无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置及其标定方法

摘要

本发明公开了一种无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置及其标定方法，无人动力三角翼包括前轮装置，前轮装置包括刹车踏板和油门踏板，测量装置包括四个传感器和一个DSP板，且四个传感器分别通过信号线与该DSP板相连接；四个传感器分别安装在刹车踏板和油门踏板的前后两个位置；DSP板用于接收由四个传感器传送的检测信号，将该检测信号转换为操作力，并利用该操作力来计算前轮装置的操纵力矩和制动力大小。本发明在不影响前轮操纵力矩和制动力力学结构的基础上，增加新的测量装置，不会影响飞机地面滑跑的操纵安全；可以对自主起降滑跑过程的无人动力三角翼前轮操纵力矩、制动力的测量进行实时测量，完成实时数据的高速率采集。

权利要求

1.一种无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，所述无人动力三角翼包括前轮装置，前轮装置包括轮胎(105)、轮叉(106)、刹车踏板(107)和油门踏板(109)，其特征在于，所述测量装置包括四个传感器和一个DSP板(131)，且该四个传感器分别通过信号线与该DSP板相连接；

所述四个传感器分别为左前压力传感器(23)、左后压力传感器(24)、右前压力传感器(25)和右后压力传感器(26)，所述左前压力传感器(23)和左后压力传感器(24)安装在所述刹车踏板(107)上，所述右前压力传感器(25)和右后压力传感器(26)安装在所述油门踏板(109)上；

所述DSP板(131)根据所述左前压力传感器(23)和左后压力传感器(24)、右前压力传感器(25)和右后压力传感器(26)的电压读数计算所述前轮装置的操纵力矩。

2.如权利要求1所述的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，其特征在于：所述DSP板(131)计算所述前轮装置的操纵力矩的方法为：当前轮左转时，将所述右前压力传感器(25)、右后压力传感器(26)的电压读数转换为牛顿力，并计算右前压力传感器(25)、右后压力传感器(26)牛顿力读数之和，再将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂；

当前轮右转时，将所述左前压力传感器(23)、左后压力传感器(24)的电压读数转换为牛顿力，并计算左前压力传感器(23)、左后压力传感器(24)牛顿力读数之和，再将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂。

3.如权利要求1或2所述的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，其特征在于：所述DSP板(131)根据所述左后压力传感器(24)的电压读数为转化为牛顿力。

4.如权利要求1所述的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，其特征在于：还包括左附加踏板(21)和右附加踏板(22)，其分别安装在所述刹车踏板(107)和油门踏板(109)上，并盖合所述四个传感器。

5.如权利要求1所述的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，其特征在于：所述DSP板(131)为高速DSP板，其通过AD接口分别与所述四个传感器相连。

6.一种无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置的标定方法，应用于如权利要求1或2所述的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，其特征在于，当前轮装置左转时的标定步骤包括：步骤A1、将所述右前压力传感器(25)、右后压力传感器(26)的电压读数转换为牛顿力；

步骤A2、计算所述右前压力传感器(25)、右后压力传感器(26)牛顿力读数之和；

步骤A3、将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂。

7.一种无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置的标定方法，应用于如权利要求1或2所述的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，其特征在于，当前轮装置右转时的标定步骤包括：步骤B1、将所述左前压力传感器(23)、左后压力传感器(24)的电压读数转换为牛顿力；

步骤B2、计算所述左前压力传感器(23)、左后压力传感器(24)牛顿力读数之和；

步骤B3、将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂。

8.一种无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置的标定方法，应用于如权利要求1或2所述的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，其特征在于，制动力测量的标定步骤包括：步骤C1：将所述左后压力传感器(24)的电压读数转换为牛顿力。

说明书

无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置及其标定方法

技术领域

[0001] 本发明属于检测技术领域，涉及无人动力三角翼操纵力矩和制动力的测量，特别涉及无人动力三角翼前轮转向操纵以及刹车制动力的测量装置及其标定方法。

背景技术

[0002] 动力三角翼是一种带有动力的具有良好滑翔性能的轻型飞行器，它的主要特点：造价低廉，结构简单，可快速拆装折叠进行车载、船载和航空运输；超低空飞行性能好；起降距离短，安全可靠，操作简单易学。可以在草地、简易机场、公路起降。广泛应用于旅游、运输、石油化学管道勘察、农用灭虫、森林防火预警、航空拍摄、飞行训练、抢险救灾、警察巡逻、禁伐(渔、猎)等禁区检查、空中指挥、环境监控、特种作战、边远地区的反恐、缉毒查私和通信中继紧急求援等任务。还可满足渔业、农场业、养蜂业、地质勘察业、科学考察业和体育运动等行业的需求。

