月壤特性对月球车轮地相互作用力的影响

为了了解月壤特性变化对于月球车轮地相互作用的影响,对月壤的物理和力学特性参数进行分析,制作模拟月壤进行土壤参数测量实验和月球车轮地相互作用实验.根据实验数据及轮地相互作用力学模型进行模拟月壤参数的估计和辨识,将典型月壤参数带入模型进行理论分析和数值分析,并与试验中获取的车轮土壤相互作用数据进行对比.结果表明:土壤的承压特性参数主要影响车轮沉陷量,车轮驱动阻力矩主要受土壤的剪切特性影响,反映土壤物理特性的接触角系数变化对于轮地作用影响相对较小.该研究为进行月球车车轮力学性能的全面分析和月壤参数辨识等的应用提供了理论基础。     

星球车车轮的滑转率估计方法

未来的勘探任务要求星球车自主运行于复杂的星球表面,车轮滑转率的有效估计是星球车高性能移动控制的关键.基于车辆地面力学理论,建立了基于滑转率的车轮-土壤相互作用力学积分模型,推导了积分模型中集中力的解析表达式.针对模型方程组的高度耦合性和复杂非线性,分析了模型参数间的耦合关系;结合被动滑转原理和参数关系分析结果,系统研究了星球车车轮的滑转率估计方法.通过开展轮壤相互作用试验,将车轮滑转率的模型计算值与试验所得值进行比较,验证了积分模型滑转率估计方法的正确性.     

鼓形驱动轮与松散沙土相互作用力学分析

为给月球车结构设计、运动控制和模拟仿真等提供必要的轮-地相互作用理论模型,基于车轮与松散沙土间的承压、剪切特性理论,建立了鼓形驱动轮与松散沙土相互作用力学模型.通过分析轮-地接触法向应力与切向应力分布,考虑最大法向应力向车轮前方偏移的现象,引入最大法向应力角随滑转率变化的理论公式,分析鼓形轮运动特性指标与松散沙土力学参数及车轮参数间的定量关系.依据松散沙土力学参数测量,指出剪切变形模量与接地比压的定量表达式,通过分析鼓形轮的接地面积,确定对应于载荷的剪切变形模量值.利用月球车车轮运动性能综合测试系统进行了鼓形轮在松散沙土上的滚动力学实验,结果验证了利用该理论模型预测鼓形轮运动性能的可行性.     

弹性轮与地面相互作用建模及仿真

以半经验法为指导思想,应用弹性轮与地面相互作用的假设模型,建立了弹性轮所受地面推力和阻力的显式解和数值解的求解方法。选择有代表性的指标来评价通过性能。应用面向对象的VC++语言编制出仿真分析软件,仿真结果与试验结果趋势一致。并以胎压为例分析了车轮和地面参数对结果的影响。     

钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化

设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测. 基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分. 以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证. 结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.     

基于高斯混合模型的驾驶员个人特质辨识

为实现不同类型驾驶员个人特质辨识,基于d SPACE实时仿真平台搭建了驾驶员使用模式信息采集系统,对30名被测驾驶员在典型工况下的使用模式进行了信息采集;采用高斯混合模型建立了驾驶员个人特质辨识模型,选取三类典型驾驶员模本对模型进行了参数训练;利用得到的优化参数对测试驾驶员进行了个人特质类型识别测试,并应用试验设计方法对辨识方法进行了优化分析。测试结果表明,提出的基于高斯混合模型的驾驶员个人特质辨识方法能够有效辨识驾驶员类型。     

基于ARMA模型的桥梁结构模态参数辨识研究

模态参数辨识是对结构进行动力损伤诊断的前提,本文介绍了一种通过建立ARMA模型来辨识结构工作模态参数的方法.待检结构在环境激励下发生自由振动,用位移传感器测出振动响应数据,据此建立适当阶数的ARMA模型,并估算模型参数.根据模型参数与系统模态参数的关系算得模态参数.最后用稳定图法剔除虚假模态,确定结构真实模态.重点讨论用ARMA时序模型进行模态频率辨识的问题,并通过一个简支梁振动试验对该方法进行了验证,将试验结果与随机子空间法和ANSYS建模分析法的计算结果对比发现,3种方法识别出的前三阶模态频率基本吻合,且满足精度要求,说明在激励数据未知的情况下,基于ARMA模型的模态参数辨识法能够准确地识别出系统的模态参数.     

