考虑履带-地面力学实时特性的履带车辆通过性研究

It is the purpose to explore unknown characteristics of track-terramechanics, and predict traversability of tracked vehicles based on engineering problem. However, there is few mathematical model of track-terramechanics system which includes characteristics of track-terramechanics in current studies. Meanwhile, the problem of track-terramechanics parameters change is not considered. The traversability of tracked vehicles has not been predicted accurately in current methods. To solve the problem, it is essential to estimate track-terramechanics parameters in real time. Therefore, a detailed mathematical model which considers characteristics of track-terramechanics is proposed for the first time. Furthermore, a novel algorithm which is composed of error tolerant switch and robust strong tracking filter is developed for online track-terramechanics parameters estimation. Finally, the evaluation system of traversability can be established based on the real-time track-terramechanics parameters. The results show that equipped with the estimation algorithm, the proposed evaluation system can be used to predict traversability of tracked vehicles, and make the traction performance satisfied with track-terramechanics characteristics.

本项目以工程问题为背景，旨在探索未知地面的履带-地面力学特性，预测履带车辆对未知地面的通过能力。然而，以往研究中甚少建立包含履带-地面力学特性的履带-地面力学系统数学模型。同时，也未考虑履带-地面力学特性参数突变和缓变的问题。因此，已有方法无法很好地解决这类履带-地面力学特性时变的履带车辆通过性问题。本项目旨在解决上述难题，对考虑履带-地面力学实时特性的履带车辆通过性进行研究。首先，阐明履带-地面相互作用机理，建立表征履带-地面力学特性和履带车辆关键信息的履带-地面力学系统数学模型。其次，提出基于误差容错转换型鲁棒强跟踪滤波算法的履带-地面力学实时特性参数估计方法，该方法可以解决履带-地面力学实时特性参数突变和缓变导致算法估计精度和系统鲁棒性下降的问题。最后，建立并优化履带车辆通过性评价体系，准确预测履带车辆在未知地面的通过能力，为履带-地面力学研究提供理论基础。

本项目以工程问题为背景，旨在探索未知地面的履带-地面力学特性，预测履带车辆对未知地面的通过能力。按照项目预期目标圆满完成了全部工作内容，取得如下主要成果：(1)对履带-地面力学系统进行机理分析，建立包含履带-地面力学特性定量关系的履带-地面力学系统模型，经过仿真分析，该数学模型能够表征履带-地面力学特性信息和履带车辆关键信息。(2)利用方根滤波的思想，提出鲁棒型强跟踪滤波算法(robust strong tracking filter, RSTF)；为解决履带-地面力学实时特性参数突变这一问题，引入误差容错因子(error-tolerant factor, ETF)，提出误差容错转换型鲁棒强跟踪滤波算法(error-tolerant switch-RSTF, ETS-RSTF)，当误差超过阀值，认为是履带-地面力学实时特性参数突变所造成的扰动，当误差小于阀值，认为是履带-地面力学实时特性参数缓变而引起的模型不确定性。经过仿真分析和实验验证，所提出的ETS-RSTF算法能够快速提高跟踪能力，实时跟踪履带-地面力学特性参数，提高系统鲁棒性。(3)结合履带-地面力学系统数学模型和履带-地面力学实时特性参数估计，提出履带车辆在未知地面上的通过性评价体系，根据不同履带-地面力学系统的数学模型，表征履带车辆设计参数、履带-地面力学特性参数和滑移率的比重有所不同，精确预测履带车辆在未知地面的通过性。本项目所取得的研究成果为履带-地面力学提供理论基础，为履带车辆的通过性研究提供依据。