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机械毕业设计全套
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CLJD01-032@电动记忆座椅设计,机械毕业设计全套
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本科学生毕业设计 电动记忆座椅 设计 院系 名称 ： 汽车 与交通 工程 学院 专业班级 ： 车辆工程 学生姓名 ： 指导教师 ： 职 称 ： nts The Graduation Design for Bachelors Degree Electtric Memory Seat Design Candidate： Zhang Xue hui Specialty： Vehicle Engineering Class： 07 11 Supervisor： Yang Zhao Heilongjiang Institute of Technology nts I 摘 要 汽车座椅的设计主要以安全性和舒适性为主，并且随着汽车工业和电子 技术的飞速发展，汽车座椅越来越舒适功能越来越齐全。本设计主要是 将电动座椅与车载电脑结合在一起， 可增加座椅的记忆功能，对座椅给中信息参数实现智能化管理。全电动调节的，前后，高低，靠背角度，前后倾斜，某些型号甚至有左右倾斜调 整，都是依靠座椅中电动机控制 ，你只要拨动几个开关就能调节在这种电动座椅中加一个记忆芯片，当 调节到一个最舒适的位置时，这个位置就 可以 被记住了， 当 车被别人开过 时 ，座椅被重新调过， 只要上车后，座椅自动回到你当时设置的角度 。 汽车电动座椅自动控制系统的设计方法。系统以单片机为核心， 通过控制直流电动机，经蜗轮蜗杆传动机构牵引座椅移动，使汽车座椅具有自动测量极限位置、手动调节、位置记忆以及自动恢复功能。该系统使汽车座椅便于安装， 位置调节方便、快捷 。 关键词 ： 座椅 ； 设计 ； 记忆 ； 控制nts II ABSTRACT Seat design mainly safety and comfortable give priority to, and along with the auto industry and electronic technology rapid development, car seats more comfortable function more and more complete. This design is mainly will electric seat and vehicle-mounted computer together, can increase the seat of the memory function, to realize information in seat intellectualized control parameters. All electric adjustment, height, back of a chair, back and forth, back and forth, some tilt Angle of about even tilt adjustment type, all depend on seat, so long as you are in motor control switch can adjust turn several in the electric chair, add a memory chip when you adjust to a most comfortable position, press memory button, the position is to remember, if the car was, seat is open others had to reset, then you just get on, press recall button, the seat of the automatic back to you when setting Angle. The electric memory seat of the automatic control system design method. System