[发明专利]一种水陆两栖车姿态调节装置及控制方法

说明书

本发明公开的一种水陆两栖车姿态调节装置及控制方法，属于两栖车辆技术领域。本发明采用对称加装在车辆首部的吊舱式推进器机构，为车辆姿态调节提供主要推进力，辅助以尾部矢量喷水推进器及可伸缩防浪板机构，并针对性地构建包括升沉及吃水深度、纵倾控制、侧倾控制的协同调节方法；基于车内传感器与陀螺仪所提供的车体实时姿态数据，通过PID控制器控制吊舱式推进器提供给车的推力和力的方向，三者协同作用在不影响车辆高速航行的前提下进行航行参数快速自适应主动调节，即实现对吊舱式推进器、矢量推进器和可伸缩防浪板的快速控制和协同调节，使两栖车在航行姿态不稳定时实现实时姿态调节，提升高航速两栖车复杂海况适应性和安全性。

技术领域

本发明涉及一种水陆两栖车姿态调节装置及控制方法，涉及一种基于前端加装吊舱式推进器，尾部使用矢量喷水推进器的水陆两栖车姿态调节装置及控制方法，属于两栖车辆技术领域。

背景技术

目前许多国家都在积极研发制造水陆两用汽车，也简称为水陆两栖车，它结合了车与船的双重性能，是一种既可像汽车一样在陆上行驶，又可像船一样在水上航行的特种车辆。现有的水陆两栖车在水面高速航行时面临着波浪适应性差，姿态不稳定等问题，可能会出现吃水过深造成航行阻力过大，纵倾或侧倾过大导致车辆倾覆沉没等现象，这些都会影响车辆航行的高速性和安全性，并且车体姿态是根据水面航行条件被动调节的。现有水陆两栖车仅具备在水面环境下航行的能力，并不具有根据环境变化及姿态变化进行实时姿态调节的能力，这就限制了水陆两栖车的航行速度及应用场景。当水陆两栖车需要进行快速浮渡或在水面航行环境恶劣区域航行时，现有水陆两栖车就会由于不具备自主姿态调节能力而无法高速稳定的完成特定任务。

发明内容

为了提升高航速两栖车复杂海况适应性和高速航行安全性，解决现有水陆两栖车辆纵倾调节能力有限和不具备侧倾调节能力的问题，本发明的主要目的是提供一种水陆两栖车姿态调节装置及控制方法，调节装置主要基于两栖车辆前端吊舱式推进器、尾部矢量推进器和可伸缩防浪板实现，结合环境和姿态感知的闭环控制方法与基于航行姿态反馈的PID主动控制调节器，使两栖车在航行姿态不稳定时实现快速有效的姿态调节，提升高航速两栖车复杂海况适应性和高速航行安全性。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明公开的水陆两栖车姿态调节装置，包括前置吊舱式推进器机构、可伸缩防浪板机构与尾部矢量推进器机构。还依托水陆两栖车内部装有的传感器和陀螺仪。结合环境和姿态感知的闭环控制方法与基于航行姿态反馈的PID主动控制调节器，使两栖车在航行姿态不稳定时实现快速有效的姿态调节，提升高航速两栖车复杂海况适应性和高速航行安全性。

传感器和陀螺仪用于实时监测两栖车的航行参数，若参数超过安全阈值，不满足安全航行要求，则通过上述水陆两栖车姿态调节装置协同作用使两栖车在当前运动状态下根据实时的环境变化和姿态变化来实现两栖车辆的航行姿态调节，实现高速安全航行。所述传感器监测量包括航行速度、外流场波高、车辆纵倾角及侧倾角、车辆吃水深度。所述姿态调节包括车辆纵倾角调节、侧倾角调节和吃水深度调节。

根据姿态调节所需推力大小和两栖车辆水动力外形，并且为了保证车辆受力的均衡性，所述吊舱式推进器机构为两组对称设置在两栖车辆首部。所述吊舱式推进器机构每组包括内置驱动电机模块、螺旋桨模块、水平转动模块。所述两组吊舱式推进器机构左右对称分布，水平转动机构固连于车身首部，螺旋桨模块与水平转动机构通过转轴链接形成转动副，螺旋桨模块与水平转动机构建立轴连接关系，用于实现360°旋转，利用水流冲击的反作用力对车身施加推力。左右两侧吊舱式推进器协同作用实现不同推力和角度的推进效果，不同推力推进用于实现车辆同时出现纵倾和侧倾时的调节，不同角度用于实现车辆侧倾过大时的调节，根据实时车体姿态进行角度和转速的调节，改变对车体施加推力的方向和大小。所述前置吊舱推进器用于有效解决车体纵倾和侧倾问题。所述吊舱式推进器机构用于姿态调节时在车辆前部提供姿态调节所需的推力，使得尾部推进器稳定的提供前进动力，在不影响高速航行的前提下实现姿态的快速调节。