前后车体绕纵向轴的摆动导致了车辆越障过程中的运动方向偏移现象    广州路灯车租赁, 广州路灯车出租, 广州路灯车价格  路灯车在进行越障能力测试的过程中，发现越障过程中存在车辆运动方向的偏移现象。当路灯车直线行驶，左侧或者右侧车轮越过凸起障碍或凹坑障碍时，在没有进行转向操作的情况下，车辆的运动方向产生了很大角度的偏转，不能按照预定的直线路径行进。车辆越障过程中非人为的运动方向改变使车辆的可操控性变差，需要操作者持续进行运动方向的纠正才能使车辆按照正常路径行进。当车辆越野时，尤其是在复杂地形下连续越障时，不断对车辆进行转向调整会使车辆产生很大的侧向加速度和侧向力，导致车辆的受力复杂，稳定性变差，容易造成车辆的倾翻事故。通过实验测试发现，路灯车的越障偏转角度很大，并不完全是车辆越障过程中的滑移引起的，因此需要对路灯车越障偏移现象进行深入的研究，分析车辆越障偏移的原因，了解车辆越障偏移的规律和机理。

     路灯车的运动学建模  .多刚体系统运动学基本理论刚体的运动包括转动和移动两部分，对三维空间中的任意刚体，它的位置和姿态可以采用四维齐次坐标矩阵来表示，则式3.采用齐次坐标可以表示为：RpT称为齐次坐标，T是包含了姿态和位置的4×4矩阵，其逆矩阵为TT0RRpT。刚体固定坐标系相对于参考坐标系的运动，在固定坐标系中可以表示为：其中，330ˆ00ω为反对称矩阵。角速度ˆω为刚体在参考坐标系中的角速度在固定坐标系中的表示，v为刚体在参考坐标系中的移动速度在固定坐标系中的表示，的元素称为运动旋量，ωv称为运动旋量坐标。用6维矢量表示运动旋量，引入V（vee）运算符，对于任意固定坐标系R，运动旋量和齐次坐标有如下变换：因此可导出运动旋量从坐标系到坐标系R的变换为：其中RR，ˆRp为齐次坐标矩阵RT中的姿态和位置矩阵，dR称为运动旋量从一个坐标系到另一个坐标系的伴随变换，其为一个6×6的矩阵。 路灯车坐标系定义和齐次坐标变换路灯车未安装悬架结构，在进行车辆的运动学分析时，忽略结构的柔性、各连接结构和机构之间的间隙及轮胎与地面的接触变形等，可以把路灯车的前后车体假设为刚体模型，采用多刚体运动学方法进行建模分析。因为路灯车的前后车体有相对转动，在运动学建模过程中，需要分别建立前车体和后车体的运动学模型进行分析。在任一时刻，前后车体运动过程中的位置和姿态可以用前后车体质心固连坐标系相对于惯性坐标系的位置和姿态表示。 路灯车的坐标系定义。 路灯车坐标系定义定义惯性坐标系为IIIIoxyz，原点在惯性空间某点，在路灯车的前车体质心m处建立前车体固连坐标系oxyz，原点mo在前车体质心m，mx轴沿前车体中心轴向前，my轴平行于前车体轮轴，mz轴符合右手法则指向上；在后车体质心m处建立后车体固连坐标系mmmmoxyz，原点mo在前车体质心m，mx轴沿后车体中心轴向前，my轴平行于后车体轮轴，mz轴符合右手法则指向上；在前后车体连接的二自由度铰上，横摆铰的原点o在横摆铰中心，x轴沿前车体中心轴向前，z轴垂直于前车体中心轴和车轮轴的平面向上；扭转铰原点o在扭转铰和后车体铰接处，x轴沿后车体中心轴向前，z轴平行于z轴，y轴符合右手法则；坐标系oxyz绕z轴转动角度即变为坐标系oxyz，坐标系oxyz绕x轴转动角度，则与后车体质心坐标系mmmmoxyz平行。前车体质心m到前车体的轮轴距离，后车体质心m到后车体的轮轴距离为(,0,h)，前车体的纵向长度为l，后车体纵向长度为l。横摆铰坐标系oxyz到前车体质心坐标系mmmmoxyz的齐次坐标变换。