based on singlechip, through the control dc motivation, the worm gear and worm drive institutions traction, car seat seat move with automatic measurement limit position, manual adjustment, position memory and resume automatic function. This system makes car seats for easy installation, the position convenient adjustment, quickly. Key words: Seat; Design; Memory; Control; nts i 目 录 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 设计主要 内容及发展 . 1 1.2 电动座椅主要部件及在世界发展趋势 . 3 1.2.1 汽车 座椅电机 . 3 1.2.2 座椅滑轨 . 3 1.2.3 记忆装置 . 5 1.2.4 座椅驱动器 . 5 1.2.5 座椅控制系统 . 5 1.3 设计主要 技术指标 . 6 第 2 章 设计方案的确定 . 8 2.1 水平控制系 统直流伺服电机的选择计算 . 8 2.2 垂直控制系统直流伺服电机的选择计算 . 10 2.3 电动座椅靠背系统的研究及直流伺服电机的选择计算 . 12 2.4 本章小结 . 14 第 3 章 电路系统设计 . 15 3.1 基本工作电路 . 15 3.2 广州本田雅阁轿车的驾驶座椅控制电路 . 16 3.3 本章小结 . 18 第 4 章 座椅 硬件虚拟构建 建立 . 19 4.1 电动座椅构造 . 19 4.2 传动部分设计 . 19 4.3 靠背调节机构 . 21 4.4 本章小结 . 23 第 5 章 软件系统设计 . 24 5.1 概述 . 24 5.2 系统主程序流程图及注意事项 . 25 nts ii 5.3 系统主程序设计及子程序 . 27 5.3.1 定义按键程序 . 33 5.3.2 单片机运行程序 . 34 5.3.3 设置电机运行程序 . 41 5.4 本章小结 . 42 结论 . 43 参考文献 . 44 致谢 . 45 nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 设计 主要 内容及发展 随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车已逐步进入了电脑控制的时代。国外专家预测未来 3 到 5 年内汽车上 装用的电子装置成本将占汽车整车成本的 40%以上，汽车将由单纯的机械产品 向高级的机电一体化方向发展，成为所谓的“电子汽车”。 汽车座椅是与人接触最密切的部件，人们主要通过对座椅的感受来评价轿车的平顺性。因此，座椅 是直接影响轿车质量的关键部件之一。 一般电动座椅可按运动方向分类，只能做前后移动的为 2方向移动座椅；还可以升降的为 4方向移动座椅；座椅前部和后部还能分别升降的为 6方向移动座椅。随着科学的发展，现在汽车座椅的功能越来越多，如在上面布置可调节的腰部支撑、按摩装置、记忆机构、座椅高度与倾斜度调解装置、自定位头 枕、内装饰安全带和安全气囊 等。 随着人们生活水平的提高，对汽车座椅的舒适性要求也越来越高，要求对汽车座椅 的 调节能够更加简单、方便、快捷。目前，汽车座椅位置的调节多采用基于手动调节方式的机械和电动控制两种方式。汽车座椅位置的调节主要有三个方向，即高度调节、水平位置调节以及座椅靠背倾角的调节。 对于家庭使用的汽车，往往由多个成员驾驶同一辆汽车；当不同的驾驶者坐在同一个座椅时，由于个人的身体差异，所需要的汽车座椅的位置各不相同，需经常调节座椅位置；而目前的大部分汽车座椅没有记忆功能，使同一个人在不同的时间驾驶汽车 时，汽车座椅的位置可能被其他成员改变，而需重新调节座椅各个方向位置，比较繁琐。座椅在汽车内安装时，由于不同汽车的内部空间不相同，座椅在各方向所能移动的位置极限也不同；汽车电动座椅在电动机牵引下移动，而目前汽车电动座椅不能自动测量安装的极限位置，座椅很容易在到达极限位置时仍继续运行，容易使电动机因长时间工作 因堵转状态而烧毁。 