随动转向车灯设计

1、本科生毕业设计摘 要随着我国经济水平的提高和汽车工业技术的发展，对汽车安全性要求越来越高。影响安全性的因素较多，有主动因素，也有被动因素，汽车车灯正常工作，能否保证驾驶员能即时给出行车信号和在夜间行车的良好视野范围是一个重要因素。对汽车前照灯的控控已有成熟控制技术用于汽车，而对信号灯的控制较少。本文根据现有技术的情况，引入模糊控制技术，对汽车的前照灯进行较为全面的分析，同时对汽车的随动转向灯的结构和机械传动进行了设计。本设计着重对以下问题进行了研究与探讨：1、对汽车车灯控制参量进行了研究分析，确定了合理的参数类型和数量，使系统开发具有可行性和实用性；2、把模糊控制理论应用于汽车前照灯的控制，并

2、对控制器进行了设计；3、构建了随动转向灯的结构与传动。关键词：随动转向灯；单片机；模糊控制；机械传动ABSTRACT With the improvement of the economic level of our country and the development of the industrial technology of the automobile,the demands on the auto safety are higher.There are mant safety factors which are active or passive.It is a importan

3、t factor that automobiles lights is normal which can give driving signals in light intime according to the driver and good field of view. The head lights are used to control by maturity control technology,bur single lights control less.The article uses fuzzy control technique to control totally auto

4、 head lights and work state ofsingle lights timely.It researches and probes for contents of intelligent control of auto lights,the principle of controlling and realization of the system of software and hardware.This text put great emphasos in to research and study below impaortant problem proceed de

5、tailed: First,researched the analyzed the parameters of auto lights,and make sure type and quantity of control parnmeters,so as to make it feasible and practical for developing system of auto lights control. Second,used fuzzy control technique theory for auto head lights and designed contriller. Thi

6、rd,probed realization of measuring technology by self and voice warning for auto signal lights.At last,structured intelligent control system of auto lights which core is single-chip computer MS-51.Key words: auto head lights,Directional headlamps,single-chop computer, Mechanical transmission,fuzzy c

7、ontrolII目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 汽车车灯的结构和类型11.1.1 照明装置11.1.2 信号装置21.2 汽车电子系统的发展状态21.3 汽车随动转向车灯控制国内外研究情况41.3.1 国内外研究现状41.3.2 本文主要研究内容51.4 智能控制模式的确定51.5 本章小结5第2章 汽车车灯智能控制系统总体方案62.1 单片机的发展62.2 MCS-51单片机的特点72.3步进电机控制系统102.4车灯随动转向控制系统的方案112.5 转角控制122.6 信号采集132.7 控制方法说明142.8 本章小结15第3章 蜗杆传动设计163.1 蜗轮蜗杆的形成

8、163.2 圆柱蜗杆传动的设计163.2.1 失效形式173.2.2 蜗杆设计223.3本章小结29第4章 模糊控制理论及随动转向转角控制器304.1 模糊控制原理304.2 模糊控制规则304.3 转向灯转动角度模糊控制器314.3.1 输入输出论域的确定314.3.2 隶属度的确定324.3.3 输入输出模糊变量的隶属度324.4 本章小结33第5章 利用Matlab软件对车灯转向模糊定义分析345.1 利用Matlab软件进行模糊化定义345.2 本章小结36结论37参考文献38致谢39附录40第1章 绪 论1.1汽车车灯的结构和类型为了保证汽车行驶安全和工作可靠，在汽车上装有各种照明装

9、置和信号装置，用以照明道路，标示车辆宽度，照明车厢内部、指示仪表以及夜间车辆检修等。此外，在转弯、制动、会车、停车、倒车等工况下，还应发出光亮或音响信号，以警示行人和其他车辆1。1.1.1 照明装置现代汽车上所采用的照明装置有前照灯、示宽灯、尾灯等。各车型使用照明装置的数量、结构形式、以及安装位置因车型而异。前照灯也称大灯，安装在车辆前端的两侧，用来在汽车夜间行驶时照亮前方的道路。前照灯分为两灯制和四灯制两种，即汽车前端左右各装一个大灯或各装两个大灯。为了防止会车时前照灯的强光束使迎面车辆的驾驶员眩目，前照灯一般采用双丝灯炮，即远光和近光两个灯丝。在汽车正常行驶时使用远光灯，它将光束射向远方，

