# 冰雪表面原地轮胎摩擦试验设备设计方案

版本：v0.35　｜　日期：2026年10月15日　｜　交付阶段：设计评审与厂家询价

## 1　设备要解决的问题

本设备用于比较冰雪表面处理前后的纵向滑动阻力。试验时，试样和轮轴都保持原位，充气轮胎持续自转；加载机构使轮胎缓慢接触试样，再维持50—100 N的目标轮载。同步记录纵向力、法向力、轮速、垂向位置、温度和胎压，得到规定条件下的摩擦系数及其随时间的变化。加减速用于建立和结束工况，首版先研究稳定轮载下的摩擦。

首选构型仍为四脚开放机架：试样位于独立地面，设备站在预留的金属支脚区域，轮组能够升降和停机换点。该构型便于直接测试箱内铺设的冰雪，也保留拆分运输到其他试验地点的能力。其关键限制是反力、脚底抗滑和箱底局部承载；这三项必须与轮载和速度一起确认。

本轮交付把充气轮调整、结构布置、传感控制和样机验收组织成一套评审资料。图纸用于讨论尺寸、核对接口和报价。轮辋、六轴传感器安装面、低温制动器及箱底结构还没有实物或准确厂家图，相关加工接口在图中保留待核定状态。

## 2　需求与能力边界

| 需求编号 | 内容 | 当前决定或状态 | 对设计的影响 |
|---|---|---|---|
| R01 | 运动关系 | 轮轴不平移、试样不平移，轮胎原地自转 | 首版测固定区域滑动阻力及表面演化 |
| R02 | 研究阶段 | 稳态轮载摩擦；加减速建立和结束工况 | 采用悬空加速、缓接触、短时测量的顺序 |
| R03 | 首版轮载 | 50—100 N；150 N作为后续扩展比较 | 先闭合50—100 N控制和测量能力 |
| R04 | 轮胎 | Kenda K909，200×50，充气、有内胎 | 新轮架须避开更大的胎面、气门嘴和轮毂包络 |
| R05 | 胎压 | 原厂目录50 psi，约0.345 MPa可接受 | 首版不再沿用0.5 MPa作为该轮的目标压力 |
| R06 | 速度 | 60 km/h保留为胎面线速度争取目标 | 不据目录轮径认定整轮具备低温高速能力 |
| R07 | 测量时长 | 5—10 s或更短 | 实际有效窗口由载荷稳定、热效应和信噪比决定 |
| R08 | 方向 | 只研究沿前进方向的纵向阻力 | 不增加侧偏或转向执行机构 |
| R09 | 环境 | 先适配约−20 ℃、−30 ℃ | 器件温度范围和冷态测量误差分别确认 |
| R10 | 运行空间 | 全部运动在关门后的环境箱内 | 控制、供电和采集需通过可用穿线接口连接 |
| R11 | 换点 | 相邻点停机抬轮后手动移位并锁紧；远处拆分搬运 | 移位时不带着旋转轮组移动，测试时不解锁 |
| R12 | 地面 | 四脚小范围允许露出金属面，测试区保留冰雪 | 支脚不直接压在待测试雪层上 |
| R13 | 固定条件 | 无已确认的结构固定点 | 配重和正向约束属于待比较配置 |
| R14 | 搬运 | 可拆卸运输；质量限制可放宽，先完成实验功能 | 便携性按拆分质量、体积、装配和复校验证 |
| R15 | 软件 | 本地控制板/控制器执行，箱外电脑设定和保存数据 | USB可作为上位机连接候选，不承担独立保护 |
| R16 | 预算 | 初始5—10万元，会议提到5—8万元；合理时可调整 | 报价必须包含机械、电控、采集、低温适配和调试 |

真实行驶滑移率需要轮心前进速度与轮胎圆周速度。本装置没有前进速度，因此数据不能直接标作自由滚动、制动滑移率曲线或飞机着陆摩擦系数。设备仍可用于同一轮胎、轮载、温度和作用时间下的表面处理比较，但向真实跑道推广需要另设对应试验。

会议中提到的“测量宽度90 cm”已由用户撤回。总装占地、附近换点行程和轮胎接触宽度是三个不同量，后续图纸分别标注。纯冰、冰基覆雪、压实雪以及早期“蓝冰处理层”的表面名称由实验线统一；设备线提供厚度和空间能力，不冻结实验分组。

## 3　测量链和输出

测量链为：设定环境与轮速 → 悬空加速并记录无接触基线 → 缓慢接触 → 依据校正后的法向力维持轮载 → 记录短时摩擦 → 卸载离面 → 停转 → 移到新点。

主结果采用直接测力得到的纵向力与法向力：

`μ(t) = |Fx_contact(t)| / N_contact(t)`

计算只在法向力有效、载荷和轮速达到规定稳定条件、传感器未饱和、时间同步有效的区间内进行。每次测试同时保留接触前、接触过渡、有效测量和卸载阶段的原始数据；平均值不能覆盖过冲、跳动或表面快速变化。

