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1、外文资料译文：估计地形力和刚性轮式车辆参数劳拉伊雷，电机及电子学工程师联合会，会员 摘要：抽象本文提供了一种估算方法阻力，推力，扭矩和电阻对每个车轮一个刚轮式车辆在车辆地形界面生成的，从这些力和力矩，一种方法，估计地形参数的思路。地形力的估算，这地形模型是一个独立的，可以推断的能力，加速，攀登，或拖负载的基本地形独立属性。当一个地形模型可用，参数这种模式，如土壤的凝聚力，摩擦角，最大正常压力，应力分布参数，决心从估计汽车越野势力利用多模型估计方法，提供相关的参数接受流动度量。该方法需要一个标准的本体传感器套房加速度，速率陀螺仪，车轮速度，力矩电机，和地面速度。下沉传感器不需要。仿真结果三个跨越
2、地形展示了该方法的有效性一系列的土壤内聚力文献报到。指数计算，移动机器人动力学，地形因素。一 引言移动在越野地形机器人自主取决于该机器人能够实时评估其流动性或近实时的时间。该机器人的信封运作，最高实现转化的速度，加速度，机动性在给定的地形取决于机器人的多体动力学并与地形的相互作用，从中外部力和力矩的机器人产生。多体动态是，在一般情况下，合理众所周知的。与此相反，车辆地面相互作用力的知识一般取决于对地形模型的有效性和大批这是难以衡量或利用地形参数推断实时算法。本文着重从本体上的地形特征传感器。直接测量地形的力量并时刻需要昂贵的扭矩传感器集成除了在每个车轮的速度，地面轮速度，加速度，速度传感器和表
3、征车辆议案。有关地形耐半经验模型另外需要下沉下沉将传感器估计抵抗力量。在本文中，我们引入估算阻力amethod，推力，扭矩和阻力，由于地形的每个车轮根据有关温和假设四轮驱动机器人机器人动力学与正常和剪应力分布沿轮地形接触。键的功能方法是汽车越野动力，力矩估计，与单轮没有经过本体传感器如实施了著名的汽车，地形模型，为植根于驱动和牵引轮半经验模型贝克理论1 - 3。车辆越野力和力矩与滑移行为是有价值的和自己的推断机器人的能力，加速，爬升，或拖负载。当地形模型可用，估计能力和力矩用于与该模型沿地形参数估计，从这些，车轮下的应力分布，可估计。在贝克刚性轮模型包括8个参数并涉及与正常压力和半经验关系下沉
4、，和莫尔-库仑准则，涉及剪应力和正常的压力。报告不等土壤地形数据cohesiveless坚定粘土砂表明，一些参数几个数量相差ofmagnitude 2，并没有明显之间的关系两个重要物理参数土凝聚力和摩擦角内的Mohr - Coulomb方程。在发展一个地形参数估计方法在本文中，我们考虑的唯一性问题，即之间是否有足够独特的一组映射地形参数和净部队和生成的时刻车辆。我们证明了这种映射弱的独特性，并在此基础上，我们提出了一个多模型估计（MME的）扎根在贝叶斯统计方法来估计地形参数。该方法利用地形参数设置等如2表列的地形，形成假说。地形假说，反过来，用在了部队的地形建模作为一个车轮打滑，这是从本体估计
5、函数传感器。贝叶斯规则，然后用递归确定最可能的假设（地形参数设置）从在所有的假设或假说最佳组合代表地形。地形特征有关的工作包括4 - 7。亚涅马等。4目前在线参数估计方法确定土壤凝聚力和内摩擦角对于一个刚轮行星探测车。这种方法使用一种简化和正常的剪切应力分布模型构成leastsquares估计他们的投入是正常的负载，车轮扭矩，下沉，车轮转速，线速度和轮。该简化模型假设沿对称应力分布轮地形接触补丁，这是一个假设，即取决于地形特性和车轮打滑。消除在这纸下沉传感器简化了仪器所需的地形参数估计。Hutangkabodee等人。5用牛顿迭代法，以确定内部摩擦角，剪切变形模量，并集中为轮式车辆穿越压力下沉