基于ISSA的STATCOM模型参数解耦辨识研究

为获取准确的静止同步补偿器模型参数以满足电力系统日益精细化的仿真要求,文中提出一种基于改进樽海鞘群算法的静止同步补偿器模型参数解耦辨识方法.首先基于现有静止同步补偿器机电暂态模型,建立满足暂态仿真计算要求的静止同步补偿器数学模型;然后对樽海鞘群算法进行改进,并将其应用于静止同步补偿器模型参数辨识;最后,针对模型结构耦合导致多参数辨识结果精度不高问题,提出基于STATCOM模型dq轴参数解耦辨识策略,分两步对模型参数进行辨识.仿真算例证明该算法能快速准确的辨识模型参数.     

汽车高速紧急避障路径跟踪与主动防侧翻控制

为提高匹配机械弹性车轮汽车在高速紧急避障时的效率与安全性,在Simulink中建立了整车非线性八自由度模型,并基于车轮样机台架试验数据,利用Matlab遗传算法工具箱对机械弹性车轮模型参数进行分级辨识.综合考虑行驶车速、轨迹跟踪误差、方向盘转角以及侧翻评价指标,建立了八自由度驾驶员—汽车预瞄跟随闭环系统模型.分析了汽车在不同行驶车速时所需的方向盘角输入信息与侧翻状态响应,总结出汽车高速转向时的侧翻动态特性.为高速安全通过规划的避障路径,在转向控制驾驶员模型基础上建立了速度控制驾驶员模型,当侧翻评价指标超过安全阈值时利用制动踏板降低车速,当纵向车速小于期望安全车速时利用加速踏板提高车速.仿真分析表明建立的高速避障路径跟踪与控制策略能高效完成避障路径跟踪,同时能有效降低紧急避障时的侧翻风险.     

灰箱辨识在连续回转电液伺服马达中的应用

为能准确地获得新型连续回转电液伺服马达系统的性能参数,建立了系统的灰箱辨识模型,采用灰箱建模理论进行参数辨识,通过matlab辨识工具箱利用液压系统已知的参数来辨识难以求得的参数.该辨识是一种基于系统物理结构和输入输出测量数据的方法,不但利用了系统的先验物理知识,而且考虑了过程噪声所造成的模型不确定性,能够很好地把握实际系统行为的本质.实验结果证明:该方法对于获得准确液压系统性能参数,建立一个准确模型是非常有效的.     

Wheel slip-sinkage and its prediction model of lunar rover

In order to investigate wheel slip-sinkage problem, which is important for the design, control and simulation of lunar rovers, experiments were carried out with a wheel-soil interaction test system to measure the sinkage of three types of wheels in dimension with wheel lugs of different heights and numbers under a series of slip ratios (0–0.6). The curves of wheel sinkage versus slip ratio were obtained and it was found that the sinkage with slip ratio of 0.6 is 3–7 times of the static sinkage. Based on the experimental results, the slip-sinkage principle of lunar’s rover lugged wheels (including the sinkage caused by longitudinal flow and side flow of soil, and soil digging of wheel lugs) was analyzed, and corresponding calculation equations were derived. All the factors that can cause slip sinkage were considered to improve the conventional wheel-soil interaction model, and a formula of changing the sinkage exponent with the slip ratio was established. Mathematical model for calculating the sinkage of wheel according to vertical load and slip ratio was developed. Calculation results show that this model can predict the slip-sinkage of wheel with high precision, making up the deficiency of Wong-Reece model that mainly reflects longitudinal slip-sinkage.     

复合材料深空探测车车轮的设计

运用地面力学与高等土力学的相关知识,对给定土壤参数的刚性轮-土壤的相互作用做了定性分析,获得了探测车行驶阻力与其所受的垂直载荷的相互关系。根据分析结果,提出了利用低密度的夹层复合材料制造探测车车轮的设计思想。     

月球车不等径车轮在土壤上滚动的力学分析与实验

月球车车轮的结构特征及其与土壤相互作用的力学特性对月球车的运动性能有着重要的影响.文中研制了一种具有抗侧滑特性的月球车不等径刚性车轮.基于车辆地面力学中车轮与土壤间的承压、剪切特性理论,提出了该不等径刚性车轮与松软土壤上滚动作用的修正模型,并采用迭代算法对车轮外形参数与力学特性参量的相互关系进行了计算和对比分析.利用Reece强制滑转原理设计了一套实验装置,进行了不等径刚性车轮在松软土壤上滚动的力学特性参量测试,验证了所建立模型的正确性.     

