SOFT TERRAIN SPECTRUM CAUSING VEHICLE VIBRATION

The soft terrain spectrum is subdivided into three strands. i.e., the original spectrum,the effective spectrum and the rut spectrum. Accordingly, a device for measurements of all thesespetra is developed Based or its measuring results. a dynamic deformation model of theinteraction between vehicle and soft terrain and ancther modelof smoothing the enveloping pro-file of tyre contact area on soft terrain are proposed for further discussion of forming methanismof soft terrain spectrum which dominates vehicle vibration.

具有不确定滑转的轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法

轮式移动机器人在松软复杂地形条件下容易发生车轮滑转,影响轨迹跟踪精度.为提高机器人在该情况下的轨迹跟踪准确性,提出了一种基于容错控制的自适应滑转补偿控制器.首先,考虑车轮滑转率建立了四轮移动机器人运动学模型,并构建了相应的轨迹跟踪误差模型;然后,根据容错控制方法设计了滑转补偿项,并基于Lyapunov稳定性理论证明了自适应滑转补偿控制器的稳定性,实现了对由车轮滑转引起的速度误差的准确补偿;最后,利用四轮移动机器人进行了两种工况下的实验验证.结果表明,设计的控制器能够使移动机器人在未知的车轮滑转率条件下准确跟踪理想路径,并且相较于常规控制器有更强的鲁棒性和更高的跟踪精度.

基于轮力感知装置的软地面通过性测试系统

针对车辆的地面通过性试验方法主要局限于模型试验而缺乏实车试验的现状,提出了一套基于轮力感知装置的软地面通过性测试系统。系统以维轮力感知装置为核心,辅以轮速传感器、视觉传感器、GPS等多种车载设备。试验结果表明本文所提出的测试系统能够在多种软地面条件下完成牵引力、滑移率等通过性关键性指标的实时测量,进而为通过性地图的建立提供有力支撑。

一种多运动模式的软体爬行机器人

为了提高软体机器人对复杂地形的适应能力,提出了一种具有多运动模式的软体爬行机器人。首先,分别利用聚乙烯材质与聚丙烯材质的波纹管设计了软体爬行机器人的转向伸缩执行器与弯曲执行器,并通过浇注成型与3D打印技术制造了软体爬行机器人样机;其次,分析软体爬行机器人的平面直行、平面转向和平面杆过渡等运动模式,研究了软体爬行机器人的运动步态规律;再次,基于常曲率假设,分析压强与执行器弹性变形的关系,建立了执行器的运动学模型;最后,通过运动学试验,验证了执行器运动学模型的正确性,检验了软体爬行机器人在多模式下的运动能力。

松软地面机器系统研究进展

松软地面机器系统的理论研究,对农业、林业、矿业和军事等领域作业机械的发展具有重要的科学意义和工程应用价值。本文总结了松软地面机器系统基础理论,以及松软干沙地面轮壤关系最新研究进展;从土壤动物形态、结构和柔性方面阐述仿生脱附减阻机理,综述了地面机械触土部件的仿生理论基础;概括了用于地面力学特性测试的技术方法和地面机器系统研究的土槽测试系统;分析归纳了数值模拟方法在地面机器系统研究中的进展;进而对松软地面机器系统理论方法在触土部件和车辆行走机构中的应用研究进行了展望。

松软地面机械仿生理论与技术

生物经过长期与自然环境进行物质、能量及信息交换，造就了适应生态环境的生物系统和生存本领，许多科学技术难题在生物界已经获得圆满解决。现代测试技术和测试仪器的出现使得对生物结构、生物功能和生命过程的认识得到了惊人的进展，这为其他学科的研究及发展注入了新的活力，提供了全新的科学原理和技术方法。在工程科学领域中融入生物科学原理和方法进行生物科学与工程科学渗透交融的工程仿生学研究获得了长足的发展，生物科学、机械工程学与松软地面力学相互交叉形成的松软地面机械仿生学成为工程仿生学的重要内容。为解决地面机械在松软地面上工作或行驶过程存在的土壤粘附严重和通过性差两大技术难题，我国学者开展了以生物脱附原理及其仿生技术、仿生步行轮及仿生步行轮式气垫车和骆驼越沙机理及仿生轮胎为代表的松软地面机械仿生学的研究，本文对此进行了综合介绍。

仿螃蟹步行机构及其通过性试验

仿生步行机构的研究对于复杂地形的行走机构开发具有十分重要的意义。为了设计出性能优越、结构简单的仿生步行机构,通过分析中华绒螯蟹的行走步态,提出了仿螃蟹步行机构的设计方案。由于螃蟹尾端的两只步足较少参与行走,为简化设计,将步行机构设计成6足式,腿部运动由六连杆机构实现。利用三维建模软件CATIA建立了步行机构整体模型,并在ADAMS中完成了运动学分析,得到步行机构足端运动轨迹,结果表明该步行机构能够完成预期的动作。根据设计加工出样机,在非常规地面上与轮式模型车进行通过性对比试验,结果表明仿螃蟹步行机构在农业生产所涉及的松软地面上具有较高的通过性能,在崎岖硬地面上波动比轮式模型车降低5%-75%。该步行机构还可作为试验平台,通过对其腿部杆件尺寸和足端触地方式的优化,为开展提高步行机构在不同地面通过性提供基础研究设备条件。

