月球车车轮原地转向力学试验及模型研究

摘要

月球车车轮作为直接与月壤接触的部件，不仅起到承载月球车的整体重量、产生牵引力、反馈月面地形信息的作用，而且对月球车的运动能力、转向灵活性、适应月面地形的能力具有极其重要的影响。研究月球车车轮的转向力学特性对提高月球车的转向性能和稳定性具有十分重要的意义，并根据与其相关的知识建立轮地相互作用力学模型，对月球车机械结构的设计/评估/优化、动力学仿真、土壤参数辨识和控制策略研究都具有重要的意义。
　　本文开展了车轮构型参数和车轮运行状态参数对转向力学性能影响规律的试验研究。研究中针对四种主要的车轮构型参数，包括：车轮宽度、车轮直径、轮刺高度和轮刺个数，采用不同的设计参数，进行了车轮构型参数对于车轮沉陷量和车轮转向阻力矩影响的试验研究，得到了车轮构型参数对于转向力学性能的影响规律；同时，在不同法向载荷、转向速度和偏心距的条件下，进行了车轮的运行状态参数对于车轮沉陷量和车轮转向阻力矩影响的试验研究，得到了车轮运行状态参数对于转向力学性能的影响规律。并在试验研究的基础上，对车轮的驱动性能进行分析，发现增加车辆宽度会导致车轮的转向阻力矩增加从而降低其转向灵活性。该试验结果可用于车轮的最优设计和修正轮地相互作用力学模型。
　　经过系统的月球车车轮原地转向力学试验，对车轮转向特性有了深刻的认识，为了将转向力学理论运用到更多的领域，车轮转向力学模型是最有力的工具，本文针对具有代表性的一组试验进行模型研究。土壤力学特性参数是模型研究的基础，基于 Bekker半经验模型，建立了车轮转向时的沉陷量与转向阻力矩力学模型，但与试验结果对比发现模型的预测精度很低。所以在沉陷模型中引入函数化的沉陷指数，在转向阻力矩模型中引入轮刺推土效应与空穴效应的影响，修正了推导的模型，最终得到的转向力学模型可以预测月球车车轮的沉陷量和转向阻力矩，并与试验数据有很高的一致性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及来源

1.2 课题研究目的及意义

1.3国内外研究现状

1.4 课题研究的主要内容

第2章 车轮构型参数对转向力学性能的影响规律研究

2.1 引言

2.2 试验方案设计

2.3 车轮宽度对车轮转向性能的影响

2.4 车轮半径对车轮转向性能的影响

2.5 轮刺高度对车轮转向性能的影响

2.6 轮刺个数对车轮转向性能的影响

2.7 本章小结

第3章 车轮运行状态参数对转向力学性能的影响规律研究

3.1 引言

3.2 试验方案设计

3.3 转向速度对车轮转向性能的影响

3.4 垂直载荷对车轮转向性能的影响

3.5 偏心距对车轮转向性能的影响

3.6 本章小结

第4章 月球车车轮转向地面力学模型研究

4.1 引言

4.2 基于传统地面力学的原地转向模型研究

4.3 月球车车轮原地转向沉陷量模型建立

4.4 月球车车轮原地转向力矩模型建立

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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