六轴传感器记录的是安装位置处的合力和合矩。测量轮组自重、安装方向、质心偏置、转动反力及温度零漂均会进入输出。原始Fz不是接触轮载；应先通过传感器标定矩阵、坐标转换和同温度悬空基线换算。若安装结构中有刚性旁路，部分试样力绕过传感器，换算关系便不成立。

电机转矩用于独立一致性检查和功率评估，不能只把驱动器显示值除以轮半径当作主摩擦结果。需要区分：

`T_drive = T_contact + J_equivalent·α + T_bearing + T_belt + T_other_losses`

首版优先稳态窗口，使角加速度项尽量小；冷态悬空同速基线仍需记录。接触力对应的有效半径也需要依据轮胎压缩状态确认。

数据输出至少包括测试编号、配置版本、表面编号、时间戳、原始六轴信号、校正后Fx与N、轮速、Z位置、驱动转矩估算、状态机状态、温度、胎压、保护状态、有效窗口标记、校准文件版本和操作者备注。保存原始记录与处理参数，避免只导出一列平均摩擦系数。

## 4　结构与参数组织

设备分为固定底座、手动位置调节模块、Z升降与保持模块、测量轮组、旋转驱动、传感采集、保护罩与外置控制柜。底座承担对地反力；测量轮组内的受力通过主传感器回到升降机构；电机、轴承、传动和轮胎之间必须保持可说明的力路径。

新轮架按K909的名义Ø200×50建立评审几何，并设置Ø220×70的胎体留空比较包络。该留空值是本轮布置假设，不是原厂尺寸，也不覆盖全部轮毂、气门嘴、皮带轮和工具空间。实际安装仍需匹配轮辋和实物轮胎尺寸。

本轮总装尺寸、桥梁净距、轮轴坐标、支脚位置、调节行程和材料截面统一从`parameters.json`读取；图纸尺寸和模型应与同一参数文件对应。图中外形占位件用于核查空间，不作为采购件的加工图。设计、校核和审核栏在相应责任人完成审查后签署。

| 新布局项目 | v0.35评审参数 | 定义和状态 |
|---|---|---|
| 正常总装包络 | 750×900×940 mm | 本轮模型的外包络，尚不含全部护罩与线缆 |
| 四脚中心 | X=±300 mm，Y=±375 mm | Z=0为金属地面；每块脚板150×150 mm |
| 框架顶与截面 | 顶面Z=900 mm；50×50×3 mm | 截面为当前建模候选，连接与材料需详细设计 |
| 正常轮轴 | Z=180 mm | 名义Ø200轮对应Z=80 mm试样面，未计轮胎和雪层变形 |
| 邻近换点 | Y=−150…+150 mm | 手动调节，停机后操作，测试时锁紧 |
| Z布置比较 | −40…+80 mm位移 | 用于空间检查；实际有效行程尚未验收 |
| 轮架 | 两侧内面Y=±76 mm；桥梁Z=335…355 mm | 放宽轴向净空间，并将旧低桥梁上移 |
| 轴与轴承 | Ø20 mm轴；轴承中心Y=±65 mm | 轴承配合、精度、冷态型号和轮辋传动接口待核定 |
| 传动 | 电机带轮30T，轮端45T，5 mm节距 | i=1.5评审候选；带长、张紧和低温系列未冻结 |
| 电机轴 | X=−160 mm，Z=350 mm | 参考143 mm法兰电机的布置位置 |

新v0.35模型列入63个结构或器件包络，参考质量合计85.11 kg，参考重心约[X=5.66，Y=−28.64，Z=467.95] mm；移动总成约24.71 kg，测量侧约22.04 kg。此合计缺全部紧固件和连接板、完整包容/皮带护罩、线缆接头、准确执行器/传感器/制动器版本以及可选配重和分载板。它只能用于本轮布局比较，不能据此认定实机重量或减重已经完成。模块拆分还需独立承托与拆装顺序。[本轮质量与布置](mass_layout.json)

旧v0.31的参考总装包络为750×900×957 mm，模型质量约100.15 kg，测量轮组约29.10 kg，Z与轮组的移动质量约43.69 kg。这些是旧实心轮模型比较值；新轮、轮辋、转接件、线缆和现场配重会改变质量和重心。最终加工、承载和搬运验收使用实际称重结果。

