轮地力学模型参数灵敏度分析与主参数估计

摘要

在星球探测过程中,星球车需要估计地面力学参数以及时调整控制策略,快速适应地形变化.针对形式复杂,参数耦合的轮地相互作用模型,采用Sobol灵敏度分析方法,分别对模型中的地面承压特性参数和剪切特性参数的灵敏度进行定量分析,筛选出沉陷指数与内摩擦角作为模型的主导参数,用于反映地面承压特性和剪切特性的变化.基于轮地相互作用力学平衡方程,通过简化应力分布公式,进一步推导出主导参数的解析表达式.通过以典型值固定非主导参数,利用系统状态参数和滤波处理完成地面力学特性主导参数的估计.结果表明,所提出的地面力学主导参数解析式及相应的估计方法能够快速反映地形的变化,沉陷指数估计的平均相对误差为2.8％,内摩擦角估计的平均相对误差小于3％.估计结果可准确预测车轮牵引力,为实现实时控制提供必要信息.