[0003] 动力三角翼载荷大，一般可以达到250公斤。因此将动力三角翼改装为无人机，将具备有明显的优势，因此无人动力三角翼将具有显著的经济效益和实用价值。但无人动力三角翼由于携带大量载荷，为了在全天候下可靠工作，有必要实现轮式自主起降，以解脱对操纵手的依赖，更加便于无人动力三角翼的实际应用和产品推广。自主起降功能成为无人动力三角翼最重要的飞行能力。

[0004] 但是在无人动力三角翼设计的前提是将现在有人动力三角翼的操纵装置，改为无人操纵的电动装置。为了实现自主起降功能，需要对刹车制动和前轮转向进行电动改装；为了对电动装置的输出力进行选型，需要对有人动力三角翼操纵时的前轮操纵力矩/制动力进行测量，以计算整个自主起降地面滑跑过程中最大需要操纵力。

发明内容

[0005] (一)要解决的技术问题

[0006] 为满足在自主起降地面滑跑过程对无人动力三角翼前轮操纵力矩、制动力的测量需求，本发明的目的是提供一种无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置及其标定方法。

[0007] (二)技术方案

[0008] 为解决上述技术问题，本发明提出了一种无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，所述无人动力三角翼包括前轮装置，前轮装置包括轮胎、轮叉、刹车踏板和油门踏板，所述测量装置包括四个传感器和一个DSP板，且该四个传感器分别通过信号线与该DSP板相连接；所述四个传感器分别安装在所述刹车踏板和油门踏板的前后两个位置；所述DSP板用于接收由所述四个传感器传送的检测信号，将该检测信号转换为操作力，并利用该操作力来计算所述前轮装置的操纵力矩和制动力大小。

[0009] 根据本发明的一种具体实施方式，所述四个传感器分别为左前压力传感器、左后压力传感器、右前压力传感器和右后压力传感器，所述左前压力传感器和左后压力传感器安装在所述刹车踏板上，所述右前压力传感器和右后压力传感器安装在所述油门踏板上；所述DSP板根据所述左前压力传感器和左后压力传感器、右前压力传感器和右后压力传感器的电压读数计算所述前轮装置的操纵力矩。

[0010] 根据本发明的一种具体实施方式，所述DSP板计算所述前轮装置的操纵力矩的方法为：当前轮左转时，将所述右前压力传感器、右后压力传感器的电压读数转换为牛顿力，并计算右前压力传感器、右后压力传感器牛顿力读数之和，再将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂；当前轮右转时，将所述左前压力传感器、左后压力传感器的电压读数转换为牛顿力，并计算左前压力传感器、左后压力传感器牛顿力读数之和，再将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂。

[0011] 根据本发明的一种具体实施方式，所述DSP板根据所述左后压力传感器的电压读数为转化为牛顿力。

[0012] 根据本发明的一种具体实施方式，还包括左附加踏板和右附加踏板，其分别安装在所述刹车踏板和油门踏板上，并盖合所述四个传感器。

[0013] 根据本发明的一种具体实施方式，所述DSP板为高速DSP板，其通过AD接口分别与所述四个传感器相连。

[0014] 本发明还提出一种无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置的标定方法，应用于前述的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置，当前轮装置左转时的标定步骤包括：步骤A1、将所述右前压力传感器、右后压力传感器的电压读数转换为牛顿力；步骤A2、计算所述右前压力传感器、右后压力传感器牛顿力读数之和；步骤A3、将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂。当前轮装置左转时的标定步骤包括：步骤B1、将所述左前压力传感器、左后压力传感器的电压读数转换为牛顿力；步骤B2、计算所述左前压力传感器、左后压力传感器牛顿力读数之和；步骤B3、将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂。动力测量的标定步骤包括：步骤C1：将所述左后压力传感器的电压读数转换为牛顿力。