旧Ø125轮的共同支承梁与名义Ø200×50轮胎包络已经发生重叠，新方案必须调整局部桥梁、轴承和测量轮组。不能只在旧总装图片上放大轮胎后交给厂家。

## 5　轮胎、轮辋和旋转驱动

### 5.1　轮胎规格

采用Kenda K909作为第一版轮胎依据，准确目录料号为109090301B0；目录给出8×2 / 200×50、BLK 4P TT、光面花纹和50 psi。K909同名花纹也有其他尺寸，采购时应同时核对料号、胎侧、内胎和轮辋，不以搜索标题中的“K909”作为一致性证据。[Kenda K909原厂规格](https://wheelchair.kendatire.com/en-us/find-a-tire/wheelchair/powerchair-scooter/k909/)

胎压、轮载和接触压强分别记录。胎压是轮胎内部气压；轮载是轮胎对试样的法向力；平均接触压强为`N/A`，其中A是该轮载、胎压、温度和表面条件下的真实接触面积。N=100 N、目标平均压强0.5 MPa对应A=200 mm²，1 MPa对应A=100 mm²，只是面积需求量级。不能用胎压代替接触压强，也不能预先用`A=N/胎压`认定轮印。

轮胎冷却后气压会变化。以20 ℃表压0.345 MPa为起点，理想恒容比较在−20 ℃、−30 ℃分别约0.284、0.269 MPa；实际还受轮胎体积和温度梯度影响。每次记录同一状态下的实测胎压与温度。回温过程也应检查压力，冷态补气不能忽略回温后的压力增加。

### 5.2　轮辋和轴接口

优先比较成熟匹配轮辋加定制传动转接件。公开200×50轮辋例WHL-220F为分体铝轮辋、10 mm自由轴和6200Z轴承，与现有20 mm主动轴不直接兼容。该例用于暴露接口差异，尚未选为本机轮辋。[供应商匹配轮辋示例](https://cart.electricscooterparts.com/front-mag-rim-for-200x50-tires)

取得轮辋后需确认胎圈、内胎/气门嘴空间、轴向宽度、法兰或键连接方式、许用转矩、速度/载荷条件、轴向限位及平衡能力。压力轮辋沿用成熟配套结构；传动转接件独立设计。没有实物和准确图时不从“200×50”反推胎圈、螺栓孔或轮辋壁厚。

### 5.3　速度与动力量级

名义Ø200 mm轮胎实现60 km/h胎面线速度，轮速约1592 r/min。Fx=100 N时，名义轮转矩10 N·m，理想摩擦功率约1.67 kW。旧1:1传动在效率假设0.90下需约11.11 N·m电机转矩，超过参考电机9.8 N·m额定值；首选比较传动比`i=电机转速/轮速=1.5`，电机约2387 r/min，稳态摩擦项约7.41 N·m。低温损耗、实际峰值和完整驱动限制仍需加入。[SENYDA参考电机厂家页](https://www.senyda.cn/archives/2182)

参考电机SYD143-0310L30的厂家页保存资料为3.1 kW、3000 r/min、9.8 N·m、无制动转子惯量6.69×10⁻⁴ kg·m²、质量10.5 kg。上述规格不等于整轮驱动已配套。轮胎、轮毂、带轮和轴的实际惯量还需由实测或准确几何质量取得。

悬空加减速仍对机架施加反力矩。以整轮惯量0.01 kg·m²、i=1.5为情景，60 km/h对应的轮与电机部分动能约160 J；0.25 s加速时该部分反力矩约7.34 N·m，1 s时约1.83 N·m。情景不含独立带轮、皮带及低温损耗，不能作为允许加速时间。1 g质量偏心于0.1 m半径，在此轮速下激振力约2.78 N，说明轮组同心和平衡会影响低轮载稳定性。[本轮动力比较](../v0_34/system_calculations.json)

高速资格逐级建立：先不接触低速空转，检查跳动、紧固、平衡和护罩；再增加轮速；接触测试从低速、短时、低轮载开始。最高允许轮速应由整轮、轮辋、轴承、传动、护罩和样机测试共同确定。

## 6　下压、反力与稳定

### 6.1　下压机构的实际作用

电动升降和测力反馈调节轮组垂向位置，实际法向力由自重、升降支承力、动态惯性和接触刚度共同形成。执行器不能凭空产生对地反力。开放机架中，试样对轮胎的向上力N减小四脚压力；准静态竖向平衡为：

`四脚法向合力 = Mg − N`

因此主机质量、配重、轮载和脚底抗滑彼此相关。即使首版N只有50—100 N，升降机构仍要托举移动总成。旧移动模型43.69 kg时，N=50 N、100 N对应的理想托举力约378、328 N；新v0.35所列移动模型24.71 kg，对应约192、142 N，实际会随缺项和配置改变。换成小轮载不能把升降机构、制动器或支承连接只按50 N选型。

