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在星球車中,懸架是星球探測車移動係統的重要組成部分,其主要作用是將車身與車輪(或車軸)連lian接jie起qi來lai,傳chuan遞di作zuo用yong在zai車che輪lun和he車che身shen間jian的de力li和he力li矩ju,緩huan和he星xing球qiu表biao麵mian傳chuan給gei車che身shen的de衝chong擊ji載zai荷he,衰shuai減jian由you此ci引yin起qi的de係xi統tong振zhen動dong,保bao證zheng探tan測ce車che的de行xing駛shi平ping順shun性xing,保bao證zheng車che輪lun在zai路lu麵mian凸tu凹ao不bu平ping時shi有you理li想xiang的de運yun動dong特te性xing,保bao證zheng探tan測ce車che的de穩wen定ding性xing。可ke以yi說shuo懸xuan架jia結jie構gou形xing式shi和he性xing能neng在zai一yi定ding程cheng度du上shang決jue定ding了le星xing球qiu探tan測ce車che的de運yun動dong能neng力li,而er且qie關guan乎hu係xi統tong性xing能neng。
按控製方式,懸架可分為主動懸架、被動懸架兩大類,被動懸架又分為彈性懸架、搖臂式懸架等多種形式。
1)彈性懸架
20世紀60年代到80年(nian)代(dai),是(shi)星(xing)球(qiu)探(tan)測(ce)車(che)的(de)早(zao)期(qi)發(fa)展(zhan)階(jie)段(duan),這(zhe)一(yi)階(jie)段(duan)開(kai)發(fa)的(de)星(xing)球(qiu)探(tan)測(ce)車(che)對(dui)設(she)計(ji)壽(shou)命(ming)和(he)設(she)計(ji)行(xing)程(cheng)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao),直(zhi)接(jie)來(lai)源(yuan)於(yu)地(di)麵(mian)車(che)輛(liang)的(de)彈(dan)性(xing)懸(xuan)架(jia)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。
典型的基於彈性懸架的無人月球車是前蘇聯開發的Lunokhod 1&2月球車。這兩輛月球車分別於1970年和1973年登陸月球,其車輪模塊安裝在儀器艙上,用一套由扭杆彈簧組成的彈性懸架完成對月麵形貌的適應,如圖1所示。
典型的基於彈性懸架的載人月球車是美國在APOLLO 15、16和17任務中使用的LRV月球車。LRV的懸架由扭杆彈簧和阻尼器等組成,如圖2所示。

圖1 前蘇聯的Lunokhod月球車
圖2 美國Apoloo月球車
2)搖臂式懸架
1990年美國JPL(噴氣推進實驗室)的Bickler提出了著名的Rocker-bogie懸架結構,此後眾多的研究人員對此進行了研究,並取得了大量的研究成果。美國已經發射的4輛火星車,即“索傑納號”、“勇氣號”、“機遇號”、“好奇號”,均采用搖臂式懸架而且實際工作表現大大超過預期,如圖3所示。我國“玉兔”號月球車也采用的是這種搖臂式懸架,如圖4所示。
搖yao臂bi式shi懸xuan架jia極ji大da地di提ti高gao了le星xing球qiu探tan測ce車che的de探tan測ce能neng力li,並bing已yi經jing成cheng為wei目mu前qian主zhu流liu懸xuan架jia結jie構gou形xing式shi。搖yao臂bi式shi懸xuan架jia不bu包bao含han彈dan性xing元yuan件jian,僅jin僅jin通tong過guo杆gan係xi和he鉸jiao將jiang車che輪lun和he車che身shen連lian接jie起qi來lai。這zhe種zhong結jie構gou形xing式shi不bu但dan能neng承cheng載zai車che身shen,固gu定ding車che輪lun,而er且qie還hai可ke以yi通tong過guo搖yao臂bi的de調tiao整zheng作zuo用yong,使shi移yi動dong係xi統tong能neng被bei動dong地di適shi應ying複fu雜za地di形xing,從cong而er提ti高gao星xing球qiu探tan測ce車che的de運yun動dong靈ling活huo性xing、地形的順應性和越障能力。

