极端环境下月球车起动能力研究

为评估月球车的起动能力,建立了刚性车轮与松软月壤间的轮-地作用模型和车轮驱动电机的有限元模型.应用车辆地面力学理论分析了月球车载荷、车轮半径、车轮宽度、轮刺高度及月壤剪切特性参数的变化对起动初始时刻车轮所受阻碍转矩的影响.分析结果表明,减轻载荷和减小车轮尺寸能够降低起动难度,而月面不同位置下月壤参数的差异可能导致起动难度悬殊.计及月面昼夜巨大温差对磁钢磁性能和绕组电阻的影响,仿真了恒定母线电流下电机的电磁转矩,并结合气隙磁场分布分析了转矩脉动的原因,设计制作了一台样机,样机实验结果与仿真结果基本吻合.仿真结果表明,电机的起动性能对温度变化极其敏感.低温环境下,电机不仅可以获得较大的驱动电流,而且相同电流下输出转矩能力更强.因此,合理设计车轮、慎重选择停车位置和起动时间有助于月球车的起动.     

极限温度下月球车轮驱动电机带障运行性能预测

月球车在月面极端恶劣环境下长时间运行,很难得到维护,预测故障发生后其车轮驱动电机的运行性能对月球车运动控制系统的可靠性研究有重要意义。建立了室温下电机的有限元仿真模型,通过修改材料属性,对月面极限温度下电机性能进行了预测;对正常运行时的模型施加故障条件,仿真了电机带障运行时的电流和电磁转矩波形,与正常运行时进行了比较和分析。仿真结果表明：电机发生故障后,车轮无法自主起动,但在某些故障条件下,电机仍然具备一定的转矩输出能力。实验结果证明室温时模型在额定转速附近具有较好的精度。研究结论为电机的性能预测和故障诊断以及月球车可靠性分析提供了参考。