慢速下放和反馈加载需要接触力、Z位置、速度与限位配合。以系统等效刚度200 N/mm、接触速度1 mm/s、50 ms延迟为情景，延迟期间就可能增加约10 N接触力。该关系用于确定预验证内容；实际峰值还取决于惯性、停止过程和轮胎/雪层变形。

悬挂总成需要掉电保持和机械维修支承。旧43.69 kg移动模型下降10 mm的重力势能约4.28 J，落下后接触峰值不能仅由静载计算。防坠机构的冷态保持能力、允许锁紧/释放顺序及试验方法要进入供货验收。

### 6.2　脚垫、配重与正向约束

脚垫提供摩擦，配重增加脚底法向力；它们都不能消除湿冷金属、霜、冰粒和局部不平带来的变化。配重宜低置、对称、分块并机械保留，搬运前拆除。

仅看净平移时，所需总质量的比较关系为：

`M ≥ [N + k·|Fx|/μfoot] / g`

其中k=1.5只是本轮比较余量，μfoot需要实测。N=Fx=100 N时，μfoot假设0.10、0.15、0.20分别要求总质量约163、112、87 kg。该表说明“加一点配重”是否足够由实际脚底条件决定，不能由轮载大小单独判断。[轮胎与配重比较](../v0_33/wheel_brief.json)

附近换点导致偏心，还需检查偏航和倾覆。Y偏置150 mm、Fx=100 N会产生15 N·m偏航力矩；旧模型的四脚等刚度情景得到的充分摩擦条件约0.181，已计入假设1.5余量。它不是实测脚垫性能，也未覆盖某一脚悬空或不同脚底摩擦。[静力与偏心比较](../v0_34/system_calculations.json)

若采用卡固，应从固定底座连接到独立承力构件，并校核该构件、卡具及力矩路径。薄不锈钢面层不能默认承受拉力或剪力；夹住一块会随设备一起移动的板，仍然只能依靠这块板与地面间的摩擦。任何正向约束都应位于主测量链上游，不能绕过主传感器锁住测量轮组。

### 6.3　闭合试样底板的比较路线

备选路线把可拆试件底板连接到设备反力框。稳定接触时，轮载和纵向力可在框架内部形成闭合力路，减小依靠地面摩擦和配重的需求；悬空加减速反力矩、整机地面压力与动态稳定仍需处理。

代价是必须在底板上制备或固定试件，不能直接测试任意位置的大面积铺雪。该路线仅作为比较项，当前没有替代开放地面主路线。如后续箱底条件或搬运质量无法满足开放路线，再依据试件代表性、反力闭合和总成本决定是否转向。

## 7　环境箱地板与安装条件

环境箱名义尺寸6×4×2.5 m，用户提供承载500 kg/m²，对应均布压力约4.90 kPa。该值不能直接替代单脚点载荷、薄面层跨距或抗拔能力。需要知道箱底面板厚度、下方承力结构与支承间距、允许局部力、允许接触压强和对地固定规则。

旧参考质量100.15 kg、四块150×150 mm脚板的总面积只有0.09 m²。轮胎悬空时脚底平均压力约10.9 kPa；旧极限位置比较中单脚法向力约384 N，对名义脚面积的平均压力约17.1 kPa。它们高于4.90 kPa这一均布值，但两种承载定义不同，当前不能据此判定地板必然不合格，也不能判定可直接放置。[地板载荷比较](../v0_34/system_calculations.json)

新v0.35总成须按当前质量、重心和新增缺项重新计算。旧384 N是旧几何极限姿态的比较结果，不是新总装单脚设计限值。旧轮架局部有限元也不适用于本轮上移加宽的桥梁和轴承布置。

本轮新布局的54个静态参考情景得到最小脚法向力约120.7 N、最大约264.1 N；按150×150 mm名义面积计算最大脚底平均压力约11.74 kPa。计入偏心作用的充分脚底摩擦分配情景，采用1.5比较系数后的最大所需μ约0.266。结果基于尚不完整的85.11 kg参考质量与规定点支承模型，不能直接放行地板或脚垫；增加缺项、配重、改变重心或脚板后重新核算。[本轮新布局核算](calculations.json)

分载板是可行的改进方向，设计需同时检查板的自重、弯曲、实际接触、箱底支承和搬运空间。若只用384 N除以4.90 kPa，等效方板边长约280 mm；这个算术值不包含板弯曲和地板结构，不能直接发布为支脚最终尺寸。

总地板荷载还包括冰雪、分载板、配重、推车、制雪/压实设备和进入箱内的人。以24 m²、雪密度500 kg/m³为量级例，5 cm和8 cm雪分别约600、960 kg；密度尚未作为实验因素冻结。减小轮载会让更多设备重量回到支脚上，不会降低设备与试样对箱底的总重力。