圖3 Rocker-bogie懸架

圖4 “玉兔”號月球車的懸架結構
3)主動懸架
上(shang)述(shu)兩(liang)種(zhong)懸(xuan)架(jia)均(jun)屬(shu)於(yu)被(bei)動(dong)懸(xuan)架(jia),而(er)主(zhu)動(dong)懸(xuan)架(jia)依(yi)靠(kao)驅(qu)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)改(gai)變(bian)懸(xuan)架(jia)的(de)狀(zhuang)態(tai),對(dui)懸(xuan)架(jia)形(xing)態(tai)的(de)恰(qia)當(dang)控(kong)製(zhi),能(neng)夠(gou)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)的(de)發(fa)揮(hui)懸(xuan)架(jia)的(de)適(shi)應(ying)地(di)形(xing)能(neng)力(li)和(he)輔(fu)助(zhu)越(yue)障(zhang)能(neng)力(li)。地(di)麵(mian)上(shang)的(de)越(yue)野(ye)車(che),在(zai)通(tong)過(guo)複(fu)雜(za)地(di)形(xing)時(shi)改(gai)變(bian)質(zhi)心(xin)高(gao)度(du),就(jiu)是(shi)主(zhu)動(dong)懸(xuan)架(jia)的(de)一(yi)種(zhong)應(ying)用(yong)。
美國是最早開展星球車主動式懸架研究的國家,例如采樣返回漫遊車SRR(Sample Return Rover)是JPL於1997年開始開發的輕型探測車,如圖5所示,其采用四輪搖臂式行走結構,包括一個可變搖臂關節,可以調節側翼角度,實現下蹲、直立和向左或右傾斜;可以根據地形情況調節車體離地間隙和進行探測車姿態調節。