6、系数未知的地形。Hutangkabodee等。5采取的办法类似4，但使用脱机识别和承担的平均值土壤凝聚力。奥赫达等。6地址地形通行表征与电机电流率的方法，转（偏航率），从而评价指标实验一个小，差分指导商业机器人。奥赫达等人。6显示电流与电机之间的关系rateof -反过来，关于各种地形不同，例如，砾石，砂，土，和草。数据引起了执行控制，准稳态把演习。奥赫达等。6也发展的神经地形分类方法采用速率陀螺仪，加速度计，马达电流和电压。奥赫达等。7利用半经验汉尼贝克理论来检测和纠正车轮打滑时里程计。此方法假定土壤性质已知。对流动特性测量的传统方式使用牵引力直接测量拖着负荷，从东海岸滚动式电阻或在被测试为
7、给拖走8，因此，不用于实时适合估计流动性。参考文献4 - 7目前直接识别常见的主题执政地形参数指定的半经验地形模型和利用的净效果在观察地形，确定议案地形特征。在实践中，直接识别执政地形参数一个半经验模型，该模型假设良好的知识结构。贝克的理论，被广泛接受和验证在稳定，重型车辆纵向运动，打破了在高速瞬态和横向运动，它的适用性轻量（分- 500磅）的车辆已经不如从前knownthan重型车辆。瞬态模型，结合行为，土应变率的依赖，和其他特性可能在高速运动引起的尚未得到充分发展;因此，提取不承担车辆地形部队一车地形模型既具有应用自主地形地形模型力的估算和发展动力操纵。在4提出的方法动机 - 8，并提交从
8、这里干需要预测车辆的流动性。该北大西洋公约组织（北约）参考移动模型（NRMM）9提供了一个全面的计算机模型来模拟和预测地面车辆的流动性关于和越野。利用地形特点，车辆动力学和表面状况，该模型可预测牵引力和阻力的流动与支路地图功能最高车速超过地形区域的生成。传统方法测量土壤性质的NRMM说明10，这些包括手工测量土壤强度使用圆锥贯入，板块下沉和剪切试验使用bevameter和剪切环，并使用车轮的仪器直接测量轮胎地形的力量。地形的能力来推断驾驶性能，同时对地形将有助于在实时移动地图的统计预测，不采用这些手段。审查对变形地形地势力的估算来自11提出了一种方法来提取压实电阻，总推力，以及相关的几何参数中
9、心车辆沿地形联络这些部队的行动补丁。第三节考虑地形条件下的参数可估计从给定的一个刚性轮这些力量半经验车从地形模型3，并提出了MME的做法。第四节地形模拟结果参数估计的3种地形。二 地形力的估算A .净牵引力矩与阻力估计汽车越野部队估计使用的是扩展卡尔曼- Bucy滤波（EKBF）以下的程序提出11。估计部队包括对每个车轮扭矩电阻，每方牵引力，和每轴的侧向力。该程 序这里是检讨的一个简单的情况下进行车辆纵向运动，从而忽略了横向地区吸收援引这是因为简化地形模型不变形充分解决纵向和招标相结合侧向力。一种四轮驱动，差异的刚体动力学指导机器人在体内固定坐标参照这里x = vx r f l f r rl
10、rr 是系统状态，这是由纵向速度，偏航率和4车轮速度，Fxf l, Fxf r, Fxrl ,和Fxrr 是纵向网轮胎部队（减去总牵引阻力）在每个车轮，和Trf l, Trf r, Trrl 和Trrr 约电阻扭矩由于每个车轮轮地形相互作用的旋转轴。图。 1（1）定义的身体固定坐标轴和净纵向力的方向;的Z轴是出页面。请注意，对于纵向模式，偏航率是零，因此，（2）提供了一个静态平衡方程。阿恢复时刻关于Z -轴通过每个车轮，例如，刚度为基础由于调整了车辆越野反应，是由一个模拟单总量在恢复momentMresr（2）withMres 0。bw（）车轮阻尼条件，例如，由于机械阻尼在动力传动系统。Tf
11、l, Tf r, Trl , 和Trr 应用于变速箱损失的审议后车轮的扭矩，m是质量机器人，tw的是赛道的宽度，RW是车轮半径，是伊茨该机器人的惯性偏航时刻，信息作战是轮目前关于它的旋转轴转动惯量。体重和信息战可来自启动和与汽车滑行实验车轮离开地面。方程（1） - （6），连同网对每个车轮的牵引力和阻力扭矩从地形模型，形成一个完全指定的系统或“真理模式”用于模拟在第四节的表现。虽然只有纵向运动是认为，（2）规定，每方限制纵向力量，因此，这个等式是保留。 射线：估计地形部队以及刚性四轮汽车参数图一, a （与身体协调和固定力的方向）四个轮子的机器人定义。 b 作用力和力矩以及由此带动上强调，刚性
