Способ прогнозирования положения транспортного средства

Союз СоветсиихСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл. В 60 С 23/00С 01 С 7/ой Гооудоротоекый коиитот СССР оо делан кзооретенкк и открытка(53) УДК 629.113, .012(088.8) Вата опубликования описания 15 . 06 . 82(5) СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Изобретение относится к информационным системам, которые определяютпараметры движения транспортных средств,и может быть применено для обесйечения безопасности автоматических и по 5луавтоматических транспортных средств.Известен способ прогнозированияположения транспортного средства, основанный на обработке информации, поступающей от датчиков крена, диффе 10рента, лазерного дальномера и ходаколес. Преимущество этого способасостоит в том,.что он позволяет производить прогнозирование положениятранспортных средств с эластичной15подвеской 1 1,Однако этот способ может привестик большой погрешности, если производится прогнозирование положения транспорт ного средства, оборудованного колесно-шагающим движителем в колесно-шагающем режиме.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является спо 2соб прогнозирования положения транспортного средства с колесно-шагающим движителем, основанный на обработке информации, поступающей от датчиков хода колес, гировертикали ипрофилометра, вынесенного перед транспортным средством, Преимуществомэтого способа является то, что онпозволяет производить прогнозирование положения транспортного средствав колесно-шагающем режиме 2,Однако прогнозирование с помощьюэтого способа происходит с погрешностью, если движение транспортногосредства в колесно-шагающем режимесопровождается. 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 профило93532 3метра к длине шага устанавливаюткратным разности между единицей икоэффициентом буксования,На фиг, 1 показан принцип работыобеспечения прогнозирования положе 5ния транспортного средства; на фиг. 2транспортное средство в момент времени, когда оно перешло в режим колесно-шагающего движения, на фиг, 3то же, после того момента, когда врежиме колесного шагания оно сделалоодин шаг, равный 5 = 1./(1-5)2; нафиг. 4 - то же, после того момента,когда в режиме колесного шагания оносделало два шага, каждый по /(1-5)2; 1на фиг. 5 - то же, после того момента времени, когда в режиме колесногошагания оно сделало одйн шаг5 на фиг. 6 - то же, 2 (1-5) после того момента времени, когда врежиме колесного шагания оно сделало два шага, каждый по 5 1г 52 (1-5) Транспортное средство (фиг. 1) содержит колеса 1, которые укреплены ккорпусу 2 транспортного средства сзопомощью механизмов шагания 3, Крометого, на транспортном средстве установлены профилометр 4, гировертикаль 5,датчик вертикального хода 6 колес 1и датчик буксования 7,Передвижение в колесно-шагающемрежиме осуществляется следующим образом,Снацала из какого-то исходного положения, например из положения, показанного на фиг. 2, все колеса 1 в4 оопределенней последовательности принеподвижном корпусе 2 машины с помощью механизмов шагания 3 перемещают вперед по направлению движенияна величину шага. После завершения45перемещения последнего колеса производят перемещение корпуса 2 впередна величину этого шага относительнонеподвижных нарунге колес 1, Далеецикл передвижения повторяется, Поэто-му, если бы в процессе передвижения.транспортного средства внешние силы(сопротивления движению) отсутствовали, то в конце первого цикла передвижения колеса оказались бы на грунтев положении, указанном на фиг. 3 (положение кои; показано пунктиром),т, е . перс-ит, тилис ь бы на величину 4 4шага 5. Однако в реальных условиях передвижения и транспортное средство должно реализовывать некоторую силу тяги Р на крюке, которая может идентифицироваться, например, составляющая веса 6 машины на уклоне с(., т.е, Рр -- Сы и с ,Поэтому предвижение транспортного средства осуществляется так, цто при реализации силы Р КР 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 5 л(1-5), где 5 - длина шага без буксования; 5 - коэффициент буксования.