10、使车前100m或更远的路面上有均匀而明亮的照明，以便提高车速，现代高速汽车的照明距离应达到200250m；在市区明亮的道路上行驶时，特别是在会车时应使用近光灯，使光线向车前的路面和路缘倾斜照射，防止迎面车辆的驾驶员眩目，并使车前50m内的路面有清晰的照明。前照灯，有半封闭式和封闭式等不同形式。一般由灯泡、反射镜、配光镜等组成。灯泡一般采用双丝灯泡，即有远光和近光两个灯丝。远光灯丝的功率大，位于反射镜的焦点上；近光灯丝的功率小，位于反射镜焦点的上方。近光灯丝的下方有金属配光屏，遮挡灯丝下部的光线，以防止光线向上反射，引起迎面车辆的驾驶员眩目。反射镜，由薄钢板或热固性塑料制成旋转抛物面形薄壳，其内

11、表面镀银（或镀铝、镀铬）并抛光。它用来将灯泡射出的光线聚合、放大并射向远方。汽车正常运行接通远光灯时，位于反射镜焦点上的远光灯丝射向后方的绝大多数光线，射在反射镜包角的范围内，经反射镜反射后转变为平行的强光束射向远方，灯泡的光度被增强几百倍以至上千倍，可以使车前150m以至400m内的路面有明亮的照明。当两车相会接通近光灯时，由于近光灯丝位于反射镜焦点的上方，照射在反射镜上的光线被反射镜折射使光束倾向路面，可以防止迎面车辆的驾驶员眩目，并使车前50m内的路面有十分清晰的照明。配光镜，是多块特殊的棱镜和透镜的组合体，也称为散光下班反射镜反射出的平行光束，经配光镜射出后，由于棱镜和透镜的折射作用，

12、其中的一部分光线被折射，射向车前的路面，使汽车前方的路面和路缘有良好而均匀的照明。前小灯，也称为示宽灯或边灯，安装在汽车前部两侧的边缘，用来在夜间行驶时标示车辆的宽度，也可供近距离照明用。有些车辆将小灯安装在前照灯与灯罩内。一些公共汽车在车的顶部还装有一个或两个小灯，标示车辆的高度，称为标高灯。雾灯，用来在有雾、雨、雪或风尘弥漫的情况下，改善路面的照明。雾灯可以安装一个、两个或三个，如上海桑塔纳轿车在左前、右前和左后方安装有三个雾灯。雾灯的颜色为黄色或橙色，其安装位置一般低于前照灯。尾灯，安装在汽车的后部，也称为后灯，在夜间行驶时警示后方的车辆，以保持一定的蹁。尾灯和前小灯也可兼作停车灯用，当

13、汽车停驶切断点火开关后，可接通停车灯开关，使其点亮2。1.1.2 信号装置 转向信号装置，由转向信号灯、转向信号闪光器和转向信号灯开关等组成。转向信号灯分装在车身前端和后端的左右两侧。由驾驶员在转向之前，根据将向左转弯或向右转弯，相应地开亮左侧或右侧的转向信号灯，以通知交通警察、行人和其他汽车上的驾驶员。为了在白天能引人注目，转向信号灯的亮度很强。此外为引起对方注意，在转向信号灯电路中装有转向信号闪光器，借此使转向信号灯光发生闪烁。闪烁式转向信号灯可以单独设置，也可以与前小灯合成一体。在后一种情况下，一般用双丝灯泡。也有饿后转向信号灯和后灯合成一体。转向信号闪光器常用的有电热式、电容式和电子式

14、等多种形式，电子式闪光器分为有触点、无触点、集成电路等多形式，其原理大同小异。制动信号装置，主要由制动信号灯和制动信号灯开关组成。制动信号灯安装在汽车尾部，在驾驶员踩下制动踏板时立即点亮，发出强烈的红色光，以提醒后车驾驶员或其他行人注意。制动信号灯可以有一个或两个，有的车辆将制动信号灯装在组合灯内。制动信号灯开关安装在汽车制动回路中，随制动系统结构形式的不同，有液压式和气压式两种3。此外，车厢的内部还装有顶灯、仪表照明灯，以及发动机罩下灯、工作灯等其他辅助照明装置。1.2 汽车电子系统的发展状态汽车工业是一个国家经济的支柱产业，在美国、德国、英国、日本、韩国等发达国家，汽车在国民经济中占较大比