nts 2 图 1.1 座椅主要组成及内部结构 现代 汽车电子化程度的越来越高，汽车电子控制技术逐步成为了汽车工业发展的重点，也是各个汽车企业竞争的焦点。传统的汽车机械控制相比于电子控 制无论是在控制精度还是响应速度上都存在明显的劣势，电子技术在汽车上的使用甚至已经成为汽车设计研究部门考虑汽车结构更新的重要手段。同时汽车及其零部件作为产品，其可用性及方便使用的性能需要提高，所以在汽车及其零部件的设计与开发中需要贯彻以客户的使用方便性为中心展开。电动记忆座椅的优势在于：每当装有普通座椅的汽车替换驾驶员时需重新调整座椅的位置 ,这为驾驶员的操作带来极大的不便。需要在动的基础上增加位置存储和恢复功能 ,以使驾驶员操作更为方便。 本文研究了一种记忆存储式座椅控制器 ,驾驶员可以根据自身特点和驾驶习惯来 调整座椅的位置 ,然后进行记忆存储 ,在位置改变后 ,驾驶员可以使用恢复展趋势。一般的轿车都配备有电动调整的座椅 ,驾驶员可以通过电动控制系节座椅的位置 ,以获得良好的视野和座椅的最佳舒适性。然而一辆汽车往往会被若干个驾驶使用 ,每个驾驶员都需功能进行方便的位。 乘用车座椅关键核心部件有座椅电机、滑轨、调角器、记忆装置等。这些核心技术尚掌握在博泽、佛吉亚、江森、恺博等外资和合资企业手中。中国作为第nts 3 一大汽车生产国与消费国，也迫切需要掌握这些核心技术，但与外资企业有一定的差距，国内企业正努力迎头赶上。 1.2 电动座椅主要部件及在世 界上的发展趋势 1.2.1 汽座椅电机 汽车座椅电机是汽车电动座椅的动力源，属于中高档乘用车配备装置。座椅电机主要是永磁直流式电机。如果按照磁极数划分可分为两极电机和多极 (主要是四极 )电机；如果按照磁极材料划分可分为铁氧体电机和稀土电机。目前汽车座椅位置的调节多采用基于手动调节方式的机械和电动控制两种方式。座椅电机配合机械驱动机构可实现座椅在水平抬高和倾斜位置的调节。 随着上级供应商对电机要求的不断提高，座椅电机要求在更小的体积下实现更大的输出功率，而且还要具有更高的抗噪声和抗振动质量水平。国外诸如博世等 企业很早就进入了汽车微电机行业，积累了非常丰富的设计和制造经验。其产品质量在得到认可的同时，他们的研究方向也引领着汽车微电机行业的发展方向。可以推测，未来汽车座椅电机的发展趋势是朝着体积小巧、输出功率大、噪声低、振动小以及安装简易和快速的方向发展。 我国在汽车微、小型电机方面的研究起步较晚，大多数是根据国外大电机的研究资料再展开微小电机的研究工作，这就不可避免产生很多的错误计算。同时，国内在汽车及其零部件的噪声和振动方面的控制与研究也比较薄弱，限制了产品进入高端的市场。 1.2.2 座椅滑轨 座椅滑轨是 座椅总成中最为重要的一个零部件，具有非常高的技术含量和专利保护，其不仅仅是一个重要的功能件，也属于汽车安全件之一。座椅滑轨配合手动锁装置可实现座椅在水平位置的手动调节，配合电机和驱动机构可实现座椅在水平位置的自动调节，市场应用非常广阔。在座椅安全性能指标中，座椅滑轨需要承受 24kN以上的静拉力，而且要保证滑轨在受到正压及侧拉等各个方向的力时要受力均衡，不能产生功能失效。这就对滑轨截面形状的设计和滑轨原材料本身提出了非常高的要求，需要科学合理的设计滑轨截面，特别是滑轨原材料本身需要抗拉强度达到 600MPa 以上 ，而国内企业的钢材还不能满足原材料如此高的抗拉强度。 nts 4 座椅滑轨的另外一个技术难点在于滑轨制造技术，其要求生产企业具备非常高的大型精密模具和冲床，而国内在这方面的研究也相对落后于国外技术，不能满足产品的设计要求。 在国外，座椅滑轨的主要市场被博泽和佛吉亚等企业所控制，是许多整车厂的指定供应商，其产品技术具有结构紧凑和抗拉强度高等优点。未来座椅滑轨将朝着质量轻、强度高、集成化和平台化的方向发展。 国内生产座椅滑轨厂家主要有上海明芳汽车部件有限公司、湖北中航精机科技股份有限公司等，面对的市场 是低端汽车，且其技术都不能满足中高端汽车所需的安全和性能等规范。宁波双林汽车部件股份有限公司正在研发通用型座椅滑轨，并实现了手、电动滑轨平台的统一，已经申请了专利。其设计与国外座椅滑轨厂家如博泽和佛吉亚等相比较，正在缩短差距。 1.2.3 记忆装置 座椅记忆器在汽车领域中有着非常广阔的市场，汽车座椅是衡量汽车性能的重要标注之一，在追求汽车舒适、便捷的当前，驾车人对座椅的舒适便捷性要求也越来越高，电动座椅，尤其是带记忆的电动座椅越来越受到汽车消费者的青睐。