[0015] (三)有益效果

[0016] (1)本发明在不影响原有前轮操纵力矩和制动力力学结构的基础上，增加新的测量装置，不会影响飞机地面滑跑的操纵安全。

[0017] (2)本发明可以对自主起降滑跑过程的无人动力三角翼前轮操纵力矩和制动力的测量进行实时测量，完成实时数据的高速率采集。

附图说明

[0018] 图1A和图1B是动力三角翼前轮装置的结构示意图，其中图1A是侧视图，图1B是前视图；

[0019] 图2是本发明的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置的一个实施例的结构和安装位置示意图；

[0020] 图3是本发明的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置的DSP板的结构示意图；

[0021] 图4和图5是本发明的前轮操纵力矩测量的标定方法流程图，其中图4显示了前轮左转时的操作流程，图5显示了前轮右转时的操作流程；

[0022] 图6是本发明的前轮制动力测量的标定方法流程图。

具体实施方式

[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

[0024] 图1A和图1B是动力三角翼前轮装置的结构示意图，其中图1A是侧视图，图1B是前视图。如图1A和图1B所示，前轮装置包括主梁101、摇臂102、轮轴103、刹车盘104、轮胎105、轮叉106、刹车踏板107、左减震器108、油门踏板109、右减振器110、轮罩111。对于无人动力三角翼前轮装置，刹车踏板107和油门踏板109需要自动地进行移动。即刹车踏板107和油门踏板109的移动可以驱动前轮转向：前轮向右转需要刹车踏板107中部往下压，前轮向左转需要油门踏板109中部往下压。因此当进行刹车制动时，刹车踏板107需要动作，需要刹车踏板107后部往下压，以使得刹车踏板107前部上翘。

[0025] 为描述方便，我们将各附图的纸面方向的左边作为前轮装置的左边，纸面的右边作为前轮装置的右边，纸面的上边作为前轮装置的前边，纸面的下边作为前轮装置的后边。如此，如图1所示的刹车踏板107位于左边，油门踏板109位于右边。

[0026] 图2是本发明的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置的一个实施例的结构和安装位置示意图。如图2所示，该装置包括：四个传感器和一个DSP板，四个传感器分别通过信号线与DSP板相连接。所述四个传感器分别安装在刹车踏板107和油门踏板109的前后两个位置(纸面的上下位置)。在此，分别称四个传感器为左前压力传感器23、左后压力传感器24、右前压力传感器25、右后压力传感器26，并且其分别通过左前压力传感器信号线231、左后压力传感器信号线241、右前压力传感器信号线251、右后压力传感器信号线261与DSP板131相连。

[0027] 在图2显示实施例中，装置还包括两个附加踏板，这两个附加踏板分别用于安装在刹车踏板和油门踏板上，并盖合所述四个传感器，以便将四个传感器夹住，从而将四个传感器放在踏板力的传动路径上。在该实施例中，安装在刹车踏板107和油门踏板109上的附加踏板分别称为左附加踏板21、右附加踏板22。左前压力传感器23一端与左附加踏板21的前部螺孔连接，一端与刹车踏板107前部螺孔连接，左前压力传感器信号线231一端与左前压力传感器23连接，一端与DSP板131连接。左后压力传感器24一端与左附加踏板21的后部螺孔连接，一端与刹车踏板107后部螺孔连接，左后压力传感器信号线241一端与左后压力传感器24连接，一端与DSP板131连接。右前压力传感器25一端与右附加踏板22的前部螺孔连接，一端与油门踏板109前部螺孔连接，右前压力传感器信号线251一端与右前压力传感器25连接，一端与DSP板131连接。右后压力传感器26一端与右附加踏板22的后部螺孔连接，一端与油门踏板109后部螺孔连接，右后压力传感器信号线261一端与右后压力传感器26连接，一端与DSP板131连接。

[0028] 所述压力传感器用于检测刹车踏板和油门踏板上踏板力，得到踏板力转化成的电压信号，四个传感器分别通过左前压力传感器信号线231、左后压力传感器信号线241、右前压力传感器信号线251、右后压力传感器信号线261传送给DSP板131，DSP板131优选为高速DSP板，用于接收由四个传感器传送的与踏板力相关的电压信号。

