汽车电子设计精品 智能车制动系统毕业设计.doc

学士学位论文I目录第一章绪论.11.1智能车辆概述.11.2电动车的概述.11.3吉林大学JLUIV系列智能车.1第二章智能车制动系统综述.32.1智能车总体结构.32.2制动系的功用和组成.52.3制动系类型.52.4制动装置的基本机构和工作原理.52.5设计制动系的基本要求.7第三章制动器的设计.93.1制动器的结构方案分析.93.1.1领从蹄式非平衡制动器（后轮）.93.1.2双领蹄式平衡制动器（前轮）.123.1.3轮缸式制动器间隙的调整.133.2鼓式制动器主要参数的确定.143.2.1制动鼓内径D.143.2.2摩擦衬片宽度b和包角.143.2.3摩擦衬片起始角0.153.2.4制动器中心到张开力F作用线的距离e.153.2.5制动蹄支承点位置坐标a和c.153.3制动轮缸的结构分析.153.3.1后轮双活塞式制动轮缸.163.3.2前轮单活塞式制动轮缸.16第四章制动系统设计.174.1制动驱动机构的形式.174.2制动主缸的结构分析.174.3行车制动装置的构造.194.4驻车制动装置的构造.224.5液压制动驱动机构的设计计算.234.5.1制动轮缸直径d的确定.234.5.2制动主缸直径dO的确定.234.5.3制动踏板力Fp.244.5.4制动踏板行程式Sp.24第五章制动系统的电路控制.265.1智能车电控系统简述.265.2自动制动系统介绍.275.3制动步进电机伺服系统.275.3.1步进电机和步进电机控制器.285.3.2步进电机微机控制系统的组成.285.4脉冲发生器.29学士学位论文II5.4.1背景介绍.305.4.2控制原理.31第六章结论.32致谢.33参考文献.34学士学位论文1第一章绪论1.1智能车辆概述智能车辆IV（IntelligentVehicle）是机器人研究和工程应用的一个重要领域。智能车辆是内涵丰富的广义概念，按照应用条件的不同，可将起分为两类：即室内轮式移动机器人和室外轮式机器人。室智能车辆的研究是多学科综合与交叉应用的边缘领域，不仅涉及人工智能理论、信息理论、控制理论以及决策论的应用。而且还涉及到计算机控制技术、电子技术、通讯技术以及机械涉及等问1题。随着人类社会智能化、信息化程度的不断增加，智能车辆的研究将不断深入，实用化水平不断提高，其应用领域也将不断扩大1.2电动车的概述20世纪50年代后期，内燃机汽车排放污染已成为发达国家的公害之一，人们的环保意识不断的增强，对汽车的排放控制越来越严格，同时，随着石油资源的枯竭，人们开始意识到开发电动汽车的重要性。现在，电动汽车的应用已经有了长足的发展。电动车辆与一般内燃机车辆相比具有无污染、噪声低等优点，同时具有动力电源使用成本高，续驶里程短等缺点。吉林大学智能车辆课题组开发的新智能车就是在杭州易高电动车的基础上研制开发的智能电动车。它既具备了智能车辆交通安全性高的特点，又兼顾了电动车环保性能好的特点。1.3吉林大学JLUIV系列智能车吉林大学智能车辆课题组从1992年开始先后研制开发出JLUIV-，JLUIV-，JLUIV-和JLUIV-四代视觉导航智能车。在智能车辆的体系结构、传感器信息的获取与处理、路径识别与规划、智能车辆前方障碍物探测及车距保持等方面进行了较为深入的研究。1997年开始，课题组开始JLUIV-型智能车辆系统的开发研究。该车车体由课题组自己制作完成，传感器系统由CCD摄像机、三维激光测距仪、GPS定位系统，远/近距离避障传感器、制动拉力传感器、光电编码器等。计算机系统采用一台Pentium-工业控制计算机，完成车辆的传感信息获取、周围环境感知、图像处理、导航路径识别及决策控2制。