      可知路灯车在直线行驶时，前车体和后车体绕垂直轴转动的相对角速度可表示为：当车辆在平整的路面直线行驶时，轮地接触角=0，可得前车体和后车体绕垂直轴的转动角速度zm=0，zm=0，此时前后车体绕垂直轴的转动角速度z=0，即车辆保持直线行驶。当路灯车在起伏的路面直线运动时，即轮地接触角0，由于前后车体之间通过二自由度铰关节连接，在起伏的路面运动时，前车体和后车体的车桥之间存在纵向摆动，沿左右两侧车轮前进方向的地形变化都会使前后车体之间产生扭转角度和扭转速度，由此可得前车体和后车体绕垂直轴的转动角速度0zm，0zm，因此车辆在直线运动越障时，会产生相对运动方向的偏移。车辆在起伏的路面直线运动时，前后车体绕垂直轴的转动角速度0z，前后车体间存在相对转动的角速度，会使前后车体之间产生偏摆；前车体和后车体之间有液压转向油缸，车辆直线运动时，液压转向油缸的活塞在中间位置不动，因为液压转向机构存在柔性，前后车体之间偏摆产生的动能转化为液压转向机构柔性引起的弹性势能和耗散能，路灯车在起伏的路面直线运动时，液压转向机构的柔性会影响前后车体间的偏摆角度，继而造成车辆运动方向的偏移。综合上述分析可知，路灯车在越障过程中的运动方向偏移是前后车体的车桥之间纵向摆动和液压转向机构的柔性综合作用的结果。对于一般的铰接式车辆，如果不存在摆动式车桥，通过起伏路面时，车辆在越障时不会产生偏移现象；当78车辆存在摆动式车桥，通过起伏路面时，车辆在越障时会产生运动偏移。

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      为了保证其与实验结果具有对比性，在仿真分析中车辆的结构参数、初始状态、路面状况等需要尽可能与实车越障实验参数一致。在车辆越障仿真分析中，复杂的障碍地面模型可以采用坐标(x,y)和对应的垂向坐标z表示：可计算得到轮地接触角  其中in为轮地接触点i的切面的法向量。在路灯车越障偏移仿真分析中，设车辆沿直线匀速行驶，速度v=3km/h，主要分析以下两种工况：）车辆匀速直线行驶，单侧车轮通过0.45m的凹坑；）车辆匀速直线行驶，单侧车轮通过0.54m的凸起障碍；通过仿真分析，得到车辆在通过凹坑和凸起障碍时的运动轨迹、运动方向角度偏转和横向运动量的偏移，路灯车直线运动，单侧车轮通过凹坑和凸起障碍时，由于轮地接触角的变化，导致了前车体和后车体之间产生纵向摆动，使车辆直线运动时产生横摆角，造成了车辆运动方向偏离。此时车辆产生了横向位移，并且随时间的增加逐渐增大；根据轮地接触角的定义，在凹坑的底部和凸起障碍的顶部，轮地接触角在零点附近，对应的横摆角曲线上的横摆角变化很小；当车辆完全驶出凹坑或者凸起障碍时，轮地接触角曲线为0，根据公式，可知此时车辆的横摆角不变，因为此时车辆运动方向已经和原来的直线运动路径有了偏移角度，所以车辆的横向位移依然在增加。在路灯车的越障试验中，车辆在水平路面直线行驶，单侧车轮分别通过凹坑和凸起障碍，障碍的实测，在前车体的前桥上方安装带有GPS的陀螺仪，在后车体的后桥上方安装陀螺仪，进行车辆越障时的数据采集。 在车辆越障偏移试验中，安装在前后车体的陀螺仪监测车辆运动的姿态、速度、加速度等数据，其中前车体的陀螺仪带有GPS，可以测量车辆越障中的位移，采用数据采集软件进行运动中的数据采集，采样频率为00Hz。路灯车直线运动通过凹坑，在运动过程中不转动方向盘，即保证前后车体在一条直线上，车辆越过凹坑障碍后，测得的实验数据。

