侧偏滑转复合工况下星球车轮地作用力学模型研究

摘要

随着深空探测的逐步开展，作为探测器组成部分的星球探测车，承载着搭载各种科学仪器在外星球表面自主移动的任务。运行于崎岖不平的未知外星球表面对于星球探测车而言是一个较大的挑战。星球地面的松软崎岖特性导致星球车轮易出现纵向滑转、纵向滑移及侧向滑移等运动失效现象。车轮侧向滑移会给星球车的移动与导航控制带来较大困难，严重的甚至会导致星球探测任务的失败，但是，相关的研究相对较少。因此，对于轮地作用侧偏力学的研究显得尤为重要。
　　试验是研究轮地作用力学最直接也是最有效的手段。在分析轮地作用的状态后，将其合理地分为纯滑转工况、纯滑移工况、纯侧偏工况、侧偏滑转复合工况和侧偏滑移复合工况，并阐明相互之间的联系与区别。针对纯滑转工况、纯侧偏工况和侧偏滑转复合工况设计系列试验，探究车轮运行状态参数对轮地相互作用力学的影响规律，为后续理论分析、模型推导和土壤力学参数辨识奠定基础。
　　轮地相互作用力学模型是地面力学理论应用的基础。在轮地作用系列试验和对传统轮地相互作用力学模型深入分析的基础上，重新定义车轮滑动表征量，分析侧偏滑转复合工况下的车轮沉陷机理和轮刺效应并给出相应的预测模型和修正方法，提出最大应力角的计算方法。基于以上成果，建立轮地相互作用侧偏滑转复合力学模型并分析其预测性能。
　　在分析轮地相互作用侧偏滑转复合力学模型耦合度的基础上，给出基于积分模型的土壤参数辨识方法。采用应力分布线性化的方法，对积分形式的轮地相互作用力学侧偏滑转复合力学模型简化，建立了解析解耦形式的轮地作用模型。基于解析解耦模型，给出适用于土壤力学参数实时辨识的方法。
　　综上，本文在一系列轮地作用试验的基础上，建立了能够统一描述纯滑转工况、纯侧偏工况和侧偏滑转复合工况的积分形式和解析解耦形式的轮地相互作用力学模型，并基于该模型给出辨识轮地接触角参数、土壤承压特性参数、土壤内剪切特性参数和土壤-金属外剪切特性参数的方法。

目录

第1章 绪论

1.1课题来源及研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题的主要研究内容

第2章 轮地相互作用侧偏滑转复合力学试验研究

2.1引言

2.2轮地相互作用工况分析

2.3试验装置及试验设计

2.4试验结果分析

2.5本章小结

第3章 轮地相互作用侧偏滑转复合力学建模

3.1引言

3.2传统轮地相互作用力学模型预测性能分析

3.3滑动表征量定义

3.4车轮沉陷模型的建立

3.5轮刺效应分析

3.6轮地相互作用侧偏力学模型

3.7本章小结

第4章 侧偏滑转复合力学解析模型及参数辨识研究

4.1引言

4.2侧偏滑转复合力学积分模型的耦合度分析

4.3基于积分模型的土壤参数辨识研究

4.4侧偏滑转复合力学解析解耦模型

4.5基于解析解耦模型的土壤参数辨识研究

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文及其它成果

声明

致谢