基于地面力学的变质心月球探测车移动性能

简要介绍了变质心月球车(CMR-1)的设计要求和机械结构,并基于地面力学的知识,从分析月球车轮地接触力学特性入手,对变质心月球车行走过程中车轮下陷量、运动阻力和牵引力等进行了分析。通过对移动性能的分析,得到了构型参数(车轮参数、质心位置)和地形参数与下陷量、运动阻力、牵引力等性能参数间的关系曲线,给出了月球车车轮、质心位置和轮距等构型参数的设计原则,论证了质心对于月球车移动性能的重要性。最后对变质心月球车进行了仿真分析,验证了其优越的越障性能。     

月球探测车车轮数目的选取

为合理确定月球探测车车轮数目,借助地面力学的相关知识,考虑到车轮行驶时的沙土回弹沉陷量,建立了车轮前进与转弯时的轮地接触模型,进而推导了单个车轮的前进总阻力矩、转弯总阻力矩以及驱动力矩计算表达式。在一定范围轮宽与轮径条件下,得到了单轮驱动力矩、前进阻力矩和转向阻力矩与沉陷量之间的关系曲线。通过分析找到使车轮驱动效率较大的沉陷量区间。以此为基础,给出了合理选择车轮数目的操作流程图,并比较了不同轮数探测车的优缺点,可为全面合理确定车轮数提供参考。     

轮式月面巡视探测器月面牵引性能的预测

通过室内土槽试验和颗粒流数值仿真相结合的方法对轮式月面巡视探测器的轮土交互作用、车轮的牵引特性和轮下土壤变形和破坏进行了深入探讨。以吉林省火山喷发物为原料进行了模拟月壤的配制。设计并制造了深空探测车车轮牵引特性试验台并进行了不同轮齿构型车轮的牵引特性试验,获得了基础性的试验数据。考虑月壤结构松散、颗粒细小、流动性强的离散特征,采用颗粒流法分析了地面重力场下探测车轮下模拟月壤的扰动破坏、土体内接触力的分布、颗粒速度矢量的变化,获得的车轮牵引特性参数与土槽试验数据进行了对比,进一步对车轮在月面环境下的牵引性能做出了预测。     

异极型径向磁轴承的非线性解析模型

针对异极型径向磁轴承（HeRMB）气隙磁密分布和电磁力的计算,建立等效磁路法和气隙磁导函数相结合的非线性解析模型.通过计算磁轴承磁路各部分的集中磁导,建立计及饱和效应的等效磁路.采用考虑齿槽效应和转子偏心的气隙磁导函数计算气隙磁密分布,得到作用在转子上的电磁力,利用有限元验证了该解析模型的计算精度. 利用建立的解析模型,研究偏置电流的影响和耦合效应.结果表明,偏置电流的变化对电磁力特性有很明显的影响;当转子无偏心时,X、Y 2个方向相互解耦,当转子有偏心时,2个方向之间会有耦合.     

车辆作用下的公路简支梁桥测试频率

应用达朗伯(D'Alembert)原理和欧拉-柏努利梁(Euler-Bernoulli)假设,建立了多个车辆-桥梁系统相互作用的理论模型。利用模态分析方法,使车辆-桥梁系统方程解耦,基于广义坐标的自由振动理论,对用广义坐标矩阵形式表示的解耦后的运动方程用固有振动理论求解,从而得出多个车辆作用下的桥梁有载频率。对于中小跨径的公路桥梁,往往采用单个车辆激振桥梁,激振后停于桥上,因此推导出了单个车辆作用下的桥梁有载频率解析表达式。讨论了车辆的位置、弹簧刚度、簧上质量、簧下质量和桥梁有载频率与桥梁固有频率差值之间的关系。