CN117784831A - 一种铰接叉车的运动学控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铰接叉车的运动学控制方法，包括：(1)对接收到的下一时刻的角速度和线速度进行平滑处理；(2)检测当前时刻前轮与后轮之间的夹角是否大于最大夹角，若检测结果为否，则执行步骤(3)，否则则执行步骤(4)；(3)调节平滑后的角速度以使转弯半径大于最小车体半径；(4)调节平滑后的角速度以使当前时刻前轮与后轮之间的夹角降至设定的最大夹角；(5)将调节后的角速度及平滑后的线速度分配四个车轮的速度。通过对铰接车体结构进行建模后，通过车体四个轮子的速度差来实现铰接车的转向及速度控制，该方法能够保证车体运行平稳，对角速度进行了二次调整，防止因控制不当造成车体转角过大，从而损害车体的风险。

Description

一种铰接叉车的运动学控制方法及***

技术领域

本发明属于叉车控制技术领域，更具体地，本发明涉及一种铰接叉车的运动学控制方法及***。

背景技术

铰接车指的是用铰连装置连接在一起的两节或多节车身组成的轮式车辆和履带式车辆，使用专门的液压机构，能够使车身相对的在水平面或垂直纵断(或横断)面上移动。它靠各车身之间的连接环的相互转动而改变前进方向。其因具有较大的承载能力、高机动性能、较强的越野能力等优点，被广泛地应用于战略物资的运输、农业/林业运输、抢险救灾、森林消防等各个工程领域。

铰接式叉车是一款四轮独立驱动轮式叉车，各轮由独立的电机驱动，在能量优化管理、整车动力学控制等方面具有明显的优势，其主要由前车体、后车体两部分组成，前车体与后车体之间通过转向销轴连接。四轮铰接式叉车的转向方式是液压动力转向，转向时，液压动力转向***按照转向指令控制性转向液压缸伸缩，带动前车体与后车体绕转向销轴产生相对偏转来完成转向。

车体运动学模型决定了车体运行时的负载能力、车体运行的平滑度等方面，若铰接叉车仅基于前轮差速进行控制，后轮作为跟随控制，只有前轮提供动力驱动，将降低车体的额定负载量，且该方法会造成前后轮中间的夹角无法保持固定，前轮和后轮持续处于拉直的状态，将加大车体转弯半径，造成车体行驶不够灵活。

发明内容

本发明提供一种铰接叉车的运动学控制方法，旨在改善上述问题。

本发明是这样实现的，一种铰接叉车的运动学控制方法，所述方法包括如下步骤：

(1)对接收到的下一时刻的角速度和线速度进行平滑处理；

(2)检测当前时刻前轮与后轮之间的夹角是否大于最大夹角φ_max，若检测结果为否，则执行步骤(3)，若检测结果为是，则执行步骤(4)；

(3)调节平滑后的角速度以使转弯半径大于最小车体半径；

(4)调节平滑后的角速度以使当前时刻前轮与后轮之间的夹角φ降至设定的最大夹角φ_max；

(5)将调节后的角速度及平滑后的线速度分配四个车轮的速度。

进一步的，若当前铰接叉车的转弯半径小于最小车体半径L_min，则减小下一时刻的角速度，减小后的角速度用w₂表示，角速度w₂满足

其中，w₁、v₁分别表示铰接叉车平滑后的角速度和线速度，Lmin＝min{L₃,L₄}，L₃为前车桥中心距铰接点的距离，L₄为后车桥中心距铰接点的距离。

进一步的，若当前铰接叉车的转弯半径大于或等于最小车体半径L_min，则无需对下一时刻的角速度w₁进行调整，即调整后的角速度w₂＝w₁。

进一步的，若下一时刻的线速度为零时，若给出的下一时刻的角速度w₁和转角方向一致，则控制铰接叉车停止转动。

进一步的，当给出的下一时刻的角速度w₁和转角方向相反时，无需对角速度w₁进行修正，即调整后的角速度w₂＝w₁。

进一步的，在铰接叉车下一时刻的线速度不为零时，计算当前时刻的前轮与后轮之间的夹角φ与最大夹角φ_max之间的偏差Δφ＝φ-φ_max，基于如下模型来调节下一时刻的角速度w₂：

w₂＝k₁*w₁+k₂*Δφ。

进一步的，铰接叉车方向分为前进、后退及原地旋转；当线速度大于等于0时，将前轮作为主驱动轮，后轮作为副驱动轮，当线速度小于0时，将后轮作为主驱动轮，前轮作为副驱动轮。

