为了探究城际动车组永磁直驱转向架区域的积雪结冰问题，基于某城际动车组全尺寸三车模型，采用Realizable k-ε湍流模型的非定常雷诺时均方法（unsteady Reynoldsaveraged Navier-Stokes, URANS）和离散相模型（discrete phase model, DPM），在环境温度-30℃及动车运营速度160 km/h的仿真条件下，分别研究了永磁直驱转向架区域与普通转向架区域的风雪运动特性.研究结果表明：永磁直驱转向架与普通转向架相比，转向架区域流场结构复杂度低，气流流动较为顺畅，虽然转向架积雪较多，但去除电机部分积雪后，总的积雪质量减少了23.83%，制动夹钳总的积雪质量比普通转向架模型减少了78.368%.可见，在永磁直驱转向架中，大部分积雪附着在永磁直驱电机的表面，而其他部位，尤其是制动夹钳表面的积雪较少.考虑到电机在运行过程中会发热，这种热效应能够融化表面积雪，使得电机表面的积雪量减少.基于这些特点，采用直驱形式的城际动车组转向架在解决积雪和结冰问题上展现出明显的优势.

当高速列车在高寒雨雪地区行驶时，转向架区域容易形成积雪，对高速列车的安全行驶造成威胁。在积雪轨道上行驶的高速列车，其转向架区域积雪中雪粒来源于地面积雪，因此基于壁面切应力，建立风致积雪雪粒运动模型，研究地面积雪中雪粒在列车风作用下的运动情况。采用欧拉-拉格朗日方法，基于雪粒沉积准则，建立转向架区域雪粒沉积边界模型，研究风致雪粒运动情况下转向架区域积雪分布。研究结果表明：高速气流在转向架正下方区域出现高速上扬的现象；转向架区域的车体板件、构架和轴箱等为主要的积雪部位；转向架区域雪粒沉积数量与转向架的位置、雪粒的密度和直径及壁面条件有关。

高速列车在低温雨雪环境下运行时很容易在转向架区域形成积冰并严重劣化转向架动力学性能、威胁列车的运行安全。为了研究转向架区域的积冰过程，采用准瞬态的方法将积冰过程分成多个计算循环，每个计算循环由网格生成、流场计算、水滴和雪粒计算、转向架积冰和网格变形等组成，积冰过程采用基于壁面水膜流动的明冰模型。本研究中共进行三次计算循环，研究转向架各部件上水滴和雪粒的分布和收集系数，分析转向架各部件的积冰质量以及转向架积冰速率与时间的关系。研究结果表明，转向架区域的积冰主要分布在底部迎风面(构架底部、前后制动装置底部)、两侧垂向减振器和抗蛇行减振器、后制动装置、枕梁上表面以及前后轴箱等部件；构架、枕梁和前后制动装置上的积冰约占转向架总积冰质量的60%；三次计算循环中转向架区域总的积冰速率不断增大。

研究了月球车六轮摇臂转向架机构的优化设计问题。在分析了月球车移动机构行走及越障等任务要求的基础上,提出了摇臂转向架机构的性能评价指标,包括4个方面。针对性能评价指标,对月球车摇臂转向架机构进行了多目标优化设计。仿真实验表明采用优化设计得出的机构参数可以有效地提高月球车移动机构的行走及越障性能,为车体的机构系统设计提供理论依据。

基于摇杆-转向架机构月球车机构原理图建立相应的正向运动学坐标变换方程,得出各相应关节相对参考坐标原点的位姿,依此求出车体中心速度;再在各轮和铰相对右后轮高度差已知的情况下建立逆向运动学方程,给出求解相应关节相关参数的方法。

对轮式移动系统进行越障分析时,常以垂直越障作为评价标准。但是,月球车在凹凸不平的月面上行驶时,垂直越障模型不具有一般性。为此,本文对基于摇臂-转向架结构月球车在任意路面的越障进行了研究。一般情况下,由于任意路面越障模型相对复杂,可以建立的独立平衡方程数目少于未知变量数,因此无法得到越障能力与路面参数的函数关系式。针对上述问题,文中将最大有效牵引力假设引入越障模型中,得到了一种任意路面越障能力的判断准则。通过算例分析,表明了所提方法的有效性。

在崎岖不平的月面上,具有良好的越障能力对月球探测移动系统完成预期科考任务至关重要.垂直越障和爬坡能力是越障能力分析的重要指标.以摇臂-转向架六轮结构移动系统为研究对象,对其垂直越障能力、爬坡能力与路面牵引系数的关系进行了定量分析研究.通过算例仿真了路面牵引系数对车体越障及爬坡能力的影响关系.

为评价6轮摇臂-转向架式月球探测车的地面通过性,分析了其失去越障通过性的类型,确定了通过性几何参数,推导了失去通过性的条件,包括车身悬起和越过垂直障碍失去通过性的条件,由此对越过壕沟失去通过性的条件进行了分析,确定了月球探测车悬起失效、越过垂直障碍、跨越壕沟的极限尺寸,并给出了运用ADAMS软件仿真越过垂直障碍过程时各车轮所受正压力曲线.最后,对探测车原理样机的地面越障通过性进行了模拟实验.

为研究月球探测车移动系统,基于月球的复杂环境特征,确定月球探测车移动系统应具备的主要功能。在对以往的腿式、轮式和履带式等各类型移动系统结构特点综合分析的基础上,确定六轮摇臂-转向架式移动系统的设计方案,该系统具有性能优越、自适应能力强等特点。通过深入研究该系统的具体结构,得到其主要的技术性能参数。并对其轮系结构、转向机构、能源系统的特点及所涉及的关键技术进行深入探讨。

为解决轮式移动机器人在崎岖地形中的运动问题,提出了基于摇杆-转向架的带有弹簧和移动滑块的月球车运动学分析方法,在此基础上详细分析了HIT-1型月球车的3D运动机制,推导了月球车的正向运动和反向运动求解.通过使用弹簧和关节滑块改变车体的质心分布,可加强车体运动重构性,提高车体的牵引力,有效地规划和控制月球车的动作.