15、例。我国的汽车工业正处于发展壮大时期，发展前景及汽车市场潜力很大，随着车辆拥有量的增加，行车安全成为一个非常重要的问题，据统计，自汽车问世一百多年以来，全世界已有3000万人死于交通事故。引起汽车事故的原因是多方面的，有人为因素，也有客观存在的因素，据调查，由于汽车车灯及信号灯故障所引起的交通事故较多，特别是在市区内及高速路上行车时，由于车灯故障所引起的交通事故比例较高。为减少行车时的安全隐患，保证汽车行驶过程中，汽车车灯工作的可靠性，随着汽车工业及电子技术的发展，汽车上的各项技术特别是控制技术越来越成熟，控制系统向自动化、智能化方向不断发展。在汽车行驶安合性方面，尽可能提高驾驶员的视野性（视

16、野性即是指驾驶员在操纵汽车量，不需改变操作姿势而对道路及周围环境观察的可见范围）。汽车车灯信号系统的主要作用是保证夜间行车安全和向一环境（如人、其它车辆等）发出警告、示意行车信号（如转向信号、制动信号、倒车信号等）。汽车车灯故障4率在汽车行驶过程中是比较高的，车灯故障时，不能正确反映汽车驾驶员的行车意识而给安全行车埋下事故隐患。安全、节能、环保以及智能化和信息化是未来汽车的发展趋势。与这些要求相适应，汽车电子化的趋势越来越明显，半导体在汽车成本中所占比例也越来越高，根据Strategy Analytics的分析，每辆汽车平均含有的半导体产品在2004年已经达到了223美元，并将在2015年增长

17、到400美元。预计2003年到2008年汽车半导体市场的平均增长率为11.1%，由2003年的137亿美元增长到2008年的232亿美元。汽车智能化相关的技术总是已受到汽车制造商们的高度重视。其主要技术中“自动驾驶仪”的构想必将依赖于电子技术实现。智能交通系统（ITS）的开发将与电子、卫星定位等多个交叉学科相结合。它装有电子地图，可以显示出前方道路、并采用卫星导航。从全球定位卫星获取沿途天气、车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况，向驾驶员提供距离最短而且能绕开车辆密度相对集中处的最佳行驶路线。未来的某天，路上行驶的都会是由计算机控制的能智能汽车。集成化、多路传输、模块化技术是今后另一个大有发展

18、前景的领域。为了减小体积，减轻质量，提高可靠性，减少装配工时，这都要求将分散的部件，组合成一个整体模块。这样可以共用传感器、控制元件、线路，使零件数量减少，减少连接点从而提高可靠性。其核心技术是在20世纪90年代开始推广的多路传输技术。采用多路传输技术需要有智能型传感器及执行机构的配合，对电子控制集成抡的实现也是十分必要和有效的。采用这些技术可减少质量，减少结构的复杂性，因而降低成本，并可大幅提高可靠性4。目前，国内外的汽车生产商如一汽，上汽，长安，奇瑞，奥迪，欧姆龙，德尔福等已经对中国汽车电子市场这块大蛋糕举起了蛋糕刀。事实上，对汽车电子市场感兴趣的并不仅仅只有这些汽车生产商，康佳、新科、创

19、维、长虹、TCL等家电企业在当今家电行业利润严重缩水的情况下，都早已迈出了进军汽车电子市场的步伐。表1.1 2001-2004年中国汽车电子产品应用比例与全球平均水平对比（单位：美元）项目2001年2002年2003年2004年全球平均每辆新车汽车电子产品支出1800185420252123中国平均每辆新车汽车电子产品支出7547908851024全球平均每辆新车汽车电子设备含量23.10%23.90%26.20%27.50%中国平均每辆新车汽车电子设备含量3.40%4.20%4.80%5.80%数据来源：中国进出品商品检验局（CCID）1.3 汽车随动转向车灯控制国内外研究情况本课题研究的主

