火星车移动系统牵引性能测试装置研究

发布时间：2020-06-16 13:42

【摘要】：火星车移动系统在地面的性能测试是火星车在设计及实验验证阶段的一个重要组成部分。移动系统的性能测试主要包括牵引性能测试,真空环境耐疲劳特性等。火星车移动系统的牵引性能是影响火星车在太空环境中能否完成任务的主要因素。本文围绕火星车移动系统牵引性能的测试进行测试装置的研究,开展移动系统测试装置动力学模型的研究以及测试装置闭环控制律的研究,并进行试验验证,为未来火星车型号研制提供必要的技术支撑。针对火星车移动系统牵引性能的测试要求,研制了一套具有车轮速度跟随以及火星车移动系统牵引阻力加载能力的测试装置。在此装置的研制过程中完成了火星车移动系统牵引性能测试装置机械系统以及电气系统的设计,基于Labview Real-time模块完成了测试装置实时控制系统的设计,设计了人机交互软件界面,实现了测试装置的数据采集、处理及实验调试等功能。完成了火星车移动系统牵引性能测试装置硬件、软件系统设计。针对测试装置中车轮随动系统进行了链传动的运动学分析,通过分析链传动的特点得出了链传动的柔性运动特点;建立了车轮随动以及火星车牵引阻力加载系统的动力学模型,得到了系统摩擦阻力矩的辨识方法;在系统动力学研究的基础上,就移动系统牵引阻力加载系统、车轮随动系统分别设计了恒拉力闭环控制律、车轮速度随动控制律及同步控制律,并完成了稳定性分析。在火星车移动系统牵引性能测试实验部分,采用匀速空载、正弦空载跟踪的链传动测试以及移动系统与链传动同步运动、移动系统牵引阻力加载测试实验的方案。空载匀速的链传动实验,测试结果表明:链传动速度响应误差在5%以内,其自身阻力矩的大小为0.37Nm;通过链传动正弦空载跟踪的测试实验,得到了加载电机对反复加速减速的速度跟踪效果;火星车移动系统与测试装置的同步性实验结果表明:车轮随动系统具有良好的随动跟踪性能;对火星车移动系统牵引阻力加载的测试实验结果表明:牵引阻力加载的误差在5%以内,测试装置满足设计技术指标和功能要求。
【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】：V416;V476.4
【图文】：

崎岖地形,模拟装置,相互作用,沙箱

没有太多的研究。本实验室立足于航天，在星球车牵引性能测试年的研究，目前实验室已经研制成功用于测试车轮与土壤相互置。士课题来源于中国空间技术研究院《火星车初样性能测试系统移动系统牵引性能测试装置的研究。车移动系统牵引性能测试装置主要包括移动系统牵引阻力加载统，牵引阻力加载系统用于评估移动系统在行走过程中的牵引护的作用；车轮随动系统用于车轮行驶速度跟随，模拟车轮负况下的车轮工作性能[7]。，实验室现有的测试装置是采用车轮-土壤相互作用机理来测试。如图 1-1 所示，主要包括沙箱、二维摇臂转台系统、主支撑部行火星车的性能实验时，在沙箱中铺设有模拟火星壤，被测火星星车可以在沙箱内行走，沙箱四周有挡板，限制行驶范围；二维模拟崎岖地形，通过调整二维转台系统的 X 轴和 Y 轴的摆动角[9]。

轮胎性能,测试系统

图 1-2 轮胎性能测试系统[11]图 1-3 轮胎滚动阻力测试系统[12]另外，2005 年日本的普利司通成功研制了综合路面模拟技术[13]。可以通析各种复杂的路面情况，对轮胎的行驶状态进行预测。这项技术可以与该公司研发的地形结构模拟技术、浸水模拟技术以及雪地模拟技术组成全面的预测系统，适用于多种复杂的路面情况，为轮胎花纹的设计提供了很大的帮助根据不同路面设计不同轮胎花纹成为可能。为了解决轮胎在冰雪路况以及水况进行试验代价昂贵的问题，日本的住友橡胶工业公司研制了一种专门用用试轮胎在冰雪地面的附着力以及水滑性的装置[14-16]。整个实验在一个环境可的密闭仓内进行，实验环境可以根据实验者的需求进行调控，这使得试验能够进行，此外，该实验装置可以保证被测轮胎始终与新鲜的冰面接触，保证了实据的实时性与可靠性。如图 1-4 所示，是 NASA 赞助麻省理工大学研制的星球车测试平台，该测台主要进行车路与土壤相互作用的实验。可以测试车轮在行走过程中的各种性能、电机的驱动性能以及各种速度与加速度参数。研究人员们利用该装置进大量的试验研究，建立了关于星球车牵引力、土壤力学性能以及车轮驱动力矩

【参考文献】