在国外，很多品牌的高档车都已安置了座椅记忆器；在国内 ，价格合适、功能齐全的座椅记忆器更受青睐，而且由高档车向中、低档车拓展的趋势。 目前市场上的座椅记忆器一般是采用两种方式来获取座椅电机转动数据 (即汽车座椅的位置数据 )。一种是利用电位器，这一方案可以记忆较为准确的座椅位置数据，但电位器毕竟是有触点器件，随着触点和电阻图形的磨损会导致控制失灵，因此存在检测精度低与工作寿命短的不足，另外还需要一套与之相配的减速装置。因此，电位器、减速装置都为该方案增加了成本。另外一种是利用霍尔传感器获取座椅电机转动数据，它弥补了前一种方案在成本和寿命上的问题。 座椅记忆器不 仅可以调节、记忆座椅位置，还可以调节、记忆汽车的左、右后视镜，以及内后视镜的位置，可实现一键将座椅、后视镜恢复到驾驶的最佳位置。此外，座椅记忆器的各模块之间采用 LAN总线技术进行数据传输，这样可大大降低汽车线束的使用量。 座椅记忆器一般配置在豪华车型上，摩托罗拉、西门子等国际知名公司生产的记忆器在市场上占有很大份额，几乎垄断着座椅记忆器市场，其价格亦高居不下。 nts 5 1.2.4 座椅驱动器 早期的汽车座椅多采用人工手动方式来调节座椅的前后位置，操作十分不便。座椅驱动器的出现，可以实现座椅位置的自动调节。座椅驱动 器的技术原来为德国 IMS公司垄断。 国内研发并取得成果的企业并不多，宁波双林汽车部件股份有限公司通过自主研发，生产出了国内自主知识产权的水平座椅驱动器，并出口海外，成为世界上最大的座椅驱动器供应商之一，打破了国外企业垄断该市场的局面。宁波双林汽车部件股份有限公司生产的座椅驱动器产品特点包括体积小、噪声低、振动小、使用寿命长。能解决现有产品占用车内座椅空间大的缺点。增加的弹性减振垫，可以使浮动螺母能自动调整驱动器丝杆及减速机构相对于螺母的啮合中心位置误差，大幅度降低调节座椅时的噪声和振动。固定于螺杆上的止动盘 、浮动螺母、螺母支架和丝杆强度高，能将座椅上下导轨连接成一体，保证座椅在汽车受到强力冲击时不会分离，确保了人身安全。 可以预见的是，未来乘用车必然是朝着低端中配、中端高配的方向发展，安装有多极座椅电机、高强度座椅调角器、精确记忆装置和座椅驱动器的汽车座椅将有着广泛的应用范围，产品市场空间也极为广阔。可以说，谁先掌握了这些核心技术，谁就能够夺得未来市场竞争的主动权，谁也就能够获得更大的市场份额。 1.2.5 汽车电动座椅控制系统 记忆存储式座椅控制系统是典型的汽车电子控制系统。汽车电子控制系统 ( ECS)是以单片机为中心组成的计算机控制系统 ,也可以称作汽车微机控制系统 ,由电子控制单元 ( ECU) 、传感器和执行器组合而成。传感器是信息采集的主要部件 ,主要用来采集汽车状态信息和各种物理、化学及电信息 ,并将信号输入至 ECU。由传感器采集的信号分为模拟信号和数字信号 ,模拟信号需要经过 A /D 转换器转换成数字信号再进行处理。 ECU是汽车电子控制系统的核心部件 ,能对传感器传递的信息进行加工处理 ,通过预先编制的控制程序来对信号作出响应 ,并发出各种控制指令 ,指挥执行机构工作。执行器是按照ECU的指示进行动作的部件 ,主要 完成 ECU发出的各种指令。汽车电子控制系统框图包括汽车电子控制系统框图 和记忆存储式控制器的功能。 本设计所研究的记忆存储式座椅控制器所要实现的基本功能如下 ； (1)能够调节座椅前端升降、垂直升降、水平滑动以及椅背角度 4 个位置 ； nts 6 (2)能够存储驾驶员调整后的后视镜和座椅的位置 ； (3)能够调用驾驶员存储后视镜和座椅的位置 ； (4)记录 3组位置信息。 1.3 设计主要 技术指标 表 1.1 中华人民共和国对汽车座椅的基本尺寸规定 项目 指标 代码 说明 座椅高 380460 1H 推荐值 座椅深 400460 1L 推荐值 座椅宽 450 1W 推荐值 座椅角 3 7 1 推荐值 靠背高 450550 1A 带头枕的靠背此尺寸可以增加 但增加部分的宽度应减小 靠背宽 440480 2W 推荐值 靠背与座椅夹角 90 105 3 推荐值 靠背角调整范围 20 2 推荐值 座椅上下调整范围 60 3H 推荐值 座椅前后调整范围 100 2L 推荐值 设计 座椅 时可以参见图 1.2 来对应参数： nts 7 图 1.2 座椅主要尺寸规范 nts 8 第 2 章 设 计方案的确定 2.1 水平控制系统 直流伺服电动机的计算和选择 图 2.1 电动座椅 底架内部结构 （ 1） 等效负载转矩的计算： 已知座椅（含驾驶员）的最大重量为 W=1500N,导轨上的摩擦系数为 =0.065，丝丝杠的导程为sph=0.006，丝杠螺母传动副的传动效率为 =0.8，根据机械效率公式，换算到电机轴上的转矩为： 10 . 