运行布置还需确认门净宽、门槛、搬入路线、穿线孔、排水、空气循环和风口位置。电缆通过合规穿线接口，不能依赖把门夹住留缝。现阶段穿线接口和厂家允许的地板条件都列为待核实项。

## 8　传感、采集与低温计量

主测力方向采用能直接读取纵向力和法向力的多轴测力方案。六轴候选应按同时出现的力和力矩组合选型，并取得安装面、采集器、校准矩阵及冷态性能资料。传感器安装距离会放大重心偏置与接触力产生的力矩。

当前M3725A只作为量程比较资料：原厂单页列Fx/Fy 200 N、Fz 400 N、力矩50 N·m、非线性0.5%FS、工作−40…100 ℃、补偿10…70 ℃。其工作范围覆盖−30 ℃，补偿范围没有覆盖；冷态零点、灵敏度及解耦误差需要实测或另选可提供冷态性能的产品。[SRI M3725A原厂单页](https://www.srisensor.com/uploads/M3725A.pdf)

量程也影响低力分辨能力。200 N量程的0.5%FS非线性量级是1 N。若N=50 N、μ=0.1，Fx约5 N，这一单项量级已占信号20%；它不是完整误差预算，却说明不能在未校准前承诺±0.2 N整机精度。旧轮架Fx=150 N扩展时计算My约56.3 N·m，也超过候选50 N·m标称力矩范围。新轮布局完成后需要重新核对力矩组合。[本轮信号量级比较](../v0_34/system_calculations.json)

新v0.35布局在|Fx|=100 N比较中得到|My|约56.39 N·m，首版100 N纵向力情景也超过原50 N·m候选。软件调零只改数值基线，不释放真实容量。因此M3725A不冻结为本机型号；新询价要求先按Fx至少200 N、Fz至少500 N、Mx/My至少100 N·m的量级比较，并核实同时受力的复合容量、冷态校准和误差预算。更大量程是否影响低力识别，需要与传感器结构和标定一同解决。[本轮传感器容量比较](calculations.json)

采集暂以主力、轮速和Z信号1 kHz同步记录为设计目标，温度记录较慢。实际传感器输出率、模拟/数字带宽、滤波、抗混叠、通信抖动和时间戳都应单独确认。上位机每秒刷新1000次不能代替有效1 kHz采样。[NI动态采集原理说明](https://www.ni.com/en/shop/data-acquisition-and-control/sound-and-vibration/dynamic-signal-acquisition-fundamentals.html)

校准至少覆盖室温与目标冷态、悬空零点、若干纵向力和轮载点、双向受力、载荷组合及重复装配。校准参考器具、砝码或加载装置应有可追溯资料。试样没有接触时做全测量链零点检查，换轮、拆装、碰撞或温度变化后按规定复校。

先由实验线给出需要分辨的最小抗滑变化，再分配误差预算到传感器、零漂、安装、标定、时间同步、力矩耦合和数据处理。额定量程、分辨率和采样率各自满足并不代表设备能分辨目标差异。

## 9　控制、故障退出与防护

箱外电脑负责参数设定、曲线显示、测试记录和数据导出；本地控制器执行升降、轮速和轮载控制。旋转驱动、升降驱动和独立保护有明确硬件边界，上位机通信中断不能让设备继续执行未知指令。

| 阶段 | 动作 | 本地许可条件与数据 |
|---|---|---|
| 静止准备 | 保持垂向总成、检查状态 | 防护关闭、传感正常、位置锁紧、配重/固定配置确认 |
| 轮胎抬离 | 升降驱动接管载荷，再释放保持机构 | 按实际制动器时序确认载荷已被接管 |
| 悬空加速 | 采用限定斜率建立轮速 | 不接触试样，保存同温度同速基线 |
| 缓慢接触 | 限速下降、识别接触、切入加载控制 | 接触力有效、无饱和、Z限位和转矩保护有效 |
| 有效测量 | 维持轮载与轮速、保存原始数据 | 稳定条件满足才标记有效区间 |
| 正常结束 | 卸载并抬轮，随后减速停转 | 卸载能力正常、继续保存结束数据 |
| 垂向保持 | 保持机构接管，再撤升降驱动许可 | 保持状态确认，防止移动总成下落 |
| 故障退出 | 执行规定的驱动禁能和保持动作 | 锁定故障；保持防护关闭，不自动复位或重启 |

故障状态不能假设还有能力自动抬轮，也不能假设撤销电机转矩后轮胎立即静止。STO的作用是避免驱动继续施加转矩，惯性和重力需由其他结构和过程处理；检修还需要实际的电源隔离和消能措施。[Synapticon STO官方说明](https://doc.synapticon.com/circulo_safe_motion/smm/sto.htm)

