Способ прогнозирования положения транспортного средства

 

Союз Советсимк

Соцмвлмстмчесимк

Республмм

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (п)935324 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 05.06.80 (21) 2934691/27-11 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)M. Кл.

В 60 G 23/00

С 01 С 7/04

ГооудоротвекыН комитет

СССР оо долам язооротонк1(и открытия

Опубликовано 1 .06 . 82 . бюллетень Рй 22 (53) УЙК 629. 113. . 012 (088. 8) Дата опубликования описания 15 . 06 . 82 (72) Авторы изобретения

Е. В. Авотин и И. Ф. Кажукало (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к информационным системам, которые определяют параметры движения транспортных средств, и может быть применено для обесйечения безопасности автоматических и поS луавтоматических транспортных средств.

Известен способ прогнозирования положения транспортного средства, основанный на обработке информации, поступающей от датчиков крена, диффе10 рента, лазерного дальномера и хода колес. Преимущество этого способа состоит в том,.что он позволяет производить прогнозирование положения транспортных средств с эластичной

15 подвеской $1).

Однако этот способ может привести к большой погрешности, если производится прогнозирование положения транспорт° ного средства, оборудованного колесно-шагающим движителем в колесно-шагающем режиме.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо2 соб прогнозирования положения транспортного средства с колесно-шагающим движителем, основанный на обработке информации, поступающей от датчиков хода колес, гировертикали и профилометра, вынесенного перед транспортным средством. Преимуществом этого способа является то, что он позволяет производить прогнозирование положения транспортного средства в колесно-шагающем режиме 2 j.

Однако прогнозирование с помощью этого способа происходит с погрешностью, если движение транспортного средства в колесно-шагающем режиме сопровождается буксованием.

Цель изобретения - повышение точности прогнозирования положения транспортного средства в колесно-шагающем режиме движения.

Цель достигается тем, что дополнительно измеряют коэффйциент буксования колес транспортного средства, а отношение величины выноса профило3 метра к длине шага устанавливают кратным разности между единицей и коэффициентом буксования, На фиг. 1 показан принцип работы обеспечения прогнозирования положеS ния транспортного средства; на фиг. 2 транспортное средство в момент времени, когда оно перешло в режим колесно-шагающего движения, на фиг. 3 то же, после того момента, когда в режиме колесного шагания оно сделало один шаг, равный S = L/(1-S)2; на фиг. 4 — то же, после того момента, когда в режиме колесного шагания оно сделало два шага, каждый по L/(1-S)2; >> на фиг. 5 — то же, после того момента времени, когда в режиме колесного шагания оно сделало одйн шаг

93532

I (5 на фиг. 6 — то же, 2 (1-S) после того момента времени, когда в режиме колесного шагания оно сделало

L два шага, каждый по 25

2(1-S)

Транспортное средство (фиг. 1) содержит колеса 1, которые укреплены к корпусу 2 транспортного средства с зо помощью механизмов шагания 3. Кроме того, на транспортном средстве установлены профилометр 4, гировертикаль 5, датчик вертикального хода 6 колес 1 и датчик буксования 7.

Передвижение в колесно-шагающем режиме осуществляется следующим образом.

Сначала из какого-то исходного положения, например из положения, показанного на фиг. 2, все колеса 1 в о определенней последовательности при неподвижном корпусе 2 машины с помощью механ змов шагания 3 перемещают вперед по направлению движения на величину шага. После завершения

45 перемещения последнего колеса производят перемещение корпуса 2 вперед на величину этого шага относительно неподвижных на J рун1е колес 1. Далее цикл передвижения повторяется. Поэто- му, если бы в процессе передвижения .транспортного средства внешние силы (сопротивления движению) отсутствовали, то в конце первого цикла передви жения колс са ока.1ались бы на грунте в положении, указанном на фиг. 3 (flo ложение капе; п;>казано пунктиром), т.е. перс-,е, т tJ1llñ ь бы на величину

4 4 шага S . Однако в реальных условиях передвижения и транспортное средство должно реализовывать некоторую силу тяги P на крюке, которая может идентифицироваться, например, составляющая веса G машины на уклоне d., т.е. Р„о —— Gs u с .Поэтому предвижение транспортного средства осуществляется так, что при реализации силы

P <Р колеса юзят по грунту в сторону, противоположную движению, что приводит к уменьшению шага перемещения колес в каждом цикле передвижения (см. фиг. 3), который с учетом буксования колес равен S (1-S), где S — длина шага без буксования; S — коэффициент буксования.