В соответствии с фиг, 3 5 = 0,25. В общем случае изменение 5 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 транспортноесредство с приборами, необходимымидля пояснения, принципа и работы обеспечения прогнозирования положениятранспортного средства,Рассмотрим случай, когда движениетранспортного средства происходит вколесном режиме и профилометр 4 вынесен от оси переднего колеса 1 навелицину, равную длине колесной базытранспортного средстваВынос профилометра на такое расстояние передтранспортным средством, когда движение его происходит в колесном режиме,позволяет существенно упростить обработку информации и повысить точностьпрогнозирования,Из фиг. 1 видно, цто 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 5 перемещается в точку с 1, 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 церез точки В и с 1Из фиг. 1 видно, цто перепад высот неровностей рельефа д между точкамиР= Н,соз + 51 п Ч - Ь,соь Ч, (1)где Н= Н +й - расстояние от точки 5иконтакта переднего,например, правогоколеса с опорнойповерхностью допрямой, проведеннойчерез профилометрпараллельно продольной оси транспортного средства;Н - высота крепленияпрофилометра, измеренная в статическом положении транспортного средствана нулевом уклоне; 20Ь и - текущая величина вертикального хода (перемещения) переднего,например, правого ко-леса 1, измереннаядатчиком хода колеса 6;1;и - текущее расстояние,измеренное правым, профилометром 4, до профиля местности; 30Ч - текущий угол наклонатранспортного средства в вертикально-продольной плоскости,измеренный гироверти- З 5калью 5;колесная база.Из фиг. 1 видно, что прогнозируемый угол наклона транспортного средства Чп в вертикально продольной юплоскости, например, по правому борту может быть определен из соотношения ОР дгсзп +45% расстояние между точками 8 и а.азой может быть подля прогнозирования портного средства также для прогно" ия транспортного льно-поперечной бразом, измеряя с Аналогичным об лучено выражение угла наклона транпо левому борту, эирования положен средства в вертик плоскости, Таким 5 5 . 93532и с 1 может быть определен из соот- ношения 4 бпомощью профилометра 4 текущее расстояние п до рельефа, а с помощью гировертикали 5 и датчиков хода колес б соответственно текущие угол наклона Ч и ход колеса дп транспортного средства, по выражению (2) может производиться прогнозирование положения транспортного средства в темпе его движения.Поскольку при движении транспортного средства в колесной режиме расстояние между колесами сохраняется постоянным, равным , 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 с, 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 в точке б , а задние - в точке Ь , может быть обеспечен выбором определенной величины шага 5 , при постоянной величине выноса профилометра 1.; выносом на определенное расстояние профилометра 1. от передней колесной оси при постоянной величине шага 5 у , выбором определенной величины шагау и выносом на определенное расстояниепрофилометра.Для того, чтобы при заданной вели; чине выноса профилометра определить величину шага или при заданной величине шага определить величину выноса профилометра, .находят уравнение, связывающее эти параметры с величиной буксования, Пусть транспортное средство движется с буксованием, величина которого равна 5. Тогда за одиншаг, величиной 5 ь, транспортное средство проходит расстояние, равное 5 у (1-5),Поэтому, цтобы через некоторое время переднее колесо транспортного5 средства оказалось в тоцке с, а заднее - в точке 8 , надо величину шага 5 выбрать так, цтобы значение 5 (1-5) оказалось кратным величине выноса профилометра , т,е.1 о5 (1-5)игдекоэффициент буксованиятранспортного средства 15п=1,2,п - целое положительноечисло.Из последнего соотношения следует, что при постоянной заранее заданной величине выноса профилометра величина шага определяется из соотношения5 (3)(1-5)па при постоянном (заранее выбранном)шаге вынос профилометра может бытьнайден из выражения(4)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 зировать положение транспортного средства, отношение колесной базы к величине шага должно удовлетворять со- отношению с буксованием, которое измеряется с помощью датчика буксования 7. По величине 5 = 25 г а значение и = 2. Тогда из (3) находим величину шага1 15,1= = - , при движении с2(1-5) фкоторым обеспецивается 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 буксования с шагом 5 , - , а сплошной1,5положение, которое занимает транспорт. ное средство, движущееся с буксованием 5 = 253, после того, как сделает один или два шага величиной д 1,5Из Фиг. 3 и 4 видно, что через два шага ось переднего колеса располагается над точкой а , а заднего - над б, 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.Если в колесно-шагающем режиме величина шага выбрана так, что-- (1-5)пиНа Фиг. 2 показано положение транспортного средства в момент перехода45 в колесно-шг ающий режим движения, а на Фиг, 3-6 - движение в колесношагающем режиме.