针对半转机构月球车的结构特点,对月球车在任意路面的越障能力进行了分析。由于任意路面越障模型相对复杂,可以建立的独立平衡方程数目少于未知变量数,为此提出了一种新的越障能力评价指标,指出摩擦力解空间的可行域面积越大,轮腿越障能力越强;当轮腿所受摩擦力可行域不存在时,机构将不具有初始条件下的越障能力。建立了在约束条件下月球车在具有坡度地面和一定越障高度的越障力学模型,并通过寻找轮腿所受摩擦力解空间可行域的方法,对单轮腿在具有坡度地面上单独前进越障性能进行了仿真研究。仿真结果表明:在越障高度及与地面接触角相同的情况下,后轮腿的越障能力比前轮腿强。

为提高月球车的越障性能,结合月球表面形状特征,设计出一种新型特种车辆行走机构.提出该特种车轮腿机构类型综合的方法,按设计目标要求从平面五杆机构中优选出月球车轮腿设计方案,使新型月球车具有较强越障能力.该特种车轮腿结构简单,腿结构通过悬架与车身弹性相连并形成封闭三角形结构,根据月面形状的变化合理设定典型月面形状下各轮腿姿态,稳定性及月面适应性得到提高.运用虚拟样机技术对月球车在复杂月面的运动情况进行了仿真分析.

设计了一种车轮直径可变的月球探测车,由装在轮毂内的电机驱动车轮收缩和张开,车轮直径变化范围为200～390 mm。应用地面力学方程和月球表层土壤(以下简称月壤)参数计算预测了车轮的挂钩牵引力。并由探测车的准静态力学方程得到了车轮的越障阻力,提出了一种新的算法,考虑后轮和松软路面的作用,得到了前车轮最大越障高度与车轮直径变化之间的关系。分析表明,可变直径车轮使月球探测车具有更好的通过性能。

基于变质心想法,提出了新型变质心月球车构想。为确定变质心在四轮月球车应用的可行性,通过对月球车进行越障性能的理论分析,分别建立了该月球车两前轮、两后轮、单个前轮、单个后轮四种情况下越障的数学模型,通过对其进行求解,给出了四种情况下月球车越障高度和车辆几何参数间的关系;分析了变质心对车辆越障性能的影响,最后对其进行了仿真验证,结果表明了变质心月球车越障的优越性。

为提高月球车的越障能力,重点考虑提高车轮的越障能力,成功研制了一种采用扭杆弹簧和磁弹簧减振器 并联悬架,且每个行星车轮独立驱动的月球车。在行星车轮不翻转越障条件下,推导了月球车两个前行星车轮同 时越障时可以爬过的垂直障碍高度与车辆参数的关系,并进行了ADAMS仿真。对行星轮式月球车进行了动力学 分析,确定了行星车轮的等效地面不平度函数,并在此基础上建立了7自由度月球车振动系统模型,根据模型的 计算结果确定了扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的最佳参数范围。同时,进行了月球车爬坡试验和垂直越障能力试验 研究,还模拟月球的低重力环境进行了整车的低重力试验。

为确定行星轮式月球车的垂直越障能力 ,通过简化力学模型 ,给出了两个前轮同时越障、两个后轮同时越障和单个车轮越障这 3种情况下行星车轮可以爬过的垂直障碍高度与车辆参数之间的关系 ,同时给出该车可以越过的最大垂直障碍高度 .并且用ADAMS软件对这 3种情况进行了仿真分析 .仿真分析表明 ,理论推导结果是可靠的