В соответствии с фиг. 3 S = 0,25.

8 общем случае изменение S в каждом цикле определяется изменением внешних условий передвижения. Передвижение в колесном режиме осуществляется при заторможенных механизмах шагания

3 путем приведения во вращение колес 1.

На фиг. 1 показано транспортное средство с приборами, необходимыми для пояснения, принципа и работы обеспечения прогнозирования положения транспортного средства, Рассмотрим случай, когда движение транспортного средства происходит в колесном режиме и профилометр 4 вынесен от оси переднего колеса 1 на величину, равную длине колесной базы транспортного средства L. Вынос профилометра на такое расстояние перед транспортным средством, когда движение его происходит в колесном режиме, позволяет существенно упростить обработку информации-и повысить точность прогнозирования, Из фиг. 1 видно, что в момент времени, когда колеса транспортного средства контактируют с опорной поверхностью в точках В и С, может быть спрогнозировано положение транспортного средства, когда его переднее колесо из точки В перемещается в точку cl, а заднее - из точки с. в точку 6 . Чтобы спрогнозировать положение транспортного средства, например, по угловому положению в вертикально продольной плоскости необходимо определить угол наклона прямой, проходящей через точки В и с!

Из фиг. 1 видно, что перепад высот неровностей рельефа d между точками где L

93532 и а может быть определен из соотношения о"-= Н,соь ч + Lsin Ч вЂ” h

Н - высота крепления профилометра, измеренная в статическом положении транспортного средства на нулевом уклоне;

Ь и — текущая величина вертикального хода (перемещения) переднего, например, правого колеса 1, измеренная датчиком хода колеса 6;

1;и — текущее расстояние, измеренное правым, профилометром 4, до профиля местности; 30

Ч вЂ” текущий угол наклона транспортного средства в вертикально-продольной плоскости, . измеренный гироверти- 35 калью 5; колесная база.

Из фиг. 1 видно, что прогнозируемый угол наклона транспортного средства Чп в вертикально продольной ю плоскости, например, по правому борту может быть определен из соотношения

Ñ(" ля= а сэ1п =

L (Н + Ь и - hn)cos Ч+ 1э1п Р (2) arcs I

% расстояние между точками 8 и а.

Аналогичным образом может быть получено выражение для прогнозирования угла наклона транспортного средства по левому борту, а также для прогнозирования положения транспортного средства в вертикально-поперечной плоскости. Таким образом, измеряя с

4 б помощью профилометра 4 текущее расстояние h> до рельефа, а с помощью гировертикали 5 и датчиков хода колес б соответственно текущие угол наклона Ч и ход колеса ап транспортного средства, по выражению (2} может производиться прогнозирование положения транспортного средства в темпе его движения.

Поскольку при движении транспортного средства в колесном режиме расстояние между колесами сохраняется постоянным, равным L, то после того, как переднее колесо перемещается на расстояние, например, равное х, на такое же расстояние перемещается и второе колесо. Следовательно, если движение транспортного средства происходит в колесном режиме, то наступает такой момент времени, когда ось переднего колеса располагается над точкой cL, а заднего — над точкой 8 .

Поэтому через некоторый промежуток времени транспортное средство оказывается на угле наклона поверхности, который прогнозируется по соотношению (2).