0 6 5 1 5 0 0 0 . 0 0 6 0 . 1 1 6 2 52 2 0 . 8spwhT N m 由于座椅的重量较大，丝杠传动副必须预紧，其预紧力为最大轴向载荷的 13即： 11 0 . 0 6 5 1 5 0 0 3 2 . 533zF W N 取螺母内部的摩擦系数为m=0.3，则丝杠预紧后的摩擦转矩为： 23 2 . 5 0 . 0 0 60 . 3 0 . 0 9 322z s pmFhT N m 所以，电动机轴上的等效转矩为： nts 9 12 0 . 1 1 6 2 5 0 . 0 9 3 0 . 2 0 9 2LT T T N m （ 2） 等效转动惯量的计算 座椅换算到电动机轴上的转 动惯量1J： 2 2 7 21 221 1 5 0 0 0 . 0 0 6 1( ) ( ) 3 . 5 6 1 02 1 0 2 2 0sphwJ K g mgi 传动系统（丝杠 减速器）换算到电动机轴上的转动惯量2J： 传动件名称 大齿轮 小齿轮 丝杠 节圆直径 2d=100 1d=50 长度 L=110mm 宽度或长度 2b=40 1b=20 导程sph=6mm 材质 钢 钢 减速比 i=20 i=20 所以4 4 3824 43521114 4332222( 0 . 0 1 2 ) 0 . 1 1 7 . 8 5 1 03 . 0 7 1 03 2 3 2( 0 . 0 5 ) 0 . 0 2 7 . 8 5 1 09 . 6 3 1 03 2 3 2( 0 . 1 ) 0 . 0 4 7 . 8 5 1 03 . 0 8 1 03 2 3 2SggDlJ k g mdbJ k g mdbJ k g m 因此 2 4221 2 1 . 0 6 1 0gsgJJJ J k g mi 所以换算到电动轴上的等效转动惯量为： 4212 1 . 0 6 3 1 0LJ J J K g m 由 0 .2 0 9 2 5LT N m421 . 0 6 3 1 0LJ k g m 查选电动机 德昌直流电动机 HF751 系列 BC03014，参数如下： 额定输出功率： RP=0.45KW 额定转矩：MT=0.456Nm 额定转速： n=3800 minr 转矩常数：TK=0.032 感应电压 常数 ：eC=0.0034 转子惯量： J=0.10 2210 Kg m 电机摩擦系数： =0.00012 电枢阻抗：aR=0.2 电枢电感：aL=11mH 电机回路总电阻： R=0.914 机械时间常数：mt=3.6ms 电器时间常数：et=3ms nts 10 所以，电动机的状态空间表示为： () ( ) ( )( ) ( ) ( )d x t A x t B u tdty t C x t D u t其中： 0 1 00 0 . 1 2 3 20 0 . 3 9 1 8 . 2A, 0 0 9 0 . 9B , 1 0 0C , 0D 所以根据直流伺服电动机的选取，本文选择 PWM 功率放大器的相关参数为： 开关频率： f=20KHz 开关周期：51 5 1 0STsf 放大系数： 1 3 . 5 4 . 53dP W M cUK U 2.2 垂直 系统的直流伺服电动机的计算和选择 （ 1） 等效负载转矩的计算 已知座椅（含驾驶员）的 最大重量为 W=1500N,导轨上的摩擦系数为 =0.1， 丝杠的导程为sph=0.006m，丝杠螺母传动副的传动效率为 =0.8， 根据机械效率公式，换算到电机轴上的转矩为： 10 . 1 1 5 0 0 0 . 0 0 6 0 . 1 82 2 0 . 8spwhT N m 由于座椅的重量较大，丝杠传动副必须预紧，其预紧力为最大轴向载荷的 13即： 11 0 . 1 1 5 0 0 5 033zF W N 取螺母内部的摩擦系数为m=0.3，则丝杠预紧后的摩擦转矩为： 25 0 0 . 0 0 60 . 3 0 . 0 1 4 322z s pmFhT N m 所以，电动机轴上的等效转矩为： 12 0 . 1 8 0 . 0 1 4 3 0 . 1 9 4 3LT T T N m （ 2） 等效转动惯量的计算 座椅换算到电动机轴上的转动惯量1J: 根据转动惯量换算的功能相等原则有： nts 11 2 2 8 21 221 1 5 0 0 0 . 