圖5 SRR的姿態調節功能
火星是太陽係中與地球最相似的行星,火星探測是近年來國內外深空探測的熱點。火星表麵地形複雜,既有陡坡、dashikuaiyeyousongruandeshadi。meiguohuoxingchezaihuoxingbiaomiantansuodeguochengzhongjiuzengjingyudaonanyifanyuedeshatuzhidoupo,yezengjingxianrudaoshatudangzhongwufayidong,yiner,ruheranghuoxingcheshiyinghuoxingbiaomianfuzadedixingchengweijidaijiejuedewenti。
火星車以自主行駛為主,容易造成車體被石塊“托底”情況,火星表麵土壤存在塌陷的可能,存在車輪被陷死的可能。主動懸架能夠合理的調整懸架的形態,實現車體高度、角jiao度du的de變bian化hua,抬tai起qi某mou個ge車che輪lun,避bi免mian車che體ti被bei石shi塊kuai卡ka住zhu,減jian少shao車che輪lun下xia陷xian。另ling外wai,主zhu動dong懸xuan架jia有you利li於yu火huo星xing車che與yu著zhe陸lu模mo塊kuai的de壓ya緊jin釋shi放fang設she計ji,在zai火huo星xing車che與yu著zhe陸lu模mo塊kuai沒mei分fen離li前qian,主zhu動dong懸xuan架jia處chu於yu壓ya縮suo狀zhuang態tai,使shi火huo星xing車che車che體ti與yu車che輪lun均jun能neng夠gou與yu著zhe陸lu模mo塊kuai保bao持chi接jie觸chu,簡jian化hua壓ya緊jin設she計ji;在解鎖後,主動懸架伸展,火星車處於“站起”狀態,分離簡單。
因此,為適應火星複雜地形環境,提高越障能力和脫困能力,同時滿足壓緊、釋放設計需求,火星車懸架采用主動懸架是一種技術發展趨勢。
duizhudongxuanjiadeshejieryan,zuiguanjiandeshizhudongxuanjiajigoudesheji。yibancaiyongliangzhongshixiansixiang。yizhongsilushizaibeidongxuanjiajigoudejichushangjinxingmouzhongtianjiahuogaijin,shibeidongxuanjiabianweizhudongxuanjia,yejiushibeidongxuanjiazhudonghuasixiang。zheyisixiangdetedianshikeyichongfenjichengyiyoudebeidongxuanjiagouxing,shejiheshixianxiangduijiandan,danxuanjiadezhonggounenglihuishoudaoyuanyougouxingdeyingxiang。lingyizhongsilushicaiyongquanxinshejidezhudongjigouhezuodongqi,tongguojigouzishendebianxingnengli,shixianzhenggexuanjiaxitongdegouxingkezhonggou。zheyishixiansiludetedianshijigoushejishifenfuza,danxuanjiazhonggounenglihao,zonghexingnenghao。
目前更多的主動懸架火星車設計實現是基於被動懸架主動化思想而開發,通常又采用以下兩種途徑:
(1) 主動關節式懸架機構
通(tong)過(guo)對(dui)被(bei)動(dong)懸(xuan)架(jia)運(yun)動(dong)機(ji)構(gou)添(tian)加(jia)電(dian)機(ji)和(he)致(zhi)動(dong)器(qi),將(jiang)某(mou)些(xie)被(bei)動(dong)關(guan)節(jie)轉(zhuan)化(hua)為(wei)主(zhu)動(dong)關(guan)節(jie),從(cong)而(er)使(shi)懸(xuan)架(jia)機(ji)構(gou)能(neng)在(zai)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)協(xie)調(tiao)下(xia)進(jin)行(xing)重(zhong)構(gou),實(shi)現(xian)懸(xuan)架(jia)的(de)變(bian)形(xing)能(neng)力(li),進(jin)而(er)提(ti)高(gao)對(dui)地(di)形(xing)的(de)順(shun)應(ying)性(xing)。
(2) 混合輪腿式懸架機構
zaicheshenhuobeidongxuanjiadejichushang,tongguofujiazhudonghunheluntui,shixianxuanjiaxitongdekezhonggou。zheyishixiantujingfuyulehuoxingcheyidongxitongyidingdekezhonggounenglihezhudonglunbunengli,tigaoleduifuzalumianheturangtiaojiandeshiyingxing,danduoluntuidexietiaoyundongkongzhixiangduifuza。
利用主動懸架移動係統,可以實現三種運動模式:
a.被動懸架運動模式
主zhu動dong懸xuan架jia火huo星xing車che構gou型xing采cai用yong通tong用yong配pei置zhi參can數shu,並bing保bao持chi主zhu動dong懸xuan架jia機ji構gou的de主zhu動dong關guan節jie鎖suo定ding,此ci時shi的de懸xuan架jia為wei被bei動dong懸xuan架jia,處chu於yu對dui環huan境jing的de被bei動dong適shi應ying狀zhuang態tai。當dang火huo星xing車che在zai平ping坦tan的de硬ying路lu麵mian上shang運yun動dong時shi,適shi合he采cai用yong這zhe種zhong模mo式shi。
b.主動懸架運動模式
在zai此ci模mo式shi下xia,主zhu動dong懸xuan架jia機ji構gou的de主zhu動dong關guan節jie將jiang解jie除chu鎖suo定ding,主zhu動dong懸xuan架jia火huo星xing車che的de構gou型xing可ke以yi根gen據ju環huan境jing的de變bian化hua進jin行xing主zhu動dong調tiao節jie。這zhe種zhong模mo式shi適shi合he於yu不bu平ping坦tan和he不bu規gui則ze的de路lu麵mian狀zhuang況kuang。
c.輪步運動模式
在(zai)此(ci)模(mo)式(shi)下(xia),火(huo)星(xing)車(che)具(ju)有(you)輪(lun)步(bu)運(yun)動(dong)能(neng)力(li)和(he)蠕(ru)動(dong)運(yun)動(dong)能(neng)力(li)。這(zhe)種(zhong)模(mo)式(shi)適(shi)合(he)難(nan)於(yu)通(tong)過(guo)的(de)非(fei)粘(zhan)性(xing)軟(ruan)土(tu)壤(rang)和(he)複(fu)雜(za)的(de)環(huan)境(jing)情(qing)況(kuang)。當(dang)火(huo)星(xing)車(che)處(chu)於(yu)深(shen)陷(xian)狀(zhuang)態(tai)而(er)無(wu)法(fa)脫(tuo)離(li)時(shi),也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)這(zhe)種(zhong)特(te)殊(shu)模(mo)式(shi)下(xia)脫(tuo)離(li)困(kun)境(jing)。
總之,具有主動懸架的火星車,可以更好地適應火星複雜的環境,滿足任務的需要,具有良好的發展前景。(南山)

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