      路灯车直线运动通过凸起障碍，在运动过程中不转动方向盘，保证前后车体在一条直线上，车辆越过凸起障碍后，测得的实验数据。在路灯车单侧车轮通过凸起障碍的实验中，初始时，前车体的横摆角约为0，即车辆没有横向摆动；在3s时，前车体的单侧车轮进入凸起障碍，前车辆体产生侧倾角，车辆的横摆角增大，车辆产生横向位移，约在7s时驶离凸起障碍，车辆偏离原有的运动路径。路灯车越障偏移仿真结果和实验结果进行对比，在单侧轮通过凹坑的工况下，仿真中车辆直线越障产生的横摆角平缓增加，最大值约为6°，并且车辆在通过障碍后横摆角不再增加，越障过程中产生的横向位移约0.4m；在实验中，车辆在进入凹坑时横摆角有突变，越障产生的最大横摆角约5°，并且通过障碍后横摆角仍然在增加，越障过程中产生的横向位移为0.6m。在单侧轮通过凸起障碍的工况下，仿真中车辆直线越障产生的横摆角最大值约为7°，并且车辆在通过障碍后横摆角不再增加，越障过程中产生的横向位移约0.43m；在实验中，车辆在通过凸起障碍时越障产生的最大横摆角约°，并且通过障碍后横摆角仍然在变化，越障过程中产生的横向位移约0.8m。实验测试结果和仿真分析结果的误差主要来源于以下几个方面：.测试、测量设备引起的误差，在实验过程中，陀螺仪由于温度、湿度、气压振动等会存在漂移现象，造成测试结果不准确；.地形实验环境引起的误差，在实验过程中，试验场地的地形局部不平整，导致车辆运动时姿态的变化；各个区域车轮和地面的滚动摩擦力不一致，导致车辆在运动中存在微小的滑移、滑转，障碍地形的形貌和尺寸无法完全与仿真分析时一致，这些因素都会导致实验结果和仿真结果存在差异； 

      车辆在进入凹坑障碍时，横摆角测量结果相比仿真结果有突变， 实验中前车体横向位移测试结果可看出，当前车体单侧车轮进入凹坑障碍时，横向位移也存在突变，车轮和地面产生横向的滑移，造成车辆的横向摆动，使车辆的横摆角产生突变，导致了横摆角的实验测量结果要比仿真结果大； 前车体的横摆角和后车体越障中的横摆角并不相等，说明前后车体之间存在转向的夹角。由于在越障过程中并没有进行转向操作，前后车体间的转向夹角主要是由液压转向机构的柔性产生的，由于液压转向机构的柔性产生的转向夹角的存在，也会使车辆的横摆角实际测量结果比仿真分析的大；

     假设车辆在越障中匀速运动，但是在实验中，根据车辆速度测量曲线5.9d）和5.d）可以看出车辆在越障过程中的运动速度是不断变化的，因此在仿真分析和实验中，车辆的横向位移量随时间的变化有很大不同。综上所述，通过路灯车越障偏移的仿真分析和实验结果对比，可以验证路灯车越障偏移理论模型是正确的。当车辆直线运动单侧车轮通过凹坑地形和凸起障碍地形时，不操纵方向盘进行运动方向的调整，车辆在越障的过程中会产生较大的横摆角，使车辆的运动路径偏离原有路径。根据理论分析，产生这种现象的原因是前后车体的车桥存在沿纵向的摆动，同理，对于有摆动桥式结构的铰接车辆，如铰接式采矿车等车辆，在复杂地形下越障运动时都会存在运动方向的偏移现象，这种非人为控制的车辆运动方向偏移使车辆操控更加复杂，尤其是在车辆进行无人化操作应用时，运动方向的偏移使车辆的运动变成一个不稳定的系统，会使车辆失控，容易造成车辆的倾翻事故。

     通过多刚体运动学理论建立了路灯车越障时的微分运动学方程，通过运动学分析得到了路灯车的越障偏移原理，即前后车体绕纵向轴的摆动导致了车辆越障过程中的运动方向偏移现象，并通过仿真分析和实验对比，证明了理论分析的正确性。因为多数铰接式车辆具有摆动式车桥，所以车辆的越障偏移理论分析结果具有通用性。

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