考虑地面变形特性的车辆地面耦合系统的建模与仿真

利用虚拟样机技术,在ADAMS/View环境中建立某款铰接式自卸车的刚柔耦合的多体动力学模型,并通过整车道路模拟试验验证了模型的准确性。同时以汽车地面力学为基础,综合考虑轮胎与地面的接触变形特性,建立轮胎—变形地面接触模型,并将该模型以S-函数形式描述,生成Matlab/Simulink仿真模块。通过ADAMS/Control将车辆模型输出到Simulink中形成车辆模型子模块,与轮胎—土壤接触模型进行集成,从而建立考虑地面变形特性的车辆地面耦合系统模型及其仿真平台,为研究车辆地面耦合问题以及车辆系统的优化提供有效的方法和工具。

基于多体接触碰撞的松软地面车轮沉陷仿真

提出了一种大规模多体系统接触碰撞理论与车辆地面力学理论相结合的仿真方法,并基于多体动力学仿真平台开发了车轮土壤相互作用仿真模块。基于该方法建立的土壤动力学模型和车轮土壤接触碰撞模型,进行了车轮沉陷的仿真。根据记录,在普通配置台式计算机上模拟土槽系统30 s的运动,仅需20 min。在相同实验条件下,仿真结果与土槽实验结果趋势一致,仿真曲线与土槽实验曲线吻合良好。由此表明该仿真算法能够满足越野行驶仿真的需要。

履带车辆软地面稳态转向驱动力计算模型

通过对履带车辆稳态转向时接地履带剪切位移计算式的引入,根据接地履带与地面间的剪切应力与剪切位移及驱动力与剪切应力计算关系,考虑接地履带滑转(滑移)及转向中心偏移等因素,建立了履带车辆软地面稳态转向驱动力计算模型。参考某型号橡胶履带拖拉机已知参数进行了试验及仿真分析,仿真结果与试验结果有较好的一致性。

田间有效软路面谱的统计分析

本文利用专门研制的软路面不平度测定仪,测量了几种田间软地面的路面谱(原始地表路面谱、车辙谱和有效路面谱),根据试验数据统计出考虑了土壤和轮胎特性影响的有效软路面谱计算表达式。经试验验证,该公式的计算值和实测值吻合较好。

HN2500滩涂车辆设计与研究

试制了一种适合在沿海滩涂中行走的滩涂车辆 ,通过建立滩涂车数学模型 ,寻找增加它的通过性结构参数 ,并且对这种车辆的设计原理和工作过程进行了分析 .通过对其主要越野性能参数的模拟计算和单轮试验器的试验以及样车的初步试验 ,证明这种车辆能够在滩涂行走 .它基本探索出解决轮式车辆在沿海滩涂作业时通过性问题的路子 ,为开发滩涂机械提供了依据 .

四驱全地形车可变直径轮软土牵引特性分析

为解决常规地面车辆及传统车轮在沙地、滩涂等松软地域行驶或作业时存在通过性差、效率低、能耗大甚至无法行驶的问题,自主创新设计出四驱可变直径轮轻型全地形探测车,车轮具有可张开成为弹性步行轮和合拢成为刚性圆车轮2种工作轮态.基于贝克模型的经典地面力学理论,分别建立了可变直径轮张开轮及合拢轮态时与3种典型松软沙土交互作用关系的力学简化模型,计算并对比分析了可变直径轮两种工作轮态的挂钩牵引力和驱动力矩、牵引效率等随滑转率的变化关系及车轮接近角与沉陷量关系.结果表明车轮的挂钩牵引力、驱动力矩和牵引效率等均受到车轮滑转率及软土特性参数的制约,在松软路面上可变直径轮张开步行轮比合拢圆轮能产生更大的挂钩牵引力、驱动力矩、牵引效率和更小的沉陷量,更有利于提高车轮的软土牵引通过性.分析结果可作为后续实验研究对比的参考.