课题组利用JLUIV-型智能车研究了道路边界识别算法、恶劣环境下导航路径识别算法、车辆前方探测及车距保持控制算法等。JLUIV-型智能车是面向工业物流自动化的AGV（AutomatedGuidedVehicle），学士学位论文2主要由车体，CCD摄像系统、行走转向驱动系统、避障系统、通讯系统等组成，其中工业控制系统包括工业计算机，各种IO卡、AD/DA转换卡、计数器卡、行走转向驱动系统（包括支流电机和电机调速板）。AGV采用两维视觉导航，可实现路径的自动跟踪、自动转向、自动行驶。在行驶过程中能够自动识别数字编码的多停靠共位和分支路径，能够自动识别加速、减速、直角转弯、停车等车辆运动状态标识符，能够智能识别障碍物。AGV根据上述图像识别信息，自动完成各种相应的运行操作。此外，该种AGV还能够实现和中央管理中心之间的无线通讯。这种视觉导航AGV可用于实际的柔性化生产组织和户内外物流自动化运输。2002年，课题组研制开发了新一代高速视觉导航智能车辆JLUIV-，该试验车由日本三菱轿车改装而成，与智能车课题组前三代视觉导航智能试验车相比。JLUIV-试验车系统更加复杂，功能更加完善。车辆主要系统包括传感器系统（前后CCD摄像机、单点激光测距仪、三维激光扫描仪、霍尔速度传感器、转角传感器、制动力传感器等）、驱动转向系统（驱动直流电机，制动、转向步进电机及其控制器），工业控制计算机以及IO卡、AD/DA转换卡，计数器卡和控制面板。其在结构化道路条件下自主导航驾驶最高行驶速度达到50Km/h。车辆的安全车速转弯、安全车距保持等的自动操作时速不小于30Km/h。并且JLUIV-实现了行驶过程中手动和自动的切换，在自动状态下能够实现系统的紧急制动。车辆具有识障防碰撞功能，有效识障距离大于30m。本章小结：本章主要对智能车进行了简单说明，从国内外发展情况对智能车有了一个初步认识。学士学位论文3第二章智能车制动系统综述2.1智能车总体结构吉大智能车辆研究组所研制的区域智能车是根据苏州易高公司生产的电动车改装而成的，如图2-1。在保持原有电动车的基本组成和结构的基础上加装了许多控制和执行机构。图2-1易高电动车外型图本车的主驱动系统在保持原有主电机、蓄电池的基础上改装了调速控制系统，并保留了原有的机械式变速器，通过手动操作使变速器固定在特定的档位上。这样就通过计算机对控制器发出控制信号，从而调控主驱动电机的转速，使汽车在相应的速度范围内变化行驶。车辆转向系统除保持原有的结构外，在转向轴上安装了变速器和转向控制电机。转向执行机构与原车的转向机构以并联方式组合。并通过电磁离合器来实现转向的手动和自动之间的相互转3换。车辆的制动系统由控制电机、减速器、钢丝绳以及原车的制动系统组成。钢丝绳的一端与原车的制动踏板相连，另一端与减速器的输出轴端相连，通过电机控制连接在制动踏板上的钢丝绳实现整车的制动。转向和制动的控制都得通过电机控制器来实现，它的作用是将控制系统发出的脉冲信号转换为电机的角位移。智能车在其内部加装了工业控制计算机，这是台具有多CPU并行处理计算机，其中1块IPC-86VDF(B)用于CCD图像采集，1块PCL-812PG数模转换卡用于AD/DA信号的转换，一块PCL-730IO转换卡和一块计数器控制卡型号为PCL-836。他们与主控计算机并接到IPC-6108P3主板上。主要完成系统初始化，人机交互、系统管理、控制决策、警告提示、主从通讯和状态监测等任务。本车还加装了控制箱，主要作用是控制执行机构，通过接线板卡实现计算机与学士学位论文4整车各个系统之间的线路连接，放置零散电器元件等。其内部主要装有电机控制器，控制卡接线板，继电器，遥控接受器等。