多年来,车辆和机器人领域的研究人员一直致力于设计和研发可运行在非结构地形下,且具有良好越障能力和越障稳定性的行驶系统。得到国家高技术研究发展计划“863”计划的资金支持,本文设计研究的两自由度铰接车体能够通过改变自身的车体结构,被动地适应地形,在复杂的地面环境中,仍能保持良好的地形通过能力和抗倾翻性能。该铰接车体的前后两部分车体由2自由组合铰连接而成,铰接中心打开围绕x、z两个方向旋转的自由度,通过车架的改动降低车架的扭转刚度,减小整车的扭角,整车的扭转应力大幅降低。铰接车体依靠自身机械结构的变形来顺应地势的起伏,可获得充足的行驶驱动力,整车的越障性能得到提高。越障时,铰接车体跟随地势的变化,前后车体的运动状态不同,单车体和整车的质心运动轨迹也各不相同。独特的行驶方式,使得整车和分车体质心的运动变化规律更加复杂。为研究铰接车体在非结构地形下的运动特性,本文围绕三维空间的运动建模、理论分析、试验对比、应用仿真这一主线,展开研究。建立相对准确的运动模型,是研究铰接车体运动特性的基础。非结构地形下,铰接车体的前车体、后车体,铰接装置的运动和旋转构成了复杂的多刚体系统,位置、速度、加速度、角速度的变化,使得整车处于不同的行驶姿态。铰接车体的位姿,速度和加速度随着地势的起伏变化而变化。考虑后车体的俯仰,横摆和侧倾运动,前车体相对后车体的横摆和侧倾运动等因素的影响,建立三维空间下的铰接车体的正运动学模型。从转向几何学入手,详细剖析铰接车体的转向过程。简化基础模型后,推导出转向角输入,车体绝对横摆角速度输出的传递函数。实车稳态回转和阶跃响应试验获得的实测数据与动力学模型仿真结果趋势一致,从而验证三自由度运动数学模型的合理性。非结构障碍特征是非结构地形区别平坦地形的重要特点,轮地接触点不在同一平面内。铰接车体的位置和姿态变化,受到地形和自身几何关系的影响。利用各刚体质心连体坐标系相互的转换关系,由轮胎接地点坐标,建立铰接车体的逆运动学模型,反求轮胎接地点输入变化位移量,铰接车体的运动姿态。将非结构地形转化为左右侧不同运动方程输入给轮地接触点,讨论左右侧为对称和非对称地形,并带有转向的情况下,整车的运动姿态和行驶特性。仿真结果表明,车速和障碍幅值的变化,影响整车和单车体的俯仰、侧倾和滚动角速度。车速越快,障碍幅值越大,角速度变化越剧烈,平动和转动能量越大,越容易发生动态失稳。即使在非结构地形下,铰接车体也能保持良好的越障稳定性,尤其体现在横向抗倾翻稳定性方面,这是由铰接车体的机械结构决定的。单车体在某一时刻失稳,由于铰接车体上2自由度组合铰的存在,整车也可能继续保持稳定状态。单车体是否稳定,组合铰的铰接状态与整车的稳定性息息相关,整车的最终失稳,受到多方面因素的影响。针对单车体相对独立的稳定状态以及单车体之间的铰接状态共同决定的整体稳定性,提出关联稳定性概念。从横向与纵向,静态与动态两部分四个方面着手研究其越障稳定性,为评价铰接车体的关联稳定性,提出关联稳定度的稳定性指标来描述铰接车体的这一性质。利用由多体动力学理论推导并得到试验验证的基础模型,仿真前后车体相对侧倾角,转向角,车速等因素变化对关联稳定性的影响。总结出铰接车体低速驶上前后车体所处坡度角不同的障碍地形时,前后车体坡度角成角方向相反,整车相对稳定,转向有助于提高整车的关联稳定度；前后车体坡度角成角方向相同,整车不稳定,转向促使整车的关联稳定度变差的规律。本文的创新点：1.提出可被动适应地形,主动转向控制的铰接车体结构。2.考虑前后车体的纵向、横向、垂向受力,俯仰、横摆、侧倾力矩,四轮驱动力,轮胎变形等多种影响因素,结合车辆和机器人研究领域的基础理论,建立非结构地形下铰接车体的运动模型。3.提出关联稳定性概念,静态和动态关联稳定性的研究在于强调铰接车体的某一单车体倾翻失稳后,由于车体上的组合铰结构,该单车体还将旋转一定角度直至碰到限位挡块,前后车体才保持相同的状态继续运动的过程。