
舵轮的运动学线性化
假设车辆平动,车辆速度很低,轮胎所受横向力很小,速度矢量V的方向在点A和点B方向相同。车辆的状态用三个坐标描述x,y,δ表示,其中(x,y)代表车辆位置,δ表示车辆的航向角,是V与全局坐标系x轴的夹角。
在三角形OBQ中, 根据正弦定理,有:
sin(ϕ−θ1−β)BQ=sin(2π−θ2)OQ(1)
同样,在三角形OAQ中,有:
sin(ϕ−θ2−β)AQ=sin(2π−θ1)OQ(2)
OQ之间为R,
根据(1)与(2)两个公式可得:
(tanθ1−tanθ2)cosβ=RLf+Lr(3)
根据假设,车辆行驶缓慢,假设车辆偏航角变化率为
可近似等于车辆角速度W,可得:
ψ˙=RV(4)
将(4)带(3)入中得:
ψ˙=Lf+LrVcosβ(tanθ1−tanθ2)(5)
求出
:
β=arctan(Lf+LrLftan(θ2)+Lrtan(θ1))(6)
根据图上角度关系,易知
表示小车沿X方向的速度,
表示小车沿Y方向的速度:
X˙=Vcos(β+δ)Y˙=Vsin(β+δ)(7)
所以车辆的运动学模型为:
⎩⎨⎧X˙=Vcos(β+δ)Y˙=Vsin(β+δ)ψ˙=Lf+LrVcosβ(tanθ1−tanθ2)(8)
在公式(5)中,此时,有
R=ωvx2+vy2(6)
回到以重心为中心的单车模型,可知:
δf=tan−12vx2+vy2ω(Lf+Lr)(7)
当然,在此图中,当滑移角β 很小时,且后轮偏角为0时,可近似为
ω≈Lvtan(δf)(8)
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