Offroad vehicle movement has to contend with uneven and uncertain terrain which present challenges to path planning and motion control for both manned and unmanned ground vehicles. Knowledge of terrain properties can allow a vehicle to adapt its control and motion planning algorithms. Terrain properties, however, can change on time scales of days or even hours, necessitating their online estimation. The kinematics and, in particular the oscillations experienced by an offroad vehicle carry a signature of the terrain properties. These terrain properties can thus be estimated from proprioceptive sensing of the vehicle dynamics with an appropriate model and estimation algorithm. In this paper, we show that knowledge of the vertical dynamics of a vehicle due to its suspension can enable faster and more accurate estimation of terrain parameters. The paper considers a five degree of freedom model that combines the well known half-car and bicycle models. We show through simulation that the sinkage exponent, a parameter that can significantly influence the wheel forces from the terrain and thus greatly impact the vehicle trajectory, can be estimated from measurements of the vehicle's linear acceleration and rotational velocity, which can be readily obtained from an onboard IMU. We show that modelling the vertical vehicle dynamics can lead to significant improvement in both the estimation of terrain parameters and the prediction of the vehicle trajectory.


翻译:越野车辆的移动必须面对对载人和无人驾驶地面车辆的行进规划和运动控制构成挑战的不均和不确定的地形。对地形特性的了解可以使车辆调整其控制和运动规划算法。不过,地形特性可以在天数甚至小时的时间尺度上改变,从而有必要进行在线估计。动画学,特别是越野车辆所经历的振荡,带有地形特性的标志。因此,这些地形特性可以通过对车辆动态的自我感知感感测,以适当的模型和估计算法来估计。在本文中,我们表明,由于停放车辆而了解车辆的垂直动态,可以更快和更准确地估计地形参数。本文考虑了将众所周知的半车和自行车模型结合起来的五度自由模型。我们通过模拟来显示,潜移动的参数能够对地形的轮力产生重大影响,从而对车辆轨迹产生极大影响。从对车辆线性加速和旋转速度的测量中可以很容易地从IMU上获得这种测量结果。我们显示,垂直车辆的轨迹轨迹的预测可以显著改进。

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