0 0 6 1( ) ( ) 3 . 8 1 02 1 0 2 6 0sphwJ K g mgi 传动系统（丝杠 减速器）换算到电动机轴上的转动惯量2J： 传动件名称 大齿轮 小齿轮 丝杠 节圆直径 2d=100 1d=50 长度 L=150mm 宽度或长度 2b=40 1b=20 导程sph=5mm 材质 钢 钢 减速比 i=20 i=2 所以4 4 3824 43521114 4332222( 0 . 0 3 ) 0 . 1 5 7 . 8 5 1 09 . 3 6 1 03 2 3 2( 0 . 0 2 ) 0 . 0 2 7 . 8 5 1 02 . 4 7 1 03 2 3 2( 0 . 1 2 ) 0 . 0 4 7 . 8 5 1 06 . 3 9 1 03 2 3 2SggDlJ k g mdbJ k g mdbJ k g m 因此 2 6221 2 4 . 3 1 0gsgJJJ J k g mi 所以换算到电动轴上的等效转动惯量为： 4212 4 . 3 4 1 0LJ J J K g m 由 0 .1 9 4 3LT N m624 . 3 4 1 0LJ k g m 查选电动机 德昌直流电动机 HF751系列 BC03017，参数如下： 额定输出功率： RP=0.03KW 额定转矩：MT=0.356Nm 额定转速： n=2800 minr 转矩常数：TK=0.0428 感应电压常数：eC=0.0046 转子惯量： J=0.10 2210 Kg m 电机摩擦系数： =0.00013 电枢阻抗：aR=0.2 电枢电感：aL=12mH 整 个回路总电阻： R=1.558 机械时间常数：mt=2.6ms 电器时间常数：et=3.5ms 所以，电动机的状态空间表示为： () ( ) ( )( ) ( ) ( )d x t A x t B u tdty t C x t D u tnts 12 其中： 0 1 00 0 . 1 3 4 2 . 80 0 . 3 5 4 1 6 . 7A, 0 0 8 3 . 3B , 1 0 0C , 0D 所以根据直流伺服电动机的选取，本文选择 PWM 功率放大器的相关参数为： 开关频率： f=20KHz 开关周期：51 5 1 0STsf 放大系数： 1 3 . 5 4 . 53dP W M cUK U 2.3 电动座椅靠背系统的研究 及其直流伺服电机的选择计算 已知厂家给出的电动座椅靠背调节系统的主要参数如下： 采用 齿轮 机构进行间歇式调节： 其中：齿 轮的模数 m=5， 齿 轮的齿数 z=29, 齿轮 直径 D=mz=80mm 靠背调节的圆周速度： v=300-500 minmm 靠背的回转半径： r=600mm 最大回转角： 90 图 2.2 靠背调节机构 nts 13 靠背的等效转动惯量： 2 2 3 21 1 ( 0 . 2 0 . 6 ) 1 . 2 4 8 1 03J W K g m 因此 2 4221 2 3 . 0 6 1 0gsgJJJ J k g mi 所以换算到电动轴上的等效转动惯量为： 3212 1 . 5 5 4 1 0LJ J J K g m 图 2.3 靠背调节机构工作情况 由 0 .1 9 4 3LT N m624 . 3 4 1 0LJ k g m 查选电动机 德昌直流电动机 HF751 系列 BC03006，参数如下： 额定输出功率： RP=0.0248KW 额定转矩：MT=0.167Nm 额定转速： n=4700 minr 转矩常数：TK=0.0204 感应电压 常数 ：eC=0.00266 转子惯量： J=0.20 2210 Kg m 电机摩擦系数： =0.00031 电枢阻抗：aR=1.534 电枢电感：aL=30mH 机械时间 常数：mt=19.69ms 电器时间常数：et=2.04ms 所以，电动机的状态空间表示为： () ( ) ( )( ) ( ) ( )d x t A x t B u tdty t C x t D u t其中： 0 1 00 0 . 3 1 2 0 . 40 0 . 2 6 6 1 5 3 . 4A, 0 0 3 3 . 3B , 1 0 0C , 0D 所以根据直流伺服电动机的选取，本文选择 PWM 功率放大器的相关参数为： 开关频率： f=20KHz nts 14 开关周期：51 5 1 0STsf 放大系数： 13 4 . 