Кинематическое управление движением колесных транспортных средств

 pdf (2822K)

В работе рассматривается вывод законов кинематического управления движением трехколесного и четырехколесного экипажей с жесткими колесами вдоль произвольной гладкой траектории. Параметрами управления для трехколесного экипажа выбраны независимые углы вращения ведущих колес. Параметром управления четырехколесного экипажа выбран угол поворота переднего колеса в двухколесной модели автомобиля, определяемый углами поворота передних колес по принципу рулевого управления Аккермана. Установлено, что произведение скорости любой точки корпуса автомобиля на ориентированную кривизну ее траектории является кинематическим инвариантом, определяющим угловую скорость автомобиля. Приведены результаты численного моделирования и анимации движения трехколесного и четырехколесного экипажей, демонстрирующие адекватность предлагаемой модели кинематического управления. Обсуждаются возможности применения установленных законов кинематического управления движением при уточнении алгоритмов параллельной парковки, при решении навигационных задач управления механическими транспортными средствами при помощи навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, при решении задач управления мобильными роботами с помощью датчиков слежения, а также при проектировании автодорог, транспортных развязок, паркингов, автозаправок, дорожных пунктов питания и при создании тренажеров.

Ключевые слова: кинематическое управление, трехколесный экипаж, мобильный робот, траектория движения транспортного средства, углы поворота управляемых колес, принцип рулевого управления Аккермана, навигация, маневрирование
Цитата: Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки, 2015, т. 25, вып. 2, с. 254-266
DOI: 10.20537/vm150210

Kinematic control of vehicle motion

The derivation of laws of kinematic control of motion of three-wheeled and four-wheeled carriages with hard wheels along an arbitrary smooth trajectory is considered in this paper. The independent angles of rotation of driving wheels are chosen as parameters of control for a three-wheeled carriage. The angle of rotation of a front wheel in the two-wheeled car models defined by the angles of rotation of front wheels on the basis of Ackermann steering is chosen as a control parameter for a four-wheeled carriage. It is established that the product of the velocity of any point of the vehicle body and the oriented curvature of its trajectory is a kinematic invariant determining the angular velocity of a vehicle. The paper presents the results of numerical modeling and animation of three-wheeled and four-wheeled carriages motion demonstrating the adequacy of the proposed model of kinematic control. The use of the proposed model can be a significant refinement of algorithms of parallel parking as well as the solution of navigation problems of management of motor vehicles using GPS and GLONASS navigation systems and problems of control of mobile robots with the help of tracking sensors. Also the proposed model can be useful for designing the motor roads, road interchanges, single-level and multilevel Parking lots, gasoline stations, on-the-go fast food stations and for the creation of car-simulators.

Keywords: kinematic control, three-wheeled carriage, mobile robot, trajectory of vehicle motion, steering angle, Ackerman steering principle, navigation, maneuvering
Citation in English: Bulletin of Udmurt University. Mathematics, Mechanics, Computer Science, 2015, vol. 25, issue 2, pp. 254-266

Журнал индексируется в Web of Science (Emerging Sources Citation Index)

Журнал индексируется в Scopus

Журнал входит в базы данных zbMATH, MathSciNet

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Журнал включен в перечень ВАК.

Электронная версия журнала на Общероссийском математическом портале Math-Net.Ru.

Журнал включен в Crossref