Если транспортное средство переходит.в колесно-шагающий режим, то также необходимо обеспечить такой режим движения, при котором .через некоторый промежуток времени переднее колесо оказалось бы в точке а, а заднее - в точке Ь . Если это условие не выполняется, то прогнозировать углы наклона поверхности, на которые попадает транспортное средство, невозможно (фиг, 3). Режим движения, при котором через некоторое время передние колеса оказываются 8 точке а а задние - в точке Ь, может быть обеспечен выбором определенной величины шага S при постоянной величине выноса профилометра 1.; выносом на определенное расстояние профилометра L от передней колесной оси при постоянной величине шага S у, выбором определенной величины шага S y и выносом на определенное расстояние

L профилометра.

Для того, чтобы при заданной вели; чине выноса рофилометра определить величину шага или при заданной величине шага определить величину выноса профилометра,.находят уравнение, свябывающее эти параметры с величиной буксования. Пусть транспортное средство движется с буксованием, величина которого равна S. Тогда за один

935324

S (1-S) и где

n=1,2, Sdi(1-S)n (4) шаг, величиной 5, транспортное средство проходит расстояние, равное

SOi(1-S).

Поэтому, чтобы через некоторое время переднее колесо транспортного

5 средства оказалось в точке с, а заднее — в точке 6, надо величину шага

S выбрать так, чтобы значение

S+ (1-S) оказалось кратным величине выноса профилометра L, т.е. о коэффициент буксования транспортного средства >> п - целое положительное число.

Из последнего соотношения следует, что при постоянной заранее заданной величине выноса профилометра величина шага определяется из соотношения

S (3) (1-S)n а при постоянном (заранее выбранном) шаге вынос профилометра может быть найден из выражения

Таким образом, если движение тран- ЗО спортного средства в колесно-шагающем режиме происходит с буксованием, то для того, чтобы переднее колесо оказалось в точке с, а заднее — в точке б, т.е. можно было бы прогно- 35 зировать положение транспортного средства, отношение колесной базы к величине шага должно удовлетворять соотношению с буксованием, которое измеряется с помощью датчика буксования 7. По величине S = 253, а значение n = 2.

Тогда из (3) находим величину шага

1 1 — при движении с

2(1-S) которым обеспечивается попадание транспортного средства в заданное положение.

На фиг. 3 и 4 пунктирной линией показано положение колес транспортного средства в предположении, что движение его происходит без буксоваL ния с шагом S + —, а сплошной

1,5 положение, которое занимает транспортное средство, движущееся с буксованием S = 253, после того, как сделает один или два шага величиной

d 1,5

Из фиг. 3 и 4 видно, что через два шага ось переднего колеса располагается над точкой а, а заднего - над

S Ä т.е, транспортное средство занимает положение, которое прогнозируется по уравнению (2) в момент времени, когда его колесные оси находятся соответственно над точками Ь и с (фиг. 2). Поэтому при таком способе выбора шага появляется возможность производить прогнозирование положения транспортного средства, движение которого в колесно-шагающем режиме происходит с буксованием.

Eсли в колесно-шагающем режиме величина шага выбрана так, что

L — — (1-S)n и

На фиг. 2 показано положение транспортного средства в момент перехода

45 в колесно-ш ающий режим движения, а на фиг.,3-6 — движение в колесношагающем режиме.

Процесс движения, представленный на фиг. 2-6, рассматривается для двух

50 случаев.

Величина выноса профилометра L от передней кол -спой оси задана и при движении остается постоянной. Поэтому попадание тр- нспортного средства в прогнозируемое положение осущест55 вляется з,з <..ч. т внГ>ора шага S

5 4 то про гнозиров ат ь у глы (1-S)n наклона поверхности, на которые попадает транспортное средство, невозможно. В качестве примера на фиг. 5 и 6 показано движение транспортного средства в колесно-шагающем режиме с шаL гом 5 при буксовании S

1,33

= 253. На фиг . g и 6 также, как и на фиг. 3 и 4, показано два положения.