重点保护项目包括轮速超限、接触力超限、垂向位置超限、传感饱和/断线、力和转矩不一致、通信失联、保持机构异常、意外复位、配重松动和防护打开。正常轮载50—100 N不是自动保护阈值；最大执行器能力和停止过冲仍需核实后设置独立上限。

护罩覆盖旋转轮胎、带轮、皮带和接头；观察窗与开口布局应避免让飞散冰粒、轮胎碎片或松脱件直接射向人员。低温、电缆弯曲、凝露、轴承润滑和皮带冷态性能按准确器件型号评价。SKF技术文章说明低温润滑会影响启动和摩擦，但不为本机指定润滑脂牌号。[SKF低温轴承润滑说明](https://evolution.skf.com/us/low-temperatures/)

## 10　重复接触、表面变化与热效应

原地转轮会持续作用于同一小块表面，雪层压实、磨蚀、碎粒堆积、融化/再冻结和轮胎升温会改变结果。有效窗口应同时说明时间、轮载和速度；测试前后记录表面照片、轮印/磨痕、温度、深度变化和材料状态。

Fx=50 N、60 km/h、5 s的机械摩擦功约4.17 kJ；Fx=100 N时约8.33 kJ。多少热进入雪/冰、轮胎和空气尚未确定，不能把总机械功全部换算成融冰量。[本轮摩擦功比较](../v0_34/system_calculations.json)

相邻点的间距由磨痕尺寸、碎粒影响和重复试验结果决定，50 mm胎面宽度不等于只需50 mm换点。测试头移位后重新锁紧、检查垂向零点和偏心稳定；较远点位通过停机、解除配置并搬运实现。轮胎换点和试样制备方案应共同记录，避免同一磨损区域被当作独立重复样本。

## 11　搬运、拆装与外场使用

当前便携目标定义为模块拆分运输，而非整机单人提起。旧模型约100 kg，29 kg轮组和44 kg垂向移动总成说明仍需规划拆分顺序和辅助搬运。模块质量只是CAD参考值，搬运把手、吊点、重心、抓握空间和人员能力需实物验证。

新布局的参考模块质量为底座11.95 kg、立柱13.19 kg、顶部10.80 kg、手动调节7.34 kg、Z模块14.15 kg、驱动11.61 kg、轮架7.86 kg、转子1.57 kg、支脚5.63 kg，另有传感器和局部防护件。模块分组不等于已经具备独立可提的机械连接；拆装要先支承移动总成，再逐项解除连接，实际打包以复装定位和搬运方式为准。[本轮模块质量](mass_layout.json)

运输时轮组停转并隔离供电，垂向总成有机械支承；先拆配重，后按明确顺序拆轮组和支架。保护传感器安装面、气门嘴、轴和线缆接头，紧固件及定位件成套标识。重复装配后复核定位、锁紧、跳动、空转基线和测力零点，不能以“装上了”代替复校。

箱内裸金属支脚条件不能直接移植到海拉尔或公路院。外场硬地面、冰雪厚度、地基承载、供电/接地、环境温度、风、交通路线、保温与干燥空间以及现场固定方式需要另列现场条件表。设备完成箱内验收后，再按实际场地和配置建立可用范围。

## 12　关键接口与供货边界

| 接口编号 | 两侧对象 | 本轮描述 | 加工/运行前需补齐 |
|---|---|---|---|
| IF01 | 轮胎—内胎—轮辋 | K909 200×50 TT、50 psi规格依据 | 匹配轮辋图、胎圈/气门嘴、低温及速度/载荷条件 |
| IF02 | 轮辋—主动轴 | 成熟轮辋加独立传动转接件的比较方向 | 实际轴径、法兰/键/夹紧方式、许用转矩与轴向限位 |
| IF03 | 轴—轴承—桥梁 | 图纸给出同一坐标系中的装配位置 | 配合、公差、同轴度、预紧与冷态间隙 |
| IF04 | 测量轮组—主传感器 | 力路经过主传感器，无外部旁路 | 准确型号、两侧安装面、量程组合、解耦矩阵 |
| IF05 | Z驱动—保持机构 | 电动升降、反馈轮载、掉电保持 | 冷态制动版本、接管/释放时序、最大推力和限力 |
| IF06 | 机架—环境箱底 | 四脚站在局部金属区；可比较分载板 | 地板局部承载、下部支承、脚垫实测和固定许可 |
| IF07 | 底座—配重/卡固 | 低位可拆配重；卡固位于测量链上游 | 固定点能力、装拆防误、抗滑/抗倾覆检查 |
| IF08 | 箱内—箱外控制 | 经穿线孔连接电源、传感和控制 | 穿线孔、接头、线长、密封、耐温、接地与屏蔽 |
| IF09 | 本地控制—电脑 | 设置、监控、原始记录和导出 | 通信协议、状态、超时处理、时间戳与文件格式 |
| IF10 | 设备—试样 | 独立地面试样；轮胎缓接触 | 厚度、可用Z行程、边界、沉陷与新点间距 |