智能车的传感器系统有CCD摄像机，避障传感器，光电编码器，转角位移传感器，制动拉力传感器，GPS接收器，其安装位置如下表21：表2-1智能车传感器安装位置名称功能位置CCD传感器可获得外界环境的灰度图像车内前操作台中线上避障传感器探测前方是否有障碍物车头前部正中央光电编码器测量车速减速器上方转角位移传感器可获得转向轮转角，通过A/D转换得到角度的数字量由齿轮带与方向盘转轴相连制动拉力传感器测量制动踏板拉线拉力制动踏板拉线上GPS接收器用来接收卫星定位信息，可获得车辆自身的经纬度信息车内右支撑立柱上方2.2制动系的功用和组成1.功用汽车制动系的功用是根据需要，使汽车减速或在最短的距离内停车，控制汽车在下长坡时的车速，保证汽车停放可靠，坡道停车不自动滑溜。2.组成汽车制动系一般至少有两套独立的制动装置，即：行车制动装置（脚制动装置），在行驶中使用。一般它的制动器安装在汽车的全部车轮上。驻车制动装置（手制动装置），主要用于停车后防止汽车滑溜。它的制动器可装在变速器或分制动器以后的传动轴上，又称为中央制动4器。除此之外，有些汽车还设有应急制动和辅助制动装置。应急制动装置利用机械力源进行制动。在某些采用动力制动力或伺服制动的汽车上，一旦发生蓄压装置压力过低等故障时，可用应急制动装置实现汽车制动。同时，在人力控制下它还能兼作驻车制动用。辅助制动装置可实现汽车下长坡时持续地减速或保持稳定的车速，并减轻或者解除行车制动装置的负荷。制动系中每套制动装置都是由产生制动作用的制动器和制动传动机构组成。2.3制动系类型1按制动器用途分行车制动器、驻车制动器、辅助制动器。2按制动传动机构的制动力源分(1)人力式制动传动机构。单靠驾驶员施加于制动踏板和手柄上的力作为制动力源的传动机构。其中又分为液压式和机械式两种，机械式仅用于驻车制动。学士学位论文5(2)动力式制动传动机构。利用发动机的动力作为制动力源，并由驾驶员通过踏板或手柄加以控制的传动机构，其中又分为气压式、真空气压式、空气液压式。3.按制动传动机构的布置形式分(1)单回路制动系，传动装置采用单一的气压或液压回路当制动系中有一处漏气（油）时，整个制动系统失效。(2)双回路制动系，所有行车制动器属于两个彼此隔绝的回路，因而，其中一个回路失效，还能利用另一回路获得一定的制动力。从而提高了汽车制动的可靠性和安全5性。2.4制动装置的基本机构和工作原理行驶中的汽车，具有一定的功能。要使它按需减速停车，路面必须对车轮产生个阻止汽车行驶的力，即制动力。这个力的方向与汽车行驶的方向相反。制动的实质就是将汽车的动能强制地转化为热能，扩散于大气中。一般制动系的基本结构与工作原理，可用一种简单的液压行车制动系的结构和工作原理示意图来说明，如图2-2所示。它由车轮制动器和液压传动机构两部分组成。1.基本结构车轮制动器主要由旋转部分、固定部分和张开机构组成。旋转部分是金属的制动鼓8，它固定于轮毂上和车轮一起旋转，固定部分主要包括制动蹄10和制动底板11等。制动蹄上铆有摩擦片9，制动蹄的下端松套在支承销12上，支承销固定在制动底板上。制动蹄的上端用回位弹簧13拉紧压靠在轮缸活塞7上。制动底板用螺钉紧固在转向节凸缘（前轮）或桥壳凸缘（后轮）上。张开机构是液压制动轮缸6（又称制动分泵），它用油管5与装在车架上的液压制动主缸4（亦称制动总泵）相连通。主缸4中的活塞3可由驾驶员通过踏板1来操纵。制动传动机构由制动踏板1、推杆2、制动主缸4和油管5组成。在不制动时摩擦片9的外圆面与制动鼓8的内圆面之间有一定间隙，使车轮自由旋转。2.制动工作原理制动时，踩下制动踏板1，推杆2推动主缸活塞3前移，制动液的油压升高后通过油管5进入轮缸6，并推动轮缸活塞7外移活塞7推动两制动蹄10外张。此时制动蹄