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车辆运动学基本建模

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从几何学和运动学角度,对运动的车辆进行动态建模。车辆转向运动模型如下所示

(X_r,Y_r)(X_f,Y_f)分别为车辆后轴和前轴的轴心坐标,\phi表示车体的横摆叫,\delta_f表示前轮偏角,v_r表示后轴中心速度,v_f表示前轴中心速度,l表示轴距。

在后轴轴心处,运动速度可以分解为横纵坐标的变化率,因此

v_r=\dot{X}_r\cos{\phi}+\dot{Y}_r\sin{\phi}

垂直于车辆前进方向上的分解速度为零,因此

\dot{X}_r\sin{\phi}=\dot{Y}_r\cos{\phi}

\dot{X}_f\sin({\phi+\delta_f})=\dot{Y}_f\cos({\phi+\delta_f})

另外,由于前后轮的速度相匹配,因此可得

X_f=X_r+l\cos{\phi}
Y_f=Y_r+lin{hi}

定义ot{hi}=mega,因此
ot{X}_f=ot{X}_r-lmegain{hi}
ot{Y}_f=ot{Y}_r+lmegaos{hi}

可得
egin{align*} in&=os  nd{align*}

进一步
ot{X}_r&-lmegain{hi}  =ot{Y}_r+lmegaos{hi}

因此
v_rin{elta_f}=lmegaos{elta_f}

运动学模型为
eft = eft{v_r}

定义状态变量x=^T,控制输入u=^T.
eft = eft{v_r} + eftmega

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