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不同转向方式月球车转向系统动力学建模及能耗分析

赵佃秀  
【摘要】: 月球车是携带有效载荷完成特定科学探测任务的车辆。作为月面探测的工具平台,月球车将负载各种科学考察仪器对月面进行巡视探测,所以月球车的行走性能关系到月面探测任务的执行过程和效果。 月球表面复杂的土壤及其它环境条件对探测车的自主行驶提出了很大挑战。在探测车的路径跟踪、机动和紧急避障中,转向系统担负着重要功能。为提高探测车在松软土壤上的转向性能,本文针对松软路面的特性,深入研究了探测车六轮转向系统的动力学问题。 本文在掌握土壤的物理特性、土壤的承压、剪切等力学特性以及朗肯被动土压力理论的基础上,完整地推导了松软路面上的转向动力学方程,给出了六轮差速转向及独立转向月球探测车的转向运动学公式,进行了相应的简化。 为了比较分析两种转向方式的月球车在松软路面上的能耗,本文在建立两种转向方式月球车转向系统动力学模型的基础上,通过分析差速转向的侧向速度、独立转向的转向轮转向角及各个车轮的行驶轨迹,建立了两种转向方式月球车的能耗模型。并且在预定的工况下,通过MATLAB可以仿真得到相应的能耗曲线和能耗三维图。 研究月球车及车轮的力学性能时,理论上需要用月壤进行试验,但目前尚难以实现。仿真技术现在已成为机械系统分析、研究、设计中不可缺少的重要手段,在降低系统的研制成本、缩短产品试验周期方面起着越来越重要的作用。本文使用ADAMS中的IMPAC功能来模拟月壤环境。 本文给出了建立仿真平台的详细流程,通过计算使两种转向方式月球车在同一工况下进行仿真,得到相关参数的仿真曲线,并利用ADAMS/Postprocessor的后处理功能,得到两种转向方式月球车的各阻力、阻力矩能耗和总能耗。


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