进一步的，四轮的速度分配方法具体如下：

(1)将调整后的角速度w₂及平滑后的下面速度v₁作为主驱动轮所在第一车桥中心的控制值，进而基于差速轮模型来计算第一车桥两侧车轮的速度；

(2)根据第一车桥中心的角速度和线速度计算第二车桥中心的角速度和线速度；

(3)将第二车桥中心的角速度和线速度，基于差速轮模型来计算第二车桥两侧车轮的速度。

本发明是这样实现的，一种铰接叉车的运动学控制***，所述***包括：

接收单元，接收下一时刻的角速度和线速度，接收单元与处理单元通讯连接，处理单元基于上述铰接叉车的运动学控制方法来控制铰接叉车四轮的速度输出。

通过对铰接车体结构进行建模后，通过车体四个轮子的速度差来实现铰接车的转向及速度控制，该方法能够保证车体运行平稳、平滑，对角速度进行了二次调整，防止因控制不当造成车体转角过大，从而损害车体的风险。

附图说明

图1为本发明实施例提供的铰接叉车的运动学控制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的铰接叉车模型的结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

图1为本发明实施例提供的铰接叉车的运动学控制方法流程图，结合图2提供的铰接叉车模型进行说明，将两个前车轮的轮间距为L₁，两个后车轮的轮间距为L₂，连接两个前车轮的前车桥中心距铰接点的距离为L₃，连接两个后车轮的后车桥中心距铰接点的距离为L₄，L₃、L₄均为铰接叉车的车体半径，前轮与后轮之间的夹角为φ，φ_max为设定的最大夹角，该方法具体如下：

(1)对接收到的下一时刻的角速度和线速度进行平滑处理；

避免前后时刻的角速度和线速度变化过大，进而导致铰接式叉车本体发生抖动，采用的平滑处理方法为已有方法，在此不进行详细的说明；

(2)检测当前时刻前轮与后轮之间的夹角是否大于最大夹角φ_max，若检测结果为否，则执行步骤(3)，若检测结果为是，则执行步骤(4)；

(3)调节平滑后的角速度以使转弯半径大于最小车体半径；

铰接叉车平滑后的角速度和线速度分别用w₁、v₁进行表示，铰接叉车在运动过程中，需满足转弯半径大于最小车体半径，即L_min＝min{L₃,L₄}，若当前的转弯半径大于或等于最小车体半径，则无需对下一时刻的角速度w₁进行调整，即调整后的角速度w₂＝w₁，若当前的转弯半径小于最小车体半径，则减小下一时刻的角速度，减小后的角速度用w₂表示，角速度用w₂满足

(4)调节平滑后的角速度以使当前时刻前轮与后轮之间的夹角φ降至设定的最大夹角φ_max；

在本发明实施例中，若下一时刻的线速度为零时，此时铰接叉车以前轮中心做原地旋转，此时前轮与后轮之间的夹角达到最大夹角，若给出的下一时刻的角速度w₁和转角方向仍然一致，则控制铰接叉车停止转动，当给出的下一时刻的角速度w₁和转角方向相反时，即此时可以减小前轮与后轮之间的夹角φ，此时无需对角速度w₁进行修正，即调整后的角速度w₂＝w₁。

在铰接叉车下一时刻的线速度不为零时，计算当前时刻的前轮与后轮之间的夹角φ与最大夹角φ_max之间的偏差Δφ＝φ-φ_max，基于如下模型来调节下一时刻的角速度：

w₂＝k₁*w₁+k₂*Δφ

该模型最终目的是让Δφ保持为0，即保持前轮与后轮之间的夹角维持最大转角值φ_max，不会增大，基于上述模型可知，下一时刻的角速度w₂先基于比例系数k₁(0＜k₁＜1)进行缩小，缩小至零后，此时，Δφ是增大的，此后，角速度w₂反向增大，最终保持Δφ在零附近动荡调节。

(5)将调节后的角速度及平滑后的线速度分配四个车轮的速度。

在本发明实施例中，若铰接叉车方向分为前进、后退及原地旋转；当线速度大于等于0时，表示车体往前行走，此时将前轮作为主驱动轮，后轮作为副驱动轮，原地旋转列为车体前进的一种，此时线速度为0，角速度不为0，当线速度小于0时，表示车体往后行走，此时按后轮作为主驱动轮，前轮作为副驱动轮。

