[发明专利]一种无人机轮胎侧偏刚度在线测量装置

说明书

技术领域

本发明属于信号测量技术领域，特别涉及一种无人机自主起降过程轮胎侧偏刚度测量装置。

背景技术

无人机的发射和回收阶段是整个飞行过程中的关键阶段，对发射、回收阶段有效安全的控制是无人机控制的关键内容之一。目前无人机的发射方式主要包括轨道发射(橡筋绳弹射、气动发射、液压／气动发射和旋转发射)、零长发射(火箭助推发射、手抛发射、车载发射和飞轮发射)及轮式发射；回收方式主要包括轮式滑停回收、拦阻网回收、空中打捞回收和伞降回收。

长航时等大型无人机一般具有较大的重量，飞机本身价格昂贵，在回收阶段需要对机体提供高度的保护。对这类飞机，宜采用轮式发射和回收方式，即轮式起降。轮式起降中的滑跑纠偏控制是轮式起降中的重要方面。飞机结构不可避免地存在不对称性，机场跑道存在凸凹，机场存在各种风扰动，飞机着陆触地时相对于跑道一般都存在偏航角和侧向偏移。所有这些因素将导致飞机在起飞或着陆滑跑中出现相对于跑道的侧向偏差。若不及时对侧偏距进行纠正，飞机可能侧偏出跑道，造成严重事故。可以认为，滑跑纠偏控制是飞机起飞着陆主要控制任务之一，而轮胎建模是纠偏控制前提条件。

目前轮胎侧偏刚度是反应轮胎侧偏角与轮胎侧向力的关系参数，是轮胎建模的关键参数。但侧偏刚度随着轮胎压力、地面附着系数等实际运动参数影响，离线测量的轮胎侧偏刚度往往与实际值差别很大，因此对于无人机自主起降需要一种新的在线的侧偏刚度的测量方式。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种面向无人机自主起降轮胎建模的轮胎侧偏刚度测量装置，给出测量机构及测量计算方法。

(二)技术方案

本发明提供了一种无人机轮胎侧偏刚度测量装置，其包括：前轮、前轮转向机构、左主轮、后主轮、装置骨架、侧偏刚度传感计算单元、发动机和桨单元、前轮操纵舵机、配重；

其中，装置骨架呈丁字形，由纵梁和横梁组成；纵梁的一端通过前轮转向机构与前轮连接，纵梁的另一端与横梁的中部连接；横梁的一端与左主轮连接，另一端与右主轮连接；

发动机和桨单元安装于装置骨架上，用于驱动无人机轮胎侧偏刚度测量装置运动；配重的位置和质量可调节，使得无人机轮胎侧偏刚度测量装置的重心与实际无人机的重心位置一致；侧偏刚度传感计算单元通过不同的传感器测量获得无人机轮胎侧偏刚度测量装置的运动传感数据，并根据所述运动传感数据计算得到轮胎侧偏刚度；侧偏刚度传感计算单元还根据地面遥控指令或根据所述侧偏刚度通过纠偏获得的自动驾驶指令向前轮操纵舵机输出控制指令；操纵前轮操纵舵机，用于根据侧偏刚度传感计算单元的控制指令操纵前轮转向机构使得前轮进行转动。

(三)有益效果

本发明提供的面向无人机自主起降轮胎建模的轮胎侧偏刚度测量装置，依次通过传感器数据获取、侧偏刚度计算、遥控指令接收、前轮操纵指令发送、数传电台指令接收与状态发送等环节，形成无人机轮胎侧偏刚度测量装置的数据测量、运动控制和状态反馈，模拟实际无人机滑跑过程中运动状态。通过综合各种传感器信息，进行轮胎侧偏刚度的实时在线计算。这种装置有利地支持了无人机在多种路面、滑跑过程中侧偏刚度测量能力，进而可以设计新的实时在线的侧向纠偏控制方法，对于发展无人机自主起降控制技术具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明中无人机地面滑跑动力学建模结构示意图；

图2是本发明中无人机轮胎侧偏刚度测量装置的结构示意图；

图3是本发明中前轮转向机构结构图；

图4是本发明中侧偏刚度传感计算单元结构图；

图5是本发明中侧偏刚度传感计算单元的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1示出了本发明中无人机地面滑跑动力学建模结构示意图。如图1所示，所建立的坐标系如下：

地面坐标系(o_gx_gy_gz_g)：原点取地面某一点o_g，o_gx_g处于地平面内并指向跑道中心线方向，o_gy_g也在地平面内且垂直于o_gx_g指向右方，o_gz_g垂直地面指向地心。