12、车轮在变形的地形。对未知的力和力矩设定在（1） - （6）包括Trf l, Trf r, Trrl ,和Trrr ,还有Fxf l, Fxf r, Fxrl ,以及Fxrr 构建一个EKBF是增强了车辆动力学与二阶每四个电阻扭矩为每方净牵引形式随机行走模型力量。假设每个车轮牵引力成正比网正常负荷在每个车轮，Fxf l, Fxf r, Fxrl ,和Fxrr是估计从每方净牵引和正常负荷。正常负荷预计从静态重量转移和测量加速度为给定的12和13。图 2。车辆地面相互作用的结果表示为净（1）净牵引力和力矩Fx的电阻和Tr和（b）径向和切向力和神父署理f英尺。测量向量zm = ax, f l, f r
13、, rl, rr, vx, r,这是由纵向加速度在centerof -质量，车轮角速度，地面的速度为中心大规模，和偏航率，呈现增广状态，这是由X，4个电阻扭矩，和每边网牵引是观察。电机电流的测量提供了一个应用车轮扭矩。实施细则的EKBF有报道11对变形的地形和12和13阿克曼在刚性为指导地形车，因此，这些细节省略。 Ray和布兰德11目前的实验还结果估算纵向和横向力关于僵硬，变形为一个轻量级的地形机器人（13公斤）与非刚性车轮。B .阻力和牵引总值估计从净牵引图 1（b）显示了应用扭矩T和W对正常负荷一个驱动，刚性车轮产生正常的应力分布（）和剪应力分布（）和下沉z的一个轮子与纵向速度V。从这些
14、应力分布，净在汽车开发力量，地形接口，通常被称为牵引力Fx的（推力减阻力）署理车轮悬架和电阻扭矩章。有效力量，在图所示。 2（1），转换为一个沿接触点修补程序，如图所示。 2（b）项。这些部队是由此产生的积分（）和（）对接触面由1和界定2，以及相关的预计净扭矩牵引和电阻从EKBF由一个不知名的角度f。有效径向从正常和剪应力产生的切向力分布假设在一个共同的行为角度f。理由这一假设是从莫尔-库仑准则，在有关材料的最大剪应力正常的压力2最大剪应力与正应力是通过两个材料常数，土壤凝聚力c和内部剪切角电阻或内部摩擦角1，因此，如果它的影响被忽视的剪切位移，最大剪和正常压力应该是大约一致。由于正常的组成部
15、分Fr和 Ft的图,2(b)必须平衡W,f从EKBF所得估计电阻f从EKBF所得估计电阻扭矩Tr和净牵引Fx的。切向力由与正常荷载和净力都是有关在何处Fr，Ft ,，f是通过向Fr和解决方案给Ft ,（9） - （11）。从其中，地形阻力Rc的，哪些行为对面的速度向量，给出了Fr，Ft ,，f为代表的净效应标量变量（）和（）的车辆，但是，由于压力发行可不对称，这不是一般不错，f=m的角度来看，最大剪切和正常应力发生见图 1（b）。C. .地形地形模型的参数估计估计净部队和讨论的时刻第二节- B的假设没有先验知识的汽车越野模型和正常的剪切应力分布。然而，给予模型，力和力矩的估计可以用来确定该模型参数，假设一个足够独特的地形参数之间的映射和由此产生力和力矩存在。这种映射的唯一性问题参数之间的地形和净势力讨论第三节通知对地形参数选择方法估计。最广为接受的地形模型是基于汉尼贝克理论，是从总结1在这里 - 3硬性wheelmoving纵向以固定的速度水平，变形地形，如图所示。 1。该剪应力，剪切位移剪应力与执政的关系，给出了2其中j是剪切位移，K是剪切变形弹性模量，而我是车轮打滑，其余几何参数定义图。 1。贝克1涉及正常强调要下沉通过经验确定压力下沉参数Kc，k和N其中b是车轮宽度和z是下沉。最高正应力沿接触补丁的成就，给予了凭经验确定的关系3在C1和
