(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211046924.6 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街 114号 (72)发明人 骆海涛　孔祥峰　曹轩　孙嘉泽　 高鹏宇　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 周宇 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/25(2020.01) A61G 5/04(2013.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分 析方法 (57)摘要 本发明涉及一种智能轮椅在沙石路面行驶 的通过性分析方法， 该方法包括以下步骤： 1、 建 立有限元轮椅多刚体动力学模型； 2、 建立离散元 沙石松散路面模型； 3、 进行智能轮椅在沙石松 散 路面上的通过性仿真计算； 4、 进行智能轮椅的通 过性分析， 对不同滑转率下的驱动轮挂钩牵引 力、 牵引力矩和车轮沉陷量进行数据采集与处 理； 5、 智能轮椅通过性评价。 本发明一种轮椅整 车系统在行驶过程中的通过性分析方法， 解决现 有系统通过性仿真方法的局限性与仿真精度低 的问题， 提高了通过性仿真精度， 使仿真结果能 够真实反映智能轮椅整车在松散路面行驶时的 牵引特性， 具有较高适用性和可操作性， 有效解 决轮椅在沙石路面 沉陷脱困。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 115422801 A 2022.12.02 CN 115422801 A 1.一种智能轮 椅在沙石路面行驶的通过性分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 建立有限元轮 椅多刚体动力学模型； 步骤2， 建立离 散元沙石松散路面模型， 并与有限元轮 椅多刚体动力学模型进行耦合； 步骤3， 进行智能轮 椅在沙石松散路面上的通过性仿真； 步骤4， 对不同滑转率下的驱动轮挂钩牵引力、 牵引力矩和车轮沉陷量进行数据采集， 绘制不同滑转 率下的挂钩牵引力曲线图、 车轮沉陷量曲线图； 步骤5， 分析智能轮 椅通过性， 获取轮 椅临界沉陷值， 以达 到脱困。 2.根据权利要求1所述的一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分析方法， 其特征在 于： 所述步骤1中的建立有限元轮 椅多刚体动力学模型， 包括以下步骤： 步骤1.1， 在Solidworks软件中分别建立轮椅各部件， 包括车架、 座椅靠背和轮胎， 并导 入到Hypermesh软件中进行简化处理并绘制网格后导入到Ls ‑dyna软件中， 添加各构件的材 料属性， 设置 部件之间的连接约束关系； 步骤1.2， 结合现有轮 椅测量车架、 座椅靠背， 得到尺寸数据， 建立轮 椅整车模型； 步骤1.3， 结合现有轮椅样机的测量数据， 对轮毂、 轮胎和花纹进行精细化有限元建模； 并对其设置不同压力和速度下的轮胎特性试验， 根据试验数据进行参数修改。 3.根据权利要求1所述的一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分析方法， 其特征在 于： 连接约束关系为在车轮模型与整车模型间设置转动副、 转动副分别与轮毂和车身设置 连接、 使车轮绕轴承进行旋转 运动、 花纹与轮胎外表面设置连接、 轮胎与轮毂设置连接 。 4.根据权利要求1所述的一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分析方法， 其特征在 于： 所述轮胎特性试验包括： 轮胎模态试验， 以及不同压力和滑移速度下胎面橡胶的摩擦 特 性试验。 5.根据权利要求1所述的一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分析方法， 其特征在 于： 所述步骤2中的建立离 散元沙石松散路面模型， 包括以下步骤： 步骤2.1， 在Ls ‑dyna中采用离散沙石单元对沙石路面进行描述： 建立给定的空间范围， 在限定空间范围内设置 离散沙石单元集； 步骤2.2， 对生成的离散沙石单元集施加重力场， 使这些离散沙石单元在自重作用下压 实达到稳定状态， 该压实后的离 散单元集即为路面样本， 用于模拟真实沙石路面环境； 步骤2.3， 根据三轴压缩试验和土壤承压剪切试验获取土壤特性参数， 对路面空间内的 离散沙石单元进行参数输入； 步骤2.4， 对有限元轮椅模型和离散元沙石路面模型进行接触耦合， 建立有限元 ‑离散 元耦合系统仿真模型。 6.根据权利要求1所述的一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分析方法， 其特征在 于： 所述离散单元为向空间填充的粒子， 粒子属性为粒子 半径、 填充 百分比、 密度、 弹性模量 和泊松比。 7.根据权利要求1所述的一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分析方法， 其特征在 于： 所述土壤特性参数为法向阻尼系数(NDAMP)、 切向阻尼系数(TDAMP)、 摩擦系数(Fric)、 滚动摩擦系数(FricR)、 法向刚度系数(N ormK)和切向刚度系数(Sheark)。 8.根据权利要求1所述的一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分析方法， 其特征在 于： 所述接触耦合 为轮椅驱动轮有限元模型与沙石路面离 散元模型的接触设置 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422801 A 29.根据权利要求1所述的一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分析方法， 其特征在 于： 进行智能轮 椅在沙石松散路面上的通过性仿真， 包括以下步骤： 对建立的有限元智能轮椅仿真模型以设定的车轮角速度匀速通过离散元沙石路面， 获 取驱动轮的挂钩牵引力、 牵引力矩和车轮沉陷量作为 通过性分析评价数据。 10.根据权利要求1所述的一种智能轮椅在沙石路面行驶的通过性分析方法， 其特征在 于： 进行智能轮 椅通过性分析包括： 根据不同滑转率下智能轮椅驱动轮的挂钩牵引力曲线和车轮车沉陷量曲线， 得到临界 牵引力和临界沉陷量， 以达到脱困： 不同的滑转率对应着不同的车轮沉陷量， 在某一滑转率 下， 当牵引力大于车轮的临界牵引力时， 智能轮 椅脱困。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422801 A 3