1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究意义

载人月球车是载人登月行动的重要工具，它能够携带大量科学探测仪器和航天员采集的月壤样本，以及作为航天员科学考察的代步工具，减少体力消耗，扩大在月球表面的活动范围。由于月球表面具有特殊的物理特性和较为恶劣的月面环境，载人月球车的设计需要更为严苛的技术要求，尤其对于月球车的移动系统，需要确保月球车具备较高的行驶速度，较强的障碍通过能力和合适的驾驶平顺性。

悬架是连接车轮与车体的重要部件，其传递整车载荷至车轮并隔离车轮与地面接触产生的振动。本课题针对载人月球车移动系统的悬架进行设计与研究，参考当前地面车辆采用的主动悬架，设计适用于载人月球车的主动悬架系统，包括基本结构与控制系统，并研究该主动悬架的性能以及对载人月球车驾驶舒适性和操纵性的影响。

1.2研究现状

目前载人月球车的研究较少，载人月球车的主动悬架研究则更少。阿波罗登月行动曾使用的三辆载人月球车是仅有的实际投入使用的载人月球车，其采用的扭杆弹簧双横臂悬架是被动悬架。因此本课题的主动悬架设计应主要参考地面车辆主动悬架的相关研究设计。

地面汽车的悬架大致可分为被动悬架和可控悬架。可控悬架则包括有半主动悬架和主动悬架，半主动悬架通过外界输入少量的能量实现阻尼元件阻尼系数或者弹性元件刚度的调节，主动悬架则需要输入较多能量实现额外主动力的控制，辅助控制振动，另外通过主动力可调节车身四角高度，控制车身姿态，使车辆在启动、刹车和转弯时产生的抬头、点头和侧倾得到修正，保持车身始终水平。

图1 车辆悬架原理示意图

主动悬架根据基本工作原理可分为液压式、气压式和电磁式，根据课题任务要求，载人月球车应主要考虑电磁式；电磁式根据作动器结构又可分为直线电机式和旋转电机式。其中旋转电机式的悬架系统存在较多机械结构，存在较大摩擦阻尼，可靠性难以保证，故作动器方案考虑采用直线电机式。

对于直线电机式主动悬架的相关研究，国内外已有较多案例。University of Sheffield的J. Wang进行了直线电磁作动器的设计、集成及控制研究，考虑温度的影响并建立了模型，最终设计的作动器样机峰值推力1354N，均方值推力达到了518N，1/4车辆模型的仿真显示车体的加速度有明显的降低。Eindhoven University of Technology的Bart L.J. Gysen等为BWM530i研发了一种直驱主动悬挂，如图2所示,其主要结构包括圆柱永磁作动器以及与之并联的一个弹簧，实验表明该主动悬挂在每消耗47W功率的情况下，簧上质量的加速度降低了36%。国内，西安科技大学的寇发荣设计了一种直线电机式悬架的作动器，如图3所示，利用有限元软件Ansoft分析作动器的电磁场分布，并结合有限元模型设计了作动器样机，分析了作动器的性能以及对部分参数进行优化；并设计了基于LQR和准比例谐振的悬架内外环控制策略，仿真分析表明该主动悬架的簧载质量加速度降低了27.49%，悬架动挠度降低了24.26%，轮胎动载荷降低了17.22%。江苏大学的汪若尘对直线电机式主动悬架进行建模分析，采用电流滞环控制与最优控制的方法控制直线电机作动器的输出力，试验表明该主动悬架能有效改善车辆舒适性与行驶安全性。

图2 BWM 530i主动悬架	图3 主动悬架直线电机作动器

目前已经实际运用在车辆上的直线电机式主动悬架较少，有资料记载的有Bose公司研发的悬挂，其在线性电磁电机、功率放大器、控制算法系统和运算处理速度等方面取得了突破，实车演示中表现出极佳的减震性能，但其由于重量较重，且成本较高，因此没有得到大范围的应用。

图4 Bose公司主动悬架示意图

当前国内外对于直线电机式主动悬架的研究多处于仿真分析和试验验证阶段，尚未有实际应用的案例。而直线电机式主动悬架的核心——直线电机的设计关系到主动悬架能否实现预期功能，目前其存在的问题有重量、推力密度、推力稳定性等，需要在结构和控制策略方面进行改进。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

本研究课题针对载人月球车，设计适合的主动悬架系统。主要采用理论计算、有限元仿真、动力学仿真等研究方法对该主动悬架系统进行设计研究和仿真分析，本论文的主要主要研究内容如下：

（1）载人月球车基本技术指标确定

3. 研究计划与安排

1~3周：查阅相关文献，完成开题报告及英文文献翻译。

4~5周：设计载人月球车的三维模型，包括月球车及悬架的基本结构

6~7周：设计直线电机作动器，完成机械结构的三维模型和电气部分

4. 参考文献（12篇以上）

[1]士元.国外月球车一瞥[j].国际太空,2013(12):64-68.

[2]蒋云峰. 载人月球车移动系统的关键技术探讨[a]. 中国宇航学会深空探测技术专业委员会.中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集（上篇）[c].中国宇航学会深空探测技术专业委员会:中国宇航学会深空探测技术专业委员会,2011:5.

[3]邓宗全,范雪兵,高海波,丁亮.载人月球车移动系统综述及关键技术分析[j].宇航学报,2012,33(06):675-689.