载人月球车作为我国载人探月计划中重要的运载工具,是宇航员在月面行走、月壤运输过程中必不可少的装备。载人月球车常采用线控四轮轮毂电机驱动方式,该方式降低了整个传动系统的体积和质量,提高了驱动效率,更重要的是每个驱动电机集成与车轮内,通过柔性线缆连接,容易实现整车悬架及车身的折叠。但是,采用四个轮毂电机作为动力源,增大了载人月球车整个驱动系统失效的几率。宇航员驾驶载人月球车远离着陆器,在未知、复杂月面行走时,一个或多个电机故障,会降低整车的驱动性能及通过性,对宇航员的安全造成重大影响。因此,研究载人月球车在故障模式下,如何帮助宇航员成功返回着陆器具有重要意义。本文的主要内容包括以下几个方面:首先,文章研究了永磁无刷直流轮毂电机的故障类型,及不同故障类型产生原因和故障后果。针对永磁无刷直流轮毂电机常见的绕组短路故障、绕组断路故障、定子温度故障、轴承故障、控制器过温、控制器过流、控制器欠压故障建立了基于信号处理的电机状态监测及故障诊断系统,该系统采用6个传感器来分别监测和采集电机三相绕组电流信号、轴承振动信号、控制器和定子温度信号,实现对永磁无刷直流电机的状态检测和故障诊断。其次,定义和划分了载人月球车牵引驱动系统的故障模式,按照电机故障是否可逆,将其划分为致命故障和严重故障两类,再与载人月球车故障车轮的位置、故障车轮数量组合,形成80种故障模式。并建立了差速侧滑转向式载人月球车在平坦月海上直线行驶、转向行驶、爬坡、越障的动力学模型,利用Adams仿真软件求解其在不同故障模式下的对直线行驶、转向行驶、爬坡、越障性能的影响,为载人月球车在不同故障模式下能否返回着陆器奠定理论基础。最后,针对载人月球车致命故障模式下,能否安全返回着陆器问题进行研究。结合月面月海基本路况特征,建立了载人月球车在故障模式下返回着陆器的路况,路况由平坦月海、5°斜坡和80mm台阶组成。分析了制约载人月球车及宇航员在以上工况下能否返回着陆器的三个因素,分别为故障模式下能否克服斜坡和障碍物,以及能否在宇航服工作时限内返回着陆器。提出针对载人月球车出现单电机致命故障、两电机致命故障、以及三电机致命故障时,如何才能返回着陆器的驱动策略,该策略能够解决载人月球车在单电机致命故障模式、两电机致命故障模式及三电机致命故障模式下安全返回着陆器。