载人月球车转向操纵控制及路感模拟技术研究

发布时间：2020-06-03 00:18

【摘要】：目前世界各国都在积极地探索地外天体,载人月球车作为宇航员探索月球执行科学任务的工具成为了研究的热点。地面车辆转向系统的发展趋势是轻量化和线控转向,而载人月球车类似于地面车辆,同样需要提高操纵稳定性,并得到可调节的路感,由此就带来了载人月球车操纵控制和路感模拟的问题。本文结合地面车辆的路感模拟技术和载人月球车的转向传动机构,完成了对载人月球车模型的转向盘操纵控制和路感模拟,并对搭建的路感模拟仿真平台进行相关仿真验证。本文首先分析了载人月球车特殊的转向传动机构形式,建立了线控转向系统的模型。结合载人月球车操纵动力学模型,建立了包含转向盘转向,车身侧向平移,横摆和侧倾四自由度的整车操纵动力学模型。在一定的转向盘转角输入下,对车轮转角和车身侧向加速度以及横摆响应进行了仿真分析。并且通过仿真得到转向机构中中央转向器臂断开点上的受力,对比了在月地不同重力条件下,载人月球车在不同行驶工况下的路感。然后,实现了转向系统的操纵控制。根据线控转向控制的主要目标,设计了PD控制器。建立了转向盘外部设备的参考转角,作为转向盘的跟踪轨迹。采用了新的差分方法求解转向盘角速度和角加速度,并设计了力矩观测器,实现对车轮行驶回正力矩和转向盘受到的手力的观测,对控制模型进行了改进。同时,在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,完成了对观测器和控制模型的仿真验证。其次,建立了路感计算模型。并根据转向机构的具体参数分析计算了从车轮传递到断开点处受力的比例大小,根据实验数据求得了关于弹性筛网轮的车轮行驶回正力矩的计算参数。参考地面车辆路感的各部分组成,针对载人月球车得到了相应的路感组成部分及其计算公式。并设计了各部分的权重参数和各部分计算参数,方便后续调节出需要的路感。最后,在Vortex多体动力学仿真平台中,结合控制模型和路感模型,完成了载人月球车路感模拟仿真系统的搭建。另外,为了实现对操纵者的视觉刺激,加入了月球表面地形,宇宙星空背景和远处运转的天体。完成了操纵控制的仿真分析,并根据设定的路感客观评价标准,通过调节路感参数最终得到了可以反映月面行驶车轮受力情况,并在一定速度范围内合理的路感。然后通过在不同路面上的仿真测试,验证路感模拟可以反映路面状况的不同。
【图文】：

宇航员,月球车,月壤,有效载荷

较为真实地反映载人月球车月面行驶路究现状车研究现状对载人月球车有不同程度的研究，一般按其上增载人月球车和有可增压装置载人月球车[6]。置载人月球车没有增压舱，或称为居住舱，宇航的科学探测任务[7]。人类登月任务的载人月球车是阿波罗月球巡游车[8航员。阿波罗 15，16 和 17 的宇航员正是凭借着，以及横越比早期任务中的宇航员更为广大的距地折叠，并在着陆后，借助于弹簧展开。其设计并轻松地在月球表面风化土地上移动。月球车是属的防滑条。设计师没有采用实心或充气橡胶轮是它的设计使用期并不长。

增压舱,月球车

展开进行工作。其基本参数为，整车空载质量 201kg，整车进速度最快为 10km/h-12km/h。AN 双模式载人月球车[6]，1989 年由 NASA 设计，车轮构型池进行供电，方便在美国的“90-Day-Study”月球基地概念所以又被称为“本地运输车”。舱的载人月球车配备有压力舱，因此宇航员在增压舱或居就可以工作，同时也就没有太多关于操作时间的限制，，便学任务。弗吉尼亚东理工学院的学生提出的可增压月球车[6]，它的增 4 米，长为 5 米的圆柱形舱构成，中间有通道相联。动力，最大速度 29.4km/h，常速可以达到 14.7km/h。采用 8.5续工作 14 天。如图 1-2 a)所示。极地月球车[9]，最大活动范围可达 100km，采用燃料电池，6kw，平均为 2.5kw 输出。自身可运输 500kg 的物品，而且载荷为 50kg，总重量为 23-25t，可连续工作六天。如图 1-
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V476.3;V448.2

【参考文献】