Процесс движения, представленный на Фиг, 2-6, рассматривается для двух50 случаев.Величина выноса профилометраот передней колесной оси задана и при движении остается постоянной, Поэтому попадание 1 рансг 1 ортного средства в прогнозируемое положение осущест 55 вляется за гцет внГ 1 ора шага 5 , определенной вгцнг Кроме того, предполагается, гци кение происходитт. то про гнозиров ат ь у глы(1-5)пнаклона поверхности, на которые попадает транспортное средство, невозможно. В качестве примера на фиг. 5 и 6 показано движение транспортного средства в колесно-шагающем режиме с шагом 5 при буксовании 51,33= 253. На фиг. У и 6 также, как и на фиг. 3 и 4, показано два положения. Одно из них пунктирными линиями, которое соответствует положению транспортного средства, движущегося безбуксования с шагом 51,3324 Формула изобретения 9 9353 другое - сплошной линией, соответствующее положению транспортного средства, движущегося с буксованием 5 = 253 и шагом 5- , Откуда видно, что углы наклона, которые прогнозируютсяпо соотношению (2), не соответствуюттем углам, на которые попадает транспортное средство, Действительно пос ле того, как транспортное средствопереместилось на один шаг, передниеи задние колеса еще не достигают соответственно точек с 1 и 6 (фиг. 5),а после того, как транспортное средство переместилось на два шага, егоколеса оказываются за точками а и 9Однако перед.тем как транспортное. средство перешло в колесно-шагающийрежим движения (фиг. 2) с помощьюустановленных на нем датчиков (профилометр, гировертикаль, датчики вертикального хода колес), прогнозируется угловое положение в предположении,что через некоторый момент времениколеса его передних и задних осейокажутся соответственно в точках с 1и 9Величина шага 5 , задана и в,процессе движения остается постоянной,Измеренное с помощью датчика 7 буксование 5-251, а значенйе и = 2Тогда из выражения (4) видно, чтопрофилометр необходимо вынести от передней колесной оси на величину 1 =- 1,5 5 рДля данного случая процесс движения также может быть проиллюстрированна Фиг. 2-6. При этом на фиг, 2 показано положение транспортного средст 40ва в момент перехода в режим колесного шагания с вынесенным от переднейколесной оси профилометром на расстояние, равное 1,5 5 у,Из фиг. 3 и 4 видно, если транс 45портное средство движется с шагом,равным 5 ; то через два шага онооказывается на углах наклона поверхности, которые прогнозируются поуравнению (2).На Фиг. 5 и 6 показан процесс дви 50жения транспортного средства с шагом5 , и буксованием 25/, Однако профилометр вынесен на расстояние 1,5 5Поэтому при таком режиме движенияпрогнозировать будущее положениетранспортного 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 базык величине шага 5 р выбирать кратным. разности между единицей и коэффициентом буксованияПри этом, чем меньше величина шага 5,(шаг уменьшается с увеличением и и уменьшением 5), тем в большем числе точек на пути длинойпроизводится прогнозирование углов наклона поверхности, а следовательно, и транспортного средства. Так при и = = 2 и буксовании, равном 254, прогнозирование производится в двух точках. Одна из них расположена на рас 1.стоянии от оси переднего 2(1-5) колеса перед тем, как оно переходит режим шагания, вторая - на расстоянии 1. от этого положения колеса. В общем случае, есЛи величина шага равна то прогнозирование (1-5)п производится в п точках на пути, равномПредложенный 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 колеснощагающим движителем методом обработки информации, поступающей от датчиков хода колес, гировертикали и про-филометра, вынесенного перед транспортным средством, о т л и ч а ющ и й с я тем, что; с целью повы 1211935324шения точности прогнозирования вколесно-шагающем режиме движения,дополнительно измеряют коэффициентбуксования колес транспортного средства, а отношение величины выносапрофилометра к длине вага устанавливают кратным разности между единицей и коэффициентом буксования.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Н 2582721/27-11,5 кл, В 60 С 23/00, 1977.2 Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2743556/27-11,935324 Составитель Ю, ШуруповРедактор Л. Тюрина Техред С. Мигунова Коррект Дзятко д. 4/) Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,29/21 ВНИИП по 11303Тираж 718Государственлам иэобрете Иосква, ЖПодписного комитета СССРий и открытийРаушская наб