农用履带车辆软地转向特性建模与仿真

在履带车辆软地转向建模问题的研究中,为有效预测农用履带车辆在软地面上的转向特性,根据作用在转向车辆上的力和力矩建立了车辆稳态转向力学模型,进行了数值仿真,并对模型车辆进行了软地转向行驶试验。结果认为:当外侧履带打滑率增大时,履带车辆有效牵引力和内侧履带的打滑率逐渐增大,但转向力矩逐渐减小;当车辆转向比的减小时,履带车辆有效牵引力、内侧履带打滑率及转向半径随之减小,但转向力矩增大。建立的转向力学模型能够预测履带车辆的沉陷量、转向半径和内、外履带的打滑率,并且预测最大误差小于试验值的15%。研究结果为准确、有效地预测农用履带车辆软地转向性能提供了参考依据。

一种行星软着陆地形风险评估方法

提出了一种基于信息融合的行星软着陆地形风险评估方法.首先,对着陆导航相机采集的地形灰度图像和激光雷达采集的地形高程数据分别进行地形特征提取;其次,建立着陆区地形的模糊变量和隶属函数,利用模糊推理工具,完成相应的局部特征风险评估;最后,利用基于加权均值的决策级融合算法,完成最后的地形风险评估,给出着陆点分布.对三维数字地形图像的仿真实验表明,本文给出的地形风险评估方法能够有效的完成着陆点的精确选取.

适用于松软地面的可变形轮牵引特性分析

为解决常规地面车辆及传统车轮在水田、沙地等松软地面作业时存在的通过性差、效率低、能耗大甚至无法行驶的问题,设计了适用于松软地面的可变形轮。该车轮由变形机构、变形驱动机构和轮胎块组成,它能在有轮缘和无轮缘2种轮态间转换,实现步行和连续行走。基于Bekker模型的经典地面力学理论,分别建立了可变形轮步行及合拢状态时与3种典型松软土壤作用关系的力学简化模型,使用软件计算并对比分析了可变形轮2种工作轮态的挂钩牵引力、驱动力矩和牵引效率等随滑转率的变化关系及车轮接近角与沉陷量关系。计算结果表明车轮的挂钩牵引力、驱动力矩和牵引效率等均受到车轮滑转率及软土特性参数的制约,其中挂钩牵引力和驱动力矩随车轮滑转率的增大而增大,步行轮的挂钩牵引力和驱动力矩最大为3 990 N和2 395 N·m,合拢轮最大为1 435 N和1 390 N·m。在车轮半径一定时,牵引效率随滑转率的增大表现为先剧增到最大后缓降至零。步行轮和合拢轮的最大牵引效率分别为0.53和0.19,对应的滑转率范围分别为0.1~0.2及0.2~0.3。可看出松软路面上可变形轮步行轮比合拢轮能产生更大的挂钩牵引力、驱动力矩、牵引效率和更小的沉陷量,更有利于提高车轮的软土牵引通过性。最后对可变形轮进行了样机试制,并安装在基于沉浮结合式工作原理设计的水陆两栖全地形车上进行相关牵引力测试试验。当滑转率大于0.52和0.44时,步行轮和合拢轮分别出现驱动力不足的现象,记录相应的6个数据。试验结果与计算结果相差不超过10%,证明计算结果的正确性及可变形轮在松软地面的适用性。

驱动轮下有效软路面谱的预测

应用驱动型的软路面不平度测量仪测量了驱动轮下的有效软路面谱,分析了驱动力、轮胎接地比压、土壤特性对有效谱的影响关系。根据试验结果提出了有效软路面谱的预测计算表达式。经试验验证,该公式的计算值与实测值吻合较好。

基于三维地形匹配的月球软着陆导航方法研究

针对月球探测器定点着陆任务的需要,研究了基于三维地形匹配的导航方法。对三维地形匹配问题,将高程方差图局部极值点作为三维地形特征,在构建地形特征之间的相对位置与角度不变量的基础上,提出了基于投票的三维地形匹配策略。针对测量噪声统计特性的不确定性,将Sage-Husa噪声估计算子与迭代卡尔曼滤波相结合,通过对测量噪声进行在线估计有效避免滤波精度下降甚至滤波发散的出现。数字仿真结果表明所研究的导航方法能够有效地实现探测器相对位置和姿态的精确估计。

橡胶整体式履带板张紧力分析

从理论上对橡胶履带和刚性履带进行了力学分析,给出了2种履带模型。建立了2种履带的虚拟样机,通过仿真验证了橡胶履带在平稳性、松软路面的通过性上具有明显的优势。对仿真过程中橡胶整体式履带的张紧力变化进行了分析。所建模型及其仿真平台为履带预紧力的确定和履带的优化设计提供了有效手段。

履带喷雾车软路面越障性能分析

针对履带喷雾车软路面上越障能力差的特点,理论分析了喷雾车在平地和坡道上的跨越壕沟和攀越垂直壁的性能,并采用多体动力学软件Recur Dyn在粘土软地面条件下对履带喷雾车的越障性能进行了仿真验证,从而证明了理论分析结果的合理性,同时分析了重心位置和行驶速度对车辆攀越垂直壁能力的影响,结果认为喷雾车的重心位置沿纵向前后偏移0.1m对其攀越垂直壁能力的影响最小,喷雾车以车速1.0km/h攀越垂直壁时,行驶稳定性最好。研究结果为进一步改善履带喷雾车的越障性能提供了设计依据。