新构型无人平台行驶系统设计与分析

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未来复杂陆地战场环境,要求地面无人平台具备全地形环境高通过性能力。作为地面无人平台的“躯干”,行驶系统是决定地面无人车辆的道路适应性、越野能力、载重量、稳定性的决定性因素。国内外均开展了各种新构型轮式车辆行驶系统的研究,其中最具代表性的是美军的Crusher和MULE,这两类行驶系统均采用6×6纵臂式行驶系统,其地形适应性得到了增强,但存在侧向刚度低和差速转向难控制等问题。鉴于此,论文创新性的提出基于“三变”(变轴距、变轮距和变底盘高度)的6×6双横臂轮式地面无人平台行驶系统。该行驶系统既具有双横臂技术成熟的优点,又克服了纵臂式行驶系统的缺点。论文研究为未来新构型轮式无人平台行驶系统提供了一种新的思路,具有较高的理论意义和工程应用价值。论文提出了“三变”方案总体设计,完成了车辆动力学建模的理论分析和越障仿真验证,研究了越障控制策略以保证车辆操纵稳定性和越障能力,并对行驶系统的关键部件进行了有限元分析。主要研究内容如下:新构型无人平台行驶系统总体方案设计围绕“三变”机构展开,详细分析了“三变”机构组成和工作原理。车辆动力学建模基于魔术公式,就主动变轴距对整车行驶特性的影响进行了分析。针对无人平台对高机动能力的诉求,文章以跨越壕沟和攀爬台阶来衡量无人平台行驶系统的越障能力。针对越壕和越台阶两种特殊工况,文章基于变轴距和车姿调整的方法,分别提出对应的控制策略,研究了整个越障过程的难点,采用Adams越障动力学仿真,验证了基于“三变”越障控制策略的方案可行性。最后对新构型行驶系统进行有限元分析。根据静态跌落和低速冲击两种特殊工况下的Adams动力学仿真,求解各部件连接处的峰值载荷。通过在有限元分析软件中进行建模分析,求解各部件的位移云图和应力云图,进而优化结构和校核强度。
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