履带式无人车辆操纵终端驾驶性能分析

尹森

摘要： 地面无人驾驶车辆主要分为轮式车辆和履带式车辆，履带式无人装甲车最基本的条件就是行驶，因此，终端必须具有能控制装甲车直驶，转向，倒车等一系列功能。一般的履带式车辆有2个转向位置，2个转向位置基本能满足装甲车在战场环境下的灵活机动。关于履带式无人装甲车操纵终端的研究设计，就要对履带车辆行驶性能和原理进行分析。

Abstract： Unmanned vehicles on the ground are mainly divided into wheeled vehicles and tracked vehicles. The most basic conditions for tracked unmanned armored vehicles are to drive. Therefore， the terminal must have a series of functions such as controlling the direct driving， steering and reversing of armored vehicles. General tracked vehicles have 2 steering positions， and 2 steering positions can basically meet the flexible mobility of armored vehicles in the battlefield environment. On the research and design of crawler unmanned armored vehicle control terminal， the driving performance and principle of tracked vehicles should be analyzed.

關键词： 履带式无人车辆;操纵终端;驾驶性能

Key words： crawtracked vehicles;control the terminal;driving performance

中图分类号：U469.6+94                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）19-0053-02

1  研究背景

目前，研究较多的是轮式车辆，驾驶一共分为两种模式，第一种模式是自动驾驶，车辆自动定位导航，到达目的地，第二种模式是操作者操纵操纵终端，引导无人车辆到达目的地。由于履带式车辆的结构特点，以及履带式无人车辆在工业、消防、救灾等领域应用的重要性，因此研究履带式无人车辆操纵终端驾驶性能相关性能特点是很有必要的。

2  终端操纵原理分析

履带式无人装甲车最基本的条件就是行驶，因此，终端必须具有能控制装甲车直驶，转向，倒车等一系列功能。一般的履带式车辆有2个转向位置，2个转向位置基本能满足装甲车在战场环境下的灵活机动，因此，终端操作也考虑设计两个转向位置。在前进档的设置上，由于需要装甲车有快速机动的能力，因此，考虑设计5个前进档位，来满足不同战术情况的需要。

驾驶车辆有两种模式：一种是自主模式，通过卫星定位，环境感知基于激光雷达、摄像头和高精度地图提供道路、坡度与障碍信息。在雷达地图上定位想要到达的目的地，车辆进行自动导航定位。另一种模式是手动模式，终端使用者观察显示屏传来的监控画面，利用终端上摇杆控制车辆行驶。

自主模式下，控制系统接收来自高层运动规划结果，即运动轨迹和运动速度，通过行为协调控制，分解为纵向和侧向控制，侧向控制主要完成与轨迹跟踪相关的转向决策控制;纵向控制主要完成与速度控制相关的离合、挡位、油门和制动控制。纵向和侧向控制两者是既相互分离也相互结合的关系，转向和换挡控制一般是相互独立互斥的关系，但转向和加减速是相互并存的。所以要在运动跟踪控制中协调好两者的关系。

如图1控制系统层次结构图所示运动控制系统以驾驶控制器为核心，同时接收自主行驶模块生成的符合平台动力学特性的期望路径（包括期望速度和方向）;接收当前时刻的定位导航信息（位置、方向、速度、加速度、角度和角速度等信息）、环境感知信息（路面、坡度、障碍等信息）;依据平台动力学模型生成各操控执行机构动作序列组合，输出给车辆平台;车辆运动的速度、方向作为驾驶控制器的反馈输入形成闭环运动控制。

另一种是手动模式，驾驶员通过终端给出指令，驾驶操控执行机构，包括发动机启动/熄火机构、离合机构、换挡机构、油门机构、制动机构、左/右转向机构以及与上述执行机构配套的伺服控制器;车辆状态数据采集装置和紧急熄火装置;自动换档（AMT）控制器;驾驶控制器。

运动控制系统需要依据定位信息、环境感知信息以及驾驶规则，通过相应的决策过程计算生成操控执行机构动作序列，结合车辆动力学模型，输出为车辆的行驶速度和方向。

①起车。起车时根据驾驶规则，不同路面性质应采用不同的起车方法（对应不同的操控执行机构动作），不同的发动机及传动装置参数值。

②直线行驶。直线行驶过程中需要依据规划路径、车辆状态信息（车速、档位等）、定位信息以及环境感知信息，结合驾驶规则和车辆动力学特性做出对车速进行调整，以完成转向、上/下坡、停车以及紧急停车等驾驶动作。

③加速。依据规划路径要求，车辆在特定情况下（如通过路况良好的大直路、需要冲车上短陡坡等）需要提高车速时，驾驶控制系统执行车辆加速步骤，分为档内加速和升档加速。

④减速。依据规划路径要求，车辆在特定情况下（如前方有障碍物、通過限制路，需要大角度小半径转向等）需要降低车速时，驾驶控制系统执行车辆减速步骤，分为档内减速和降档减速。如需换挡时同样遵守加速步骤中换挡规则。

⑤停车。依据驾驶规则，停车要及时、平稳，停车地点狭隘时避免用操纵杆停车，紧急情况时要留有紧急停车安全距离。根据车速、档位、路面情况以及情况紧急与否停车动作可分为：制动器停车、操纵杆停车以及紧急停车（同时采用制动器和操纵杆停车）。

⑥倒车。只有在车辆完全停稳后，才允许挂倒档。倒车时，必须使发动机在低转速下运动以及时准确的操纵车辆。流程如图2所示。

⑦转向。车辆转向方式主要有：分离转向，一般用在大半径小角度转向;第一位置转向，可采用任何档位，在任何地形下进行较小半径转向;制动转向，用于低速档进行大角度小半径转向。

依据驾驶规则，应选择转向阻力小的地段上进行转向;一般情况下应尽量采用分离转向或第一位置转向，需在松软地段上作大角度制动转向时，应采用低速档，并分多次转向完成，每次转向后，应使车辆运动约半个车体长后，再进行下一次转向;在陡上下坡、侧倾破、水稻田、沼泽地、徒涉场、冰上运动或高速运动时，均应避免制动转向。驾驶控制系统根据期望路径，当前车辆状态（车速、档位），定位信息（位置、航向角），环境感知信息（路面状况、障碍物位置）确定下一个预瞄跟踪路点，并计算生成符合当前车速和车辆动力学特性的转向角度需要调整行驶方向时进行转向操作。

3  小结

随着人工智能技术、大数据技术的发展和5G技术的日益成熟，未来无人装甲车的集成、信息、情报、无人装甲车的发展似乎更广泛，无人装甲车可以选择遥控操作或无人自主操作，可以独立规划路线，灵活避开障碍物等。

参考文献：

[1]孙伟，赵耀，刘林.无人履带装甲车双流传动系统研究计算与仿真[D].机械工程师，2015.

[2]徐杰.Linux文本模式下触摸屏的驱动设计及校准[D].北京明航科技发展有限公司湖南分公司，2018.

[3]邱明恒.塑料成型加工技术讲座（1）塑料与塑料制品[D]. 电子工艺技术，1994.

[4]袁劲松.基于Qt的无人机飞行监控系统的设计与实现[D]. 东北大学，2015.

[5]阎清东，张连第，等.履带车辆构造与设计[J].北京：北京理工大学出版社，2007.