(51)以前轮作为主驱动轮，后轮作为副驱动轮的时，将调节后的角度w₂及平滑后的线速度v₁作为前车桥中心的角速度w和线速度v，来计算四轮的速度，具体如下：

(1)前轮左、右两侧输出值按差速轮模型来计算左侧前轮的速度为V₁，右侧前轮的速度为V₂，即：

(2)根据前车桥中心的角速度w₂和线速度v₁计算后车桥中心的角速度w和线速度v′，即

(3)根据后车桥中心的角速度w′、线速度v′计算两后轮的速度值，左侧后轮为V₃，右侧后轮的速度为V₄，即：

左侧前轮、右侧前轮、左侧后轮及右侧后轮的线速度输出为V₁、V₂、V₃和V₄。

(52)以后轮作为主驱动轮，前轮作为副驱动轮的时，将调节后的角度w₂及平滑后的线速度v₁作为后车桥中心的角速度w′和线速度v′，来计算四轮的速度，具体如下：

(1)后轮左、右两侧输出值按差速轮模型来计算左侧后轮的速度为V₃，右侧后轮的速度为V₄，即：

(2)根据前后桥中心的角速度w′和线速度v′计算前车桥中心的角速度w和线速度v，即：

(3)根据前车桥中心的车桥中心的角速度w、线速度v计算两前轮的速度值，左侧前轮的速度为V₁，右侧前轮的速度为V₂，即：

左侧前轮、右侧前轮、左侧后轮及右侧后轮的线速度输出为V₁、V₂、V₃和V₄。

本发明还提供一种铰接叉车的运动学控制***，该***包括：

接收单元，接收下一时刻的角速度和线速度，接收单元与处理单元通讯连接，处理单元基于上述铰接叉车的运动学控制方法来控制铰接叉车四轮的速度输出。

本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铰接叉车的运动学控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)对接收到的下一时刻的角速度和线速度进行平滑处理；

(2)检测当前时刻前轮与后轮之间的夹角是否大于最大夹角φ_max，若检测结果为否，则执行步骤(3)，若检测结果为是，则执行步骤(4)；

(3)调节平滑后的角速度以使转弯半径大于最小车体半径；

(4)调节平滑后的角速度以使当前时刻前轮与后轮之间的夹角φ降至设定的最大夹角φ_max；

(5)将调节后的角速度及平滑后的线速度分配四个车轮的速度。

2.如权利要求1所述铰接叉车的运动学控制方法，其特征在于，若当前铰接叉车的转弯半径小于最小车体半径L_min，则减小下一时刻的角速度，减小后的角速度用w₂表示，角速度w₂满足

其中，w₁、v₁分别表示铰接叉车平滑后的角速度和线速度，Lmin＝min{L₃,L₄}，L₃为前车桥中心距铰接点的距离，L₄为后车桥中心距铰接点的距离。

3.如权利要求1所述铰接叉车的运动学控制方法，其特征在于，若当前铰接叉车的转弯半径大于或等于最小车体半径L_min，则无需对下一时刻的角速度w₁进行调整，即调整后的角速度w₂＝w₁。

4.如权利要求1所述铰接叉车的运动学控制方法，其特征在于，若下一时刻的线速度为零时，若给出的下一时刻的角速度w₁和转角方向一致，则控制铰接叉车停止转动。

5.如权利要求1所述铰接叉车的运动学控制方法，其特征在于，当给出的下一时刻的角速度w₁和转角方向相反时，无需对角速度w₁进行修正，即调整后的角速度w₂＝w₁。

6.如权利要求1所述铰接叉车的运动学控制方法，其特征在于，在铰接叉车下一时刻的线速度不为零时，计算当前时刻的前轮与后轮之间的夹角φ与最大夹角φ_max之间的偏差Δφ＝φ-φ_max，基于如下模型来调节下一时刻的角速度w₂：

w₂＝k₁*w₁+k₂*Δφ。

7.如权利要求1所述铰接叉车的运动学控制方法，其特征在于，铰接叉车方向分为前进、后退及原地旋转；当线速度大于等于0时，将前轮作为主驱动轮，后轮作为副驱动轮，当线速度小于0时，将后轮作为主驱动轮，前轮作为副驱动轮。

8.如权利要求1所述铰接叉车的运动学控制方法，其特征在于，四轮的速度分配方法具体如下：

(1)将调整后的角速度w₂及平滑后的下面速度v₁作为主驱动轮所在第一车桥中心的控制值，进而基于差速轮模型来计算第一车桥两侧车轮的速度；

(2)根据第一车桥中心的角速度和线速度计算第二车桥中心的角速度和线速度；

(3)将第二车桥中心的角速度和线速度，基于差速轮模型来计算第二车桥两侧车轮的速度。

9.一种铰接叉车的运动学控制***，其特征在于，所述***包括：

接收单元，接收下一时刻的角速度和线速度，接收单元与处理单元通讯连接，处理单元基于权利要求1至8任一项所述铰接叉车的运动学控制方法来控制铰接叉车四轮的速度输出。