[0029] 下面介绍上述实施例的测量装置对于前轮操纵力矩测量和制动力测量的方法。

[0030] 前轮操纵力矩测量：

[0031] 当进行前轮操纵时，刹车踏板107或油门踏板109需要动作，即刹车踏板107中部的操纵轴1071被作动器271压下可以牵引前轮右转，油门踏板109中部的操纵轴1091被作动器272压下可以牵引前轮左转，见图1B。当前轮装置右转时，前轮操纵力矩等于左前压力传感器23与左后压力传感器24测量压力数之和，并乘以前轮操纵力臂112；当前轮装置左转时，前轮操纵力矩为右前压力传感器25、与右后压力传感器26测量压力数之和，并乘以前轮操纵力臂112，见图1B。

[0032] 制动力测量：当进行刹车制动时，刹车踏板107需要动作，需要刹车踏板107后部被做动器273压下，以使得刹车踏板107前部上翘，牵动刹车线进行制动操纵。因此，刹车制动操纵力等于左后压力传感器24测量压力数。

[0033] 图3是本发明的无人动力三角翼操纵力矩和制动力测量装置的DSP板的结构示意图。如图所示，DSP板131包括DSP主芯片1311、SD卡1312、RAM1313、RS232接口1314、电源1315、AD接口1317、SPI总线1318、SCI总线1319。

[0034] DSP主芯片1311可采用TI公司的DSP芯片TMS320F28335(主频150Mhz)，通过SPI总线1318与SD卡1312连接，通外芯片自带的外部RAM接口与RAM1313连接，通过SCI总线1319与RS232接口1314连接，通过AD接口1317分别与左前压力传感器信号线231、左后压力传感器信号线241、右前压力传感器信号线251、右后压力传感器信号线261连接。

[0035] DSP主芯片1311主要用于数据采集、系统管理、通讯和数据记录；SD卡1312主要用于数据永久记录；RAM1313主要用于采集数据临时存放；RS232接口1314用于与PC通讯，进行参数设置；电源1315提供DSP和各种外设的电源，输出5V、3.3V和1.8V。AD接口1317用于采集左前压力传感器23、左后压力传感器24、右前压力传感器25、右后压力传感器26的压力数据。

[0036] 图4和图5是本发明的前轮操纵力矩测量的标定方法流程图。其中图4显示了前轮左转时的操作流程，图5显示了前轮右转时的操作流程。如图4所示，前轮左转时的标定步骤包括：

[0037] 步骤A1、将右前压力传感器25、右后压力传感器26的读数(一般为电压读数，后同)转换为牛顿力；

[0038] 步骤A2、计算右前压力传感器25、右后压力传感器26牛顿力读数之和；

[0039] 步骤A3、将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂。

[0040] 前轮左转时，右前压力传感器25、右后压力传感器26读数的电压读数分别为FRFront,FRBack，其中右前压力传感器25、右后压力传感器26的电压牛顿力转化系数为KRFront,KRBack，则左转是前轮操纵力矩(牛米)MLFront为

[0041] MLRront＝(KRFront*FRFront+KRBack*FRBack)DMFront(Nm) (3)[0042] 如图5所示，前轮右转时，与左转类似，只是传感器换成左前压力传感器23、左后压力传感器24，即包括：

[0043] 步骤B1、将左前压力传感器23、左后压力传感器24的读数转换为牛顿力；

[0044] 步骤B2、计算左前压力传感器23、左后压力传感器24牛顿力读数之和；

[0045] 步骤B3、将所述牛顿力读数之后乘以前轮操纵力臂。

[0046] 前轮右转时，左前压力传感器23、左后压力传感器24读数的电压读数分别为FLFront,FLBack，其中左前压力传感器23、左后压力传感器24的电压牛顿力转化系数为KLFront,KLBack，则右转是前轮操纵力矩(牛米)MRFront为

[0047] MRRront＝(KLFront*FLFront+KLBack*FLBack)DMFront(Nm) (4)[0048] 图6是本发明的前轮制动力测量的标定方法流程图。如图6所示，制动力测量的标定方法为：

[0049] 步骤C1：将左后压力传感器24读数转换为牛顿力。

[0050] 刹车制动时，左后压力传感器24读数为转化为刹车牛顿力FBrake：

[0051] FBrake＝KLBack*FLBack (5)

[0052] 本发明的无人动力三角翼前轮操纵力矩和制动力测量装置可以对自主起降地面滑跑阶段的动力三角翼前轮操纵力矩和制动力进行过实时测量，完成实时数据的高速率采集，采样速率10Khz。

[0053] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。