反馈增益;对负反馈函数中的参数M与k对控制效果的影响进行了理论分析,为控制系统的设计提供了依据;进行了MATLAB仿真,仿真结果表明控制策略合理有效。     

Estimation of vehicle sideslip angle based on steering torque

Vehicle sideslip angle is one of the important indicators to determine whether vehicles are stable and is also a significant parameter for vehicle stability control. However, it is almost impossible to be measured directly without complex and expensive sensors or devices. Soft measurements are therefore generally adopted to estimate vehicle sideslip angle on the basis of easily observed physical quantities. This paper proposes an estimation method of sideslip angle based on steering torque instead of steering angle, for the fact that steering torque signal has more rapid and direct response compared with that obtained from steering angle. The frequency is analyzed between steering torque-sideslip angle and steering angle-sideslip angle transfer functions, and the extended Kalman filter (EKF) for vehicle sideslip angle based on steering torque is proposed. Both simulation results and vehicle tests prove the validity of our estimating method, indicating that the proposed method based on steering torque exhibits better accuracy and more rapid response in extreme region than the one based on steering angle.     

线控转向车辆转向盘转矩特性研究

车辆线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的部分机械连接,车辆转向阻力矩无法直接反馈给驾驶员。从驾驶员偏好转向盘转矩的角度出发,在分析转向盘转矩影响因素的基础之上,提出一种考虑摩擦力矩、阻尼控制力矩、限位控制力矩以及主动回正力矩的线控转向系统转向盘转矩的模型,并通过试验数据对模型中的参数进行辨识。选取双纽线试验和中心区特性试验等进行仿真分析和硬件在环验证。结果表明,所建立的转向盘转矩模型能够保证低速时的转向轻便和高速时的路感清晰,并且很好地描述了车辆在不同行驶工况下的转向盘转矩特性,充分发挥了线控转向车辆转向盘转矩可以根据驾驶员需求自由设计的优势。     

电动转向控制系统跟踪性能研究

电动转向系统依靠助力电动机实现转向助力,控制系统的跟踪性能是影响电动转向系统助力性能的重要因素,较差的跟踪性能将会产生转向助力滞后现象,使驾驶路感变差。助力转矩偏差直接影响到转向系统的跟踪性能,影响助力转矩偏差的因素有转向盘输入转矩和转向轴转矩测量噪声,抑制转向盘输入转矩和转向轴转矩测量噪声引起的电动机助力转矩偏差是提高电动转向系统跟踪性能的有效手段。将H_∞控制理论应用于电动转向控制系统跟踪性能的研究,建立了电动转向系统数学模型,采用线性矩阵不等式处理方法设计了最优H_∞控制器,应用Matlab软件进行了计算机仿真,并根据最优H_∞控制器编制了电动转向系统控制程序,进行了台架试验。仿真和试验结果表明,所设计的电动转向控制系统具有较好的跟踪性能。     

基于ADAMS转向系统硬点优化

为克服由万向节传动的不等速性导致的转向系统的力矩波动,应合理地布置转向系统的各硬点。传统的转向硬点布置依赖工程师的经验,工作反复且容易出错。基于ADAMS软件,建立参数化仿真模型,然后将优化的变S、边界及优化目标输入软件中即可,操作简单,计算速度快,结果可靠。     

基于人机共享和分层控制的车道偏离辅助系统

针对车道偏离辅助系统转向控制中的人机协同问题,提出一种人机共享的决策与控制方法。考虑驾驶员转矩、道路曲率及纵向车速,设计模糊控制器确定虚拟车道边界宽度,再根据车轮是否超出虚拟边界进行辅助控制决策。在此基础上根据车-路位置关系建立车辆预瞄处偏差的动态模型,设计LPV/H∞控制器跟踪车道中心线决定期望前轮转角。应用滑模观测器估计转向阻力矩,设计考虑驾驶员转矩和转向阻力矩的二阶滑模控制器决定辅助转矩,再由主权分配模块进一步对人机控制主权进行分配,实现辅助系统与驾驶员之间的共享控制。在veDYNA/Simulink联合仿真平台上对提出的控制方法进行仿真试验,仿真结果表明所提出方法在各种车速下均能有效避免车辆偏离车道,减少控制器对驾驶员的干预,人机冲突较小。建立基于veDYNA/LabVIEW的车道偏离辅助控制系统试验台架,对该方法进行硬件在环仿真试验,其结果表明该方法能有效辅助驾驶员通过复杂道路,获得较好地人机协调性能。     

基于ADAMS的叉车转向动力特性分析

研究了主销内倾角对叉车转向的影响．利用ADAMS建立叉车转向系统的虚拟样机,从整车分析,改进并得到叉车由于主销内倾角而产生的回正力矩数学模型,通过仿真得出回正力矩随转向角的变化曲线．以主销内倾角为变量,回正力矩最大为目标函数,对样机进行优化．优化后回正力矩明显增强,液压缸活塞产生的力矩变小,节约了能源．对优化后的模型进行了自回正特性分析,可为叉车转向机构的设计提供参考．