接口表采用NASA公开接口大纲的组织方式，尤其明确坐标、单位、责任及机械、电气、信号、软件和环境条件；本项目只保留与该小型科研设备有关的内容。[NASA接口要求大纲](https://www.nasa.gov/reference/appendix-l-interface-requirements-document-outline/)

委托厂家时需要说明：哪些采购件由厂家选型供货，哪些由课题组提供；谁完成轮毂转接详细设计、机架加工图、传感器配套、电气保护和软件；哪些冷态标定及样机测试包含在报价内。交付需包含可编辑设计资料、BOM、接线图、程序/软件及配置、校准文件、验收原始记录、维修与运输说明。

报价分列轮胎/轮辋与驱动、升降/保持、测力/采集、机械加工/装配、电控、软件、低温适配、标定、调试、税运与备件。当前没有完整厂家报价，不把商品搜索卡片最低价作为整套预算已满足的证据。

## 13　图纸与文件组织

统一图册采用ISF-000总装、ISF-010布置、ISF-100轮架、ISF-110旋转接口、ISF-120升降、ISF-200传感控制、ISF-300拆装运输的图号组织，包含总装视图、地面/支脚布局、轮组与轮胎留空、升降/反力路径、关键接口、控制/采集与状态机、拆装/运输以及图纸待核定项。机械视图用尺寸线说明几何；原理图说明力路和信号，不伪装成精确加工视图。

图册采用统一A3横向图幅、图框、图号和版本字段，标题栏包含图名、单位、比例、页码与交付状态。这一组织方式参考ISO 7200和ISO 5457公开摘要；本轮未依据付费标准全文进行逐条符合性检查。[ISO 7200](https://www.iso.org/standard/35446.html)、[ISO 5457](https://www.iso.org/standard/29017.html)

所有文件有交付索引和校验记录。STEP用于通用三维交换；二维图册用于审阅；参数、生成脚本、计算输入和结果用于复算。加工图待办重点为实际轮毂、传感器安装面、轴承配合、焊接件工艺、公差链、紧固预紧、低温配合和防护强度。厂家不得在多个历史版本中自行拼接“最新总装”。

## 14　检查、样机验收和推进顺序

### 14.1　本轮交付检查

本轮对文件、几何、计算、资料和展示分别记录结果；实际完成状态由交付检查记录汇总。网页能打开只对应展示检查，结构静力计算只对应所用边界，既有局部有限元仍属于旧实心轮轮架证据。

| 检查类别 | 本轮内容 | 证据形式 |
|---|---|---|
| 文件一致性 | 当前图号、版本、参数、来源与索引对应 | 交付清单、哈希、链接检查 |
| 几何 | 新轮名义及留空包络、局部桥梁、极限位置 | STEP读取、净距/干涉结果、尺寸校验 |
| 解析计算 | 胎面速度、驱动转矩、反力、脚底压力和动力情景 | 计算脚本、输入与JSON结果 |
| 器件资料 | 轮胎规格、参考电机与传感器限制 | 原厂直接链接、适用性说明 |
| 文档 | 图号、单位、表格、图片及分页可读 | Word/PDF渲染与人工检查记录 |
| 网站 | 原网址、当前版本、历史入口及下载可用 | 部署结果、真实页面检查 |
| 样机与研究 | 等待制造、标定与实测 | 本轮不填写“通过” |

### 14.2　样机验收矩阵

验收矩阵采用需求编号与方法、结果证据相对应的组织方式；验收输入和允许结果在测试前确认。[NASA要求验证矩阵](https://www.nasa.gov/reference/appendix-d-requirements-verification-matrix/)

