[发明专利]基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及车辆的自动控制领域，尤其是一种基于同轴式轮腿结构的全地形搭载平台的主动车身姿态控制方法。

背景技术

随着我国工业水平、科技水平和人民生活水平的不断提高，多功能智能移动平台，尤其是全地形移动搭载平台，逐渐应用于众多行业之中，如外星探测、森林防护、资源勘探、矿业开采、消防抢险、野外救灾等。由于地形、环境、气候等因素的影响，普通改装车辆越野能力不足、不能全天候工作，而特种改装车辆虽然越野能力极强，但是对环境有严重的污染和破坏，与当下的绿色投送及绿色作业概念不符。而兼顾越野能力、机动能力与低环境足迹的智能轮腿结构全地形搭载平台能很好地解决当前的问题，并使其在诸多领域中发挥重要作用。因此，对轮腿混合结构全地形搭载平台智能协同控制系统的研究是众多相关领域研究的基础与重点。

对于地面车辆智能控制及相关领域来说，现已发展出一系列成熟的技术，而新技术也随着电子控制系统处理速度的加快与可靠性的提高，不断高速发展。在车辆悬架系统性能方面，车辆的舒适性与操纵性一直被认为是相互冲突的两个目标，然而通过控制车身姿态可使这两个设计目标同时得到提升。现有的姿态平衡控制器降低了车身在不平路面条件下的俯仰与侧倾动作，并通过减小车身质心偏移来提高车辆转向时的抓地力。然而在转向时使车身向着弯道内侧倾斜是一种更有效的提高车辆舒适性与操纵性的方法。基于主动侧倾系统的主动倾斜技术已在现代高速轨道列车中得到了应用。对于地面车辆，通过约束悬挂动挠度的积分与微分相来保持车身稳定，很好地描述了主动及半主动悬挂系统在减少车身俯仰和倾斜角度的作用。然而当车辆转向过程中，保持车身水平状态无法明显降低由离心力作用产生的横向加速度以及横向负载转移对安全性、操纵性及舒适性的负面影响。对于主动倾斜姿态控制，相关的研究不多，并且理论不够深入。

综上所述，现有研究不足之处体现为：地面车辆的姿态控制先行研究虽然提到了姿态控制对提高车辆性能上的潜力，然而众多的研究集中于被动地减小车辆的侧倾角，而不是更主动的更积极的去向反方向动作，用车辆自身的质量来抵御外力的影响。即使少量的研究触及主动姿态控制，但是也相对保守。对最佳姿态角度方案解释不够明确，对姿态调节的优点挖掘不够深入。而且对姿态调节过程中产生的额外的角加速度与轮胎动载荷的摄动对舒适性和安全性的不利影响没有具体的解决措施。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是克服现有技术存在的被动车身姿态调节方式难以提高车辆舒适性与操纵性的问题，提供了一种主动姿态控制方法。

本发明采用如下的技术方案：

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，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，车身设置有测量车辆状态参数的陀螺仪，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，某一轮轴处的压力值F0是否大于门限压力值F，则判断车轮是否遭遇障碍物；

若车轮未遭遇障碍物，则继续按原速度行驶；

若某一轮轴处的压力值F0门限压力值F，则判断轮轴处的压力值F0门限压力值F的车轮遭遇障碍物，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；