33dP W M cUK U 通过对座椅电机的设计计算初步选择 德昌系列电机，由于质量按最大载重质量计算，所以电机比实际选用略大，但一定满足使用要求。 2.4 本章小结 本章 首先确定了 电动座椅 内部结构 的 设计 ， 包括 对传动机构丝杠的计算和电机的选择，以电机的选择这一部分作为重点 。 本文通过大量查阅资料和研究 ，了解了计算座椅所应用的相关参数数据和计算步骤。这章的验算是为下章的设计做铺垫，所以必须设计准确 。 nts 15 第 3 章 电路系统设计 3.1 基本工作电路 电路机构由调整电机、座椅控制开关组件、电源等组成。如图 3.1 为电动座椅后端上升时的电流流向图。 图 3.1 电动座椅后端上升时的电流流向图 带有存储功能的驾驶座的电动座椅控制电路系统，控制系统可使座椅获得 5 个自由度 。进行调节时，由按钮控制调节量，然后利用存储功能和开关控制某一位置的数据存储：座椅位置信号取自滑动变阻器上获得的电压降，根据每一自由度电动机驱动座椅，从而使滑动变阻器随动，由此改变变阻器上电压降的数值。控制装置识别座椅的运动机构是否到达止点，到达止点位置时，控制装置及时切断供给电动机的电源，保护电动机和座椅驱动结构。 此外，还有不带存储功能的电动座椅系统。不带存储功能的电动座椅比带位置存储功能的电动座椅简单一些，它电动座椅开关、腰垫开关和多个直流电动机组成。 nts 16 图 3.2 电动座椅电路图 其工作原理是：电动座椅开关与腰垫开关接受来自电源的电流，开关闭合，直流输送到相应的电动机；电动机转动，驱动座椅的各个部分动作，实现座椅的调整。这种控制系统的功能与带电脑的相似，但无座椅记忆功能，不能自动回位。后排乘客电动座椅装有回位开关，可由驾驶员控制它回位。 3.2 广州本田雅阁轿车 的 驶席座椅控制电路 广州本田雅阁轿车驾驶座椅有八种可调方式：前端上、下调节；后端上、下调节；前、后调节；向前 、向后倾斜调节，电路图见图 7。 通过电动座椅调节开关，即可完成不同的调节功能，如电动座椅前端上、下调节，其电路为： （ 1） 向下调节 当将电动座椅前端上、下调节开关打到“向下”位置时，电路中的电流为：电 源 正极 直流电 断路 器 /继电器盒 2 红 蓝线 红 白线 电动座椅开关端子 1 右侧电机 电动座椅开关端子 10 黄 红线 电动机端子 1 成员座椅前 后调整电机 nts 17 电动机端子 2 白线 6 节点 动座椅开关端子 棕色线 搭铁。前端上、下调节电动机起动，座椅前端向下移动。 图 3.3 广州本田雅阁轿车驾驶席电动座椅电路 （ 2） 向上 调节 当将电动座椅前端上、下调节开关打到“向下”位置时，电路中的电流为：电 源 正极 直流电 断路 器 /继电器盒 2 红 蓝线 红 白线 电动座椅开关端子 1 右侧nts 18 电机 电动座椅开关端子 6 白线 电动机端子 2 成员座椅前 后调整电机 电动机端子 1 黄 红线 10 节点 动座椅开关端子 棕色线 搭铁。前端上、下调节电动机起动，座椅前端向上移动。 3.3 本章小结 本章 主要对电动记忆座椅的电路系统进行了研究，电路系统是座椅运动中重要的环节，必须研究清楚，通过几周认真的学习分析了电路系统的功能作用及电流的走向，座椅运动时电路路线走向，为 下一步编程 做准备。 nts 19 第 4 章 座椅硬件虚拟构建 硬件系统是汽车电动座椅的核心和骨架部分，硬件系统主要有传动部分和执行机构组成的。建立主要需要设计座椅底架和靠背机构。 4.1 电动座椅的构造 4.1.1 电动机 电动座椅多采用永磁式双 向直流电动机，为防止电机过载，电机内一般都装有断路器。由于座椅的类型不同，一般一个座椅可装 2个、 3个、 4个或 6个电机。 4.1.2 传动和执行机构 它们的作用是把电机的旋转运动转变成座椅的上下、前后移动或靠背的倾斜摆动。丝杠和螺母机构是核心部件，它具有较大的传动比且自锁性能良好。 （ 1）纵向调整机构 纵向调整机构由外壳、丝杠、塑料螺母等组成，原理是通过电机带动丝杠，丝杠旋转，由于螺母固定在车架上不动，所以座椅沿丝杠方向移动。座椅向前或向后移动。 （ 2） 高度调整机构 高度调整机构由外壳、丝杠、塑料螺母等组成，原理是当开关闭合，电动机正转，依次经外壳、丝杠塑料螺母，然后螺母推动连杆绕着一个固定的点转动，于是座椅经连杆支架垂直升高。当电机反转时，座椅垂直降低。 