| 编号 | 输入与布置 | 方法与允许结果 | 记录/未完成项 |
|---|---|---|---|
| V01 | 完整器件及加工件到货 | 核对型号、版本、关键尺寸、材料和整轮配套 | 实际BOM、到货照片、尺寸记录 |
| V02 | 断电，轮组手动转动与全行程 | 无非设计接触；限位、工具与线缆空间有效 | 间隙、行程、锁紧及拆装记录 |
| V03 | 实际装配、各运输模块 | 称重与重心估计；搬运、把手、落地及复装演示 | 实际质量、人员/工具配置、复装耗时 |
| V04 | 拟用脚垫/地板/分载板，含湿冷状态 | 核验地板局部承载；在规定力/力矩下无滑移或抬脚 | 地板确认、脚底数据、配置限制 |
| V05 | 室温静态及已知参考载荷 | 纵向力、轮载及力矩耦合校准；误差满足预定预算 | 原始校准、矩阵、残差及有效范围 |
| V06 | 轮胎悬空、低速到逐级提高速度 | 检查跳动、平衡、温升、驱动损耗及机架运动 | 轮速、振动、空转转矩、紧固检查 |
| V07 | 低速短时接触，从低轮载建立工况 | 验证接触识别、载荷稳定、过冲、结束和抬离 | Fx/N/Z/状态全过程、最大过冲 |
| V08 | 规定低能量故障注入布置 | 测试失联、超限、掉电保持、复位/重启；按预定状态退出 | 停止时间、保持/下落、故障日志 |
| V09 | −20 ℃、−30 ℃冷态，充分恒温 | 重复静态/空转/短接触；零漂与性能满足冷态预算 | 温度、胎压、冷态校准与损耗 |
| V10 | 轮载、轮速、表面、温度的目标组合 | 在已验证配置下确认有效窗口、温升、稳定与防护 | 可用工况表；60 km/h按阶段争取 |
| V11 | 新点重复、拆装后重复、基准表面对照 | 重复性与最小可辨差异满足实验用途 | 原始重复数据、不确定度与对照报告 |

样机顺序为到货与断电检查 → 静态标定 → 悬空低速 → 低速接触 → 受控故障与保持 → 冷态适配 → 目标组合 → 研究重复性。保护试验先在低能量、可控布置下进行；只有前级证据满足后才扩大工况。[NASA验收计划大纲](https://www.nasa.gov/reference/appendix-i-verification-and-validation-plan-outline/)

### 14.3　下一阶段的六项工作

第一，冻结所需最小抗滑差异，完成主测力链和有效窗口定义。第二，核实箱底局部承载、穿线接口和可用固定方式，并做脚底湿冷抗滑的小规模验证。第三，取得匹配充气轮辋与实物，完成轮毂转接、旋转件惯量、平衡和新轮架详细接口。第四，闭合升降、低温保持、传感器冷态性能与故障参数。第五，实现本地控制和原始数据记录，验证时序与异常退出。第六，完成厂家加工图、样机逐级验收和运输复校。

本轮系统问题清单包含124项，按首版构型、样机运行、正式研究数据与未来拓展分级。方案中的待核定接口和上述六项工作对应其中的主要依赖；评审后按阻碍制造或有效测量的程度关闭问题。[系统复核清单](../v0_34/system_issues.csv)

## 15　回应地板、反力、支撑与搬运问题

| 提出的问题 | 当前方案能回答到哪里 | 还需取得的证据 |
|---|---|---|
| 能否放进环境箱 | 名义尺寸与布置有余量，可拆分搬入 | 门净尺寸、门槛、穿线、操作与风口空间 |
| 薄不锈钢底板能否承载 | 已算局部脚底力与压力，不能用500 kg/m²直接判点载荷 | 板厚、下部支承和厂家局部承载条件 |
| 轮载是否受反力限制 | 是；开放结构遵循四脚合力Mg−N | 实机质量、脚底状态、固定构件与动态组合 |
| 配重能否解决 | 可改善抗滑和倾覆，但同时增加地板与运输负担 | 实际脚底摩擦、所需总质量、配重连接 |
| 卡住是否可行 | 独立结构约束可比较，薄面层不能当确认锚点 | 卡具、承力构件、力矩路径和箱体许可 |
| 加减速是否仍需稳固支撑 | 需要；首版悬空加速，反力矩和不平衡仍存在 | 整轮惯量、斜率、振动、紧固与实测稳定性 |
| 小轮载是否能让设备很轻 | 有帮助，但不直接消除移动自重、测力灵敏度与低温保护需求 | 功能满足后的真实模块质量和搬运验证 |
| 能否去海拉尔/公路院 | 结构允许拆分运输的设计方向 | 现场地面、固定、供电、温度、运输和复校条件 |

## 16　参照资料和本轮输入

模板检索与采用方式保存在`template_references.json`。本方案采用ISO官方公开摘要的图纸组织范围，以及NASA公开大纲的需求追溯、接口描述和验收组织；没有复制整套航天项目流程。

工程输入为v0.31旧装配与控制合同、v0.32压力/稳定比较、v0.33充气轮规格单和v0.34系统复核。历史质量与旧局部有限元只作为参考比较；本轮新参数、模型和几何检查在交付索引中单独列出。修改轮径、轮载、传动、接口或结构后，应重算受影响结果并同步图纸和方案版本。