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申请/专利权人：哈尔滨工业大学(威海)

摘要：本发明提供了一种松软地形中评估轮刺车轮挂钩牵引力的方法及装置，属于土壤力学技术领域。为了解决现有轮刺车轮星球车地面力学模型求解成本高且效率低、参数多且不易直接测量的问题。将轮刺部分的应力波动平均值整个接触区域，简化出应力作用等效半径的概念，根据光轮的轮地作用统一力学模型获得本方法的模型，利用电容式接近开关和六维力传感器获得进入角，通过计算得到等效进入角和等效作用半径，结合支持力和驱动力矩带入获取的本方法的模型公式内，最终计算得到挂钩牵引力。本发明公开了一种全新的、不同于现有技术构思的轮刺车轮星球车地形参数和地面接触力学计算方法，具有地形参数测量方法简单可靠、牵引力评估简单、快速且稳定性好的优点。

主权项：1.一种松软地形中评估轮刺车轮挂钩牵引力的方法，其特征在于，包括以下步骤：评估轮刺车轮挂钩牵引力的装置包括设置在车轮上的若干个电容式接近开关以及设置在车轮内的六维力传感器，所述电容式接近开关均匀设置在车轮一周，当检测到物体接近时会改变输出信号，可根据轮壤接触的接近开关数量判断接触角大小；所述六维力传感器内设有角度传感器，所述六维力传感器通过滑环与车体上的数据采集卡进行电源与数据连线；还包括降压PCB板、微控制器、数据传输装置、上位机和数据采集卡，用于将32个电容式接近开关采集到的轮壤接触的数据由微控制器搭载的数据传输装置传至上位机，将六维力传感器采集到的支持力FN、驱动力矩TD和角度数据依次传输到数据采集卡和上位机，通过上位机进行数据处理计算得到进入角θ1和离去角θ2；步骤S100，忽略轮刺部分的小范围的应力波动，模拟光轮模型中的应力分布曲线变化趋势，假设应力分布作用在r和r+hG的等效半径re上，根据光轮的轮地作用统一力学模型，可获得： 式中，hG为轮刺高度；zeθe为车轮等效沉陷量关于轮壤等效接触角的函数；S为关于车轮力矩的转换函数；FDP为牵引力；FN为支持力；TD为车轮驱动力矩；re为轮刺车轮等效半径；ze为等效沉陷量；θ1e为等效进入角；θ2r为等效离去角；τ、σ为轮刺车轮实际受力；τe、σe为轮刺车轮等效受力；Kσ和Kτ均为统一力学模型中定义的等效力学参数；b为车轮宽度；k1e、k2e和k3e为计算轮壤接触力的系数；根据准静态分析和上述公式可得TD，如下式： 其中，d为挂钩牵引力的力臂；e为支持力的力臂；cV和cD均为等效作用点位置相关的系数，可由θ1e的线性表示，如下式： 步骤S200，利用在车轮上周向布设的32个电容式接近开关和在车轮内部的六维力传感器获取进入角θ1，再计算出等效进入角θ1e，结合支持力FN、驱动力矩TD和等效作用半径re，计算得到挂钩牵引力FDP，包括，步骤S210，利用水平仪进行六维力传感器自身坐标系X+方向与世界坐标系X+方向配准，获取0角度位置，并对32个电容式接近开关进行顺序编号；步骤S220，通过六维力传感器的数据传输六维力传感器采集到的支持力FN、驱动力矩TD与角度数据，根据角度传感器获取的角度值获取处于最低位的接近开关编号，依据此时刻接近开关数据计算出进入角θ1和离去角θ2；步骤S230，根据步骤S220获取的进入角θ1通过以下公式计算得到θ1e；将使用进入角θ1计算得到的cV和cD代入以下公式计算得到轮刺效应系数估计值 将计算得到的轮刺效应系数估计值替换下式中的轮刺效应系数λG，计算得到re，即， 将re代入下式，可计算得到θ1e： 步骤S240，将支持力FN、驱动力矩TD、等效作用半径re和通过步骤S230计算得到的等效进入角θ1e代入下式即可计算得到挂钩牵引力FDP，

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