4.2 传动部分的设计 根据 厂家的设计要求选取设计螺杆： 螺杆模数 ： 1m 螺杆齿距 ： 3.141XP 分度圆直径 ：1 18d 头数 ： 1 直径系数 ： 18q 顶圆直径 ：1 20ad 根圆直径 ：2 15.6ad 螺距： 3.141 nts 20 图 4.1 座椅底架初步设计 图 4.2 座椅底架内部结构 nts 21 图 4.3 座椅底架的设计 4.3 靠背调节机构 靠背调节机构的主要部件是铰链销钉、链轮、内齿轮、外齿轮等。铰链销钉有一个偏心凸轮，凸轮中间轴与安装在座椅垫侧的外齿轮同轴；铰链销钉的中间轴与安装在座椅靠背侧的链轮同轴，并与内齿轮同轴转动。 当靠背 与头枕调节开关打开时，靠背调节的电机运转，并带动链轮转动，安装在链轮上的铰链销钉也同样的一起转动。由于外齿轮安装在坐垫侧，因而铰链销钉的中间轴围绕着带偏心凸轮的中间轴旋转。这样，内齿轮与外齿轮齿合，铰链销钉每转一圈，齿轮转过一定角度。 座椅靠背调节的最大角度为 54 .当铰链销钉转动 N圈，靠背调节的角度为： 212360zzN z (4.1) 式中 ： 靠背角度 ； N 铰链销钉转动圈 ； 1z 外齿轮齿数 ； 2z 内齿轮齿数 。 座椅靠背的齿轮齿数为1z、2z因载荷较平稳齿轮转速不是很高，取小齿轮1z齿数为 29、大齿轮2z齿数为 30。 nts 22 厂家给出的齿轮参数： 法向模数 ： 5m 齿数： 30z 齿顶圆直径： 75ad 齿根圆直径： 70fd 分度圆直径： 64bd 齿宽： 15s 齿形角： 21.17 螺旋角： 15.3 图 4.4 齿轮的设计 nts 23 图 4.5 座椅总体结构设计 4.4 本章小结 本章 首先确定了电动记忆座椅硬件结构的设计，包括对传动机构丝杠齿轮的设计计算，同时进行了 PRO/E 的制作，通 过到图书馆查阅相关资料和进行研究，了解了计算座椅硬件系统所应用的相关数据和计算。通过 设计传动部分这一部分是座椅的框架部分为下一步设计 做基础 。 nts 24 第 5 章 软件系统 设计 5.1 概述 软件系统是 汽车 座椅 的 大脑，起着至关重要的作用，设计时先主要设计出系统流程图，然后编辑出主程序及子程序， 单片机以 89C51 为主，也可以用 ,它的加强版 89C52，编程有些难度需要不断地学习总结，一步一步脚踏实地的干。 5.2 系统主程序流程图及注意事项 系统软件 主程序流程图如图 5.1 所示。其中，存取操作的功能是对电机位 置进行存储和提取，这需要说明的两点是 : 图 5.1主程序流程图 初始化过程 按键复位过程 升、降、俯、仰处理 锁定检测处理 存、取检测处理 存取操作 开始 继电器控制 nts 25 （ 1）电机位置是指电机相对于复位位置（开机初始位置）所转过的圈数，远离复位位置，圈数加一，反之，圈数减一，到达复位位置后，圈数正好减为零；圈数是通过对驱动板所反馈的霍尔信号计数得到的。 （ 2）要等电机停稳后才可以存储，否则存储位置不确定。存储操作环流程图如图所示。 在 图 9中所提到的运行模块的功能是按照目标位置与电机当前所处位置之间的相对关系对电机进行控制，两者不相等时，驱动电机正转或反转 ，以使电机接近目标位置，直到到达目标位置为止。本程序可以同时控制两个电机，两个电机按照谁先到谁先停的原则进行协调。图 5.2 存取模块流程图 开始 电机停转？ 存？取？ M1-M4有键按下 M1-M4有键按下 将对应单元中的位置取出，作为电机的目标位置，并调用运行模 块 将当前电机的位置存入对应单元中 结束 N N N Y 取 存 Y nts 26 运行模块流程图如图所示，其中，按一定规则动作便是指根据目标位置与电机所处位置之间的相关关系来控制电机正转或反转，以使电机接近目标位置。 图 5.3 主程序 流程图 开始 初始化 自测量键 有键按下 高度调整键 靠背调整键 将各位置数据存储在非易失性存储器中 大于 3 秒 存储键 1 置存储器 1 标志 读出座椅各方向位置数据 水平调整键 座椅上 /下调整 座椅前 /后调整 自测量功能模块 与当前位置数据比较控制电动机运行到该数据位置 座椅靠背调整 存储键 2 存储键 3 置存储器 3 标志 置存储器 2 标志 N N Y Y Y Y N Y Y N YY N Y Y nts 27 5.3 系统主程序设计及子程序 #include typedef unsigned char uint8
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