載人月球車故障模式及其驅動策略研究.pdf

1、載人月球車作為我國載人探月計劃中重要的運載工具，是宇航員在月面行走、月壤運輸過程中必不可少的裝備。載人月球車常采用線控四輪輪轂電機驅動方式，該方式降低了整個傳動系統(tǒng)的體積和質量，提高了驅動效率，更重要的是每個驅動電機集成與車輪內，通過柔性線纜連接，容易實現(xiàn)整車懸架及車身的折疊。但是，采用四個輪轂電機作為動力源，增大了載人月球車整個驅動系統(tǒng)失效的幾率。宇航員駕駛載人月球車遠離著陸器，在未知、復雜月面行走時，一個或多個電機故障，會降低整車的

2、驅動性能及通過性，對宇航員的安全造成重大影響。因此，研究載人月球車在故障模式下，如何幫助宇航員成功返回著陸器具有重要意義。
　　本文的主要內容包括以下幾個方面：
　　首先，文章研究了永磁無刷直流輪轂電機的故障類型，及不同故障類型產生原因和故障后果。針對永磁無刷直流輪轂電機常見的繞組短路故障、繞組斷路故障、定子溫度故障、軸承故障、控制器過溫、控制器過流、控制器欠壓故障建立了基于信號處理的電機狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用6

3、個傳感器來分別監(jiān)測和采集電機三相繞組電流信號、軸承振動信號、控制器和定子溫度信號，實現(xiàn)對永磁無刷直流電機的狀態(tài)檢測和故障診斷。
　　其次，定義和劃分了載人月球車牽引驅動系統(tǒng)的故障模式，按照電機故障是否可逆，將其劃分為致命故障和嚴重故障兩類，再與載人月球車故障車輪的位置、故障車輪數(shù)量組合，形成80種故障模式。并建立了差速側滑轉向式載人月球車在平坦月海上直線行駛、轉向行駛、爬坡、越障的動力學模型，利用Adams仿真軟件求解其在不同故障

4、模式下的對直線行駛、轉向行駛、爬坡、越障性能的影響，為載人月球車在不同故障模式下能否返回著陸器奠定理論基礎。
　　最后，針對載人月球車致命故障模式下，能否安全返回著陸器問題進行研究。結合月面月?；韭窙r特征，建立了載人月球車在故障模式下返回著陸器的路況，路況由平坦月海、5°斜坡和80mm臺階組成。分析了制約載人月球車及宇航員在以上工況下能否返回著陸器的三個因素，分別為故障模式下能否克服斜坡和障礙物，以及能否在宇航服工作時限內返回著