Одно из них пунктирными линиями, которое соответствует положению транспортного средства, движущегося без

L буксования с шагом 5

1,33

Формула изобретения

9353 другое - сплошной линией, соответствующее положению транспортного средства, движущегося с буксованием S = 251

L и шагом S 1 . Откуда видно, что

1 углы наклона, которые прогнозируются по соотношению (2), не соответствуют тем углам, на которые попадает транспортное средство. Действительно пос-10 ле того, как транспортное средство переместилось на один шаг, передние и задние колеса еще не достигают соответственно точек с1 и 6 (фиг. 5), а после того, как транспортное средство переместилось на два шага, его колеса оказываются за точками а и

Однако перед.тем как транспортное . средство перешло в колесно-шагающий режим движения (фиг. 2) с помощью установленных на нем датчиков (профилометр, гировертикаль, датчики вертикального хода колес), прогнозируется угловое положение в предположении, что через некоторый момент времени колеса его передних и задних осей окажутся соответственно в точках с1 и

Величина шага S+ задана и в,процессе движения остается постоянной, Измеренное с помощью датчика 7 буксование S-25<, а значенйе n = 2.

Тогда из выражения (4) видно, что профилометр необходимо вынести от передней колесной оси на величину L = — 1,5

Для данного случая процесс движения также может быть проиллюстрирован на фиг. 2-6. При этом на фиг. 2 показано положение транспортного средст4О ва в момент перехода в режим колесного шагания с вынесенным от передней колесной оси профилометром на расстояние, равное 1,5

Из фиг. 3 и 4 видно, если транспортное средство движется с шагом, равным S >, то через два шага оно оказывается на углах наклона поверхности, которые прогнозируются по уравнению (2).

На фиг. 5 и 6 показан процесс дви50 жения транспортного средства с шагом

5О,. и буксованием 25 . Однако профилометр вынесен на расстояние 1,5 S

Поэтому при таком режиме движения прогнозировать будущее положение транспортного средства невозможно.

Таким образом, чтобы повысить точность прогнозирования углов наклона поверхности при движении транспортного средства в колесно-шагающем режиме с буксованием, необходимо отно- шение колесной базы L к величине шага Sр выбирать кратным. разности между единицей и коэффициентом буксования

При этом, чем меньше величина шага S 1(шаг уменьшается с увеличением и и уменьшением S) тем в большем числе точек на пути длиной L производится прогнозирование углов наклона поверхности, а следовательно, и транспортного средства. Так при n =

= 2 и буксовании, равном 254, прогнозирование производится в двух точках. Одна из них расположена на расL стоянии от оси переднего

2(1-S) колеса перед тем, как оно переходит режим шагания, вторая — на расстоянии L от этого положения колеса.

В общем случае, есЛи величина шага

L равна то прогнозирование (1-S)n производится в п точках на пути, равном

Предложенный способ позволяет производить прогнозирование не только в колесном, но и в колесно-шагающем режиме движения при наличии буксования, что существенно повышает безопасность движения автономных транспортных средств, например планетоходов.

Предлагаемый способ находит применение в автоматических или дистанционно управляемых транспортных средствах, предназначенных для эксплуатации в экстремальных средах, в которых только колесный режим движения не всегда может обеспечить выполнение задач, возложенных на транспортное средство.

Способ прогнозирования положения транспортного средства с колесношагающим движителем методом обработки информации, поступающей от датчиков хода колес, гировертикали и профилометра, вынесенного перед транспортным средством, о т л и ч а юшийся тем, что; с целью повы12

11

935324 шения точности прогнозирования в колесно-шагающем режиме движения, дополнительно измеряют коэффициент буксования колес транспортного средства, а отношение величины выноса профилометра к длине вага устанавливают кратным разности между единицей и коэффициентом буксования. !

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP по заявке N 2582721/27-11, кл. В 60 С 23/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2743556/27-11, . кл. В 60 G 23/00, 1979 (прототип).

935324

Составитель Ю. Шурупов

Редактор Л. Тюрина Техред С. Мигунова Корректор А. ДзяткоЗаказ 4129/21 Тираж 718.. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4