一种地下矿用铰接车的驾驶模拟系统

摘要

本发明提出了一种地下矿用铰接车的驾驶模拟系统，其包括地下矿用铰接车运动控制模型，可视化数据模型，视景仿真引擎，辅助驾驶单元，声音仿真引擎，显示终端，音频输出终端及虚拟驾驶单元，这些模型的建立能够真实模拟铰接车在地下的行驶过程，驾驶员通过虚拟驾驶单元来进行驾驶模拟，能够模拟地下巷道环境和地下矿用铰接车，为地下矿用铰接车智能控制技术提供良好的平台。本发明对照实车设计了模拟驾驶操作台，便于驾驶员进行驾驶操作，使驾驶员的感受更加真实。大大降低用真车来进行实验的成本，有效减少地下危险驾驶环境下对驾驶员的危害。

主权项

1.一种地下矿用铰接车的驾驶模拟系统，其特征在于，该系统包括：地下矿用铰接车运动控制模型，可视化数据模型，视景仿真引擎，辅助驾驶单元，声音仿真引擎，虚拟驾驶单元；其中，地下矿用铰接车运动控制模型采用如下步骤建立：设矿车中央铰接点设为H点，前桥中点为Pf(x1,y1)，该点与中央铰接点H的距离为l1，车速为vf；后桥中点为Pr(x2,y2)点，该点与中央铰接点的距离为l2，车速为vr，前车体横摆角速度为ω1，转向半径为r1，后车体横摆角速度为ω2，转向半径为r2，前车体的航向角为θ1，后车体的航向角为θ2，铰接角为γ，设前桥中点位姿状态向量s_t=[x₁(t)y₁(t)θ₁(t)]^T代表前车体在t时刻的位置及航向角，则t+1时刻的前桥位姿状态向量S_t+1=[x₁(t+1)y₁(t+1)θ₁(t+1),^T用非线性离散模型来表示为$S_{t+1}=S_t+T_s\left[\begin{array}{cc}\cos {\theta }_1\left(t\right)& 0\\ \sin {\theta }_1\left(t\right)& 0\\ \frac{-\sin \gamma \left(t\right)}{l_1\cos \gamma \left(t\right)+l_2}& \frac{-l_2}{l_1\cos \gamma \left(t\right)+l_2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_f\left(t\right)\\ {\stackrel{·}{\gamma }}_1\left(t\right)\end{array}\right]$当前仿真时刻前车体的速度为vf(t)，铰接角转动速率为上次仿真到本次仿真的时间间隔为Ts，得出前车体的角速度为式中——铰接角转动速率$\stackrel{·}{\gamma }t=\frac{\mathrm{\gamma t}-\mathrm{\gamma t}-1}{T_s},$前车体的航向角等于上一时刻航向角加上本次仿真的增量θ₁t=θ₁t-1+ω₁(t)T_s，后车体的航向角等于前车体航向角与铰接角之和θ₂t=θ₁t+γT，由前车体行驶速度和航向角得出车辆前桥中点在t时刻的世界坐标为：$\left\{\begin{array}{ccc}{x}_1& t=x_1& t-1+[v_{f}t-1\cos {\theta }_{1}t-1+v_{f}t\cos {\theta }_{1}t]T_s/2\\ y_1& t=y_1& t-1+[v_{f}t-1\sin {\theta }_{1}t-1+v_{f}t\sin {\theta }_{1}t]T_s/2\end{array}\right.,$根据几何关系，求得t时刻后桥中点坐标$\left\{\begin{array}{cccc}{x}_2& t& =x_1& t-l_2\cos {\theta }_2\left(t\right)+l_1\cos {\theta }_1\left(t\right)\\ y_2& t& =y_1& t-l_2\sin {\theta }_2\left(t\right)+l_1\sin {\theta }_1\left(t\right)\end{array}\right.$货箱的举升是匀速的，由货箱的控制参数求得ω3的值，从而得到举升角度θ3，控制输入量C值为0时货箱下降，当C值为1时货箱举升，货箱的举升角度范围为0至60度，货箱的举升或降落速度为：${\omega }_{3}t=\left\{\begin{array}{cc}\frac{60T_s}{T_u}& (C=1)\\ \frac{60T_s}{T_d}& (C=0)\end{array}\right.,$在t时刻货箱的举升角度为：${\theta }_3\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}{\theta }_3& t-1+{\omega }_3\left(t\right)T_s& (C=1)\\ {\theta }_3& t-1-{\omega }_3\left(t\right)T_s& (C=0)\end{array}\right..$