车辆自行车运动学模型：后轴中心、质心、前轴中心为原点的区别

车辆自行车运动学模型：后轴中心、质心、前轴中心为原点的区别

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_44819248/article/details/138122766

在车辆运动学建模中，选择不同的参考点（后轴、质心或前轴中心）会影响模型的数学表达和运动方程的复杂度。在路径规划和控制算法的设计中，选择何种参考点取决于模型的简洁性、实际应用的需要和精确度要求。下面分别解释三种常见的参考点，并探讨为什么在很多研究中倾向于使用后轴为原点的方法。

1. 后轴中心为原点

优点：

• 简化模型：当以后轴为参考点时，转向角度直接影响车辆的运动方向，这简化了运动学方程。特别是在使用简化的自行车模型时，这种方法可以直接将转向角作为输入，便于计算车辆的行进路径。

• 直观的路径跟踪：后轴中心的路径比较直观，尤其是在转弯时，后轴轨迹比质心或前轴的轨迹更容易预测和计算。

缺点：

• 准确性：因为实际的车辆动态更多是围绕质心进行的，所以以后轴为原点的模型在一些高速或者复杂动态条件下可能不够准确。

2. 质心为原点

优点：

• 动力学精确度：以质心为原点的模型可以更精确地描述车辆的实际动力学行为，因为大多数物理力量（如牵引力、制动力）都是通过质心传递的。

• 适用性广：适合需要高精度动态分析的应用，如高速行驶、紧急避障等。

缺点：

• 模型复杂：计算和控制算法复杂度较高，需要考虑车辆的质量分布和各种外力对质心的影响。

3. 前轴中心为原点

优点：

• 转向响应分析：可以更直接地分析转向系统的响应和影响，适合研究转向机制对行驶路径的直接影响。

缺点：

• 计算路径复杂：由于前轮在转向时路径复杂（前轮路径不是车辆行进的直接轨迹），因此计算整车的运动路径较为复杂。

总结

选择后轴中心作为参考点主要是因为它提供了计算上的简便性和对车辆行为的直观描述，尤其是在低速或普通道路行驶情况下足够准确。而质心模型虽然更精确，但计算和控制的复杂性也更高，主要用于需要高精度动态分析的场景。前轴中心则主要用于分析转向响应，实际使用相对较少。在车辆运动学研究和路径规划中，考虑到实际应用的复杂度和精度需求，选择合适的参考点对于算法的设计至关重要。