20、要内容是一个车灯智能控制系统。其主要是对夜间行驶安全性的改进与提升。1.3.1 国内外研究现状长久以来，行车方式受到照明技术的约束和限制。不断创新的汽车照明技术致力于更巾心地服务于不同道路和气候条件。2006年，海拉公司的AFS前大灯照明体系（自适应前照明系统AFS-Adaptive Frontlighting-System，或称智能前照明系统）将实现量产。AFS所体现的理念：为不同的行车条件提供最优的前方照明组合。简言之，城市交通中尽可能宽；高速行驶时尽可能远。直到四年前，组合前大灯的标配功能只是远光灯和近光灯两种光分布。2002年底奥迪综合了转弯灯功能；2003年春季，伴随着欧盟的法定批准

21、（ECE R48），前大灯具备了“左顾右盼”的功能-欧宝和梅塞德斯几乎同时引入动态随弯转弯灯。这一小小的突破可以说是AFS给驾驶者的第一次独特体验，尽管那时只是传统的光分布依据不同的转弯半径加大了向外摆动幅度。迄今为止，海拉公司为14种车型装备了动态随弯转弯灯：奥迪A6、A8，宝马5系、X5，梅塞德斯CLS、E系、M系、SLK，欧宝雅思、思玛、威达，标志407酷派，路虎运动，大众新高尔夫。而今，即将登场的AFS，即将海拉公司命名为VARILIS（VARiables Intelligentes Licht-System）的新技术，同样摆动它的前灯模块。革机关报之处在于，它不仅“投入地”照亮弯道，

22、还可以通过“斜视”自我“扩宽”。这一功能被称作“动态城市照明”：左右大灯各自偏离中轴向外展开11度，大大扩宽了横向照明幅度。这特别适合车速60/80公里每小时的多车道匝道。城镇里，最高时速50公里且道路照明充足，VARILIS产生城市灯灯光。照明宽度而不是照明深度起主导作用，AFS柔和而不眩目。转变和狭窄弯道行驶时由动态或静态随弯转弯灯照亮车旁的黑暗区域5。出城进入郊区，时速接近百公里后，一切照旧“乡村照明”遵循众所周知的“非对称”近光原则，有意识地限制左前方照明，以照顾左方来车。右方的照明则不受限制高质量的前大灯可照亮右边道150米之远。简言之，郊区道路上，非对称的近光灯保证右前方纵向足够远

23、处及右侧路边的照明。1.3.2 本文主要研究内容本课题研究设计的车灯随动转向控制与机械传动，在研究过程中，对汽车车灯智能控制技术的现状进行了分析，提出了作者自己对车灯随动转向控制的方案，采用模糊控制理论对车灯进行智能分析。主要研究了模糊理论下随动转向控制机械传动、提出了汽车车灯智能控制的控制方案，对车灯智能控制的硬件进行了研究和设计，控制内容主要包括以下几方面：（1）前照灯随动转向控制分析转向轴转角，转向轴转角变化率，与前照灯转角模糊化分析。（2）前照灯随动转向控制前照灯开关开启，根据转向轴转角、转向轴转角变化率及车速参数分析控制前照灯随动转向。1.4 智能控制模式的确定汽车车灯的工作状态受许

24、多因素的影响，如驾驶员操作、道路条件等。这些影响因素均是不断变化的，且呈非线性变化关系，因此随动转向与各因素间的关系很难用数学方程进行准确描述。对汽车车灯的控制，采用常规的PID控制，系统模型难以建立，且控制效果也不好。由于模糊控制是一种智能控制，它是模仿人工控制活动中人脑的模糊概念和成功的控制策略，运用模糊数学，把人工控制策略用计算机实现；模糊控制不依赖系统的精确数学模型。因此汽车车灯控制系统如采用模仿人工控制活动中人脑的模糊概念和成功的控制策略，将达到令人满意的效果，故本控制系统的设计主要采用模糊控制理论进行控制。1.5 本章小结 本章主要介绍了汽车灯光的类型和作用，汽车随动转向发展情况及

25、提出了本设计的具体研究内容和控制模式，为后续内容奠定了研究基础。第2章 汽车车灯智能控制系统总体方案2.1 单片机的发展汽车电子系统所受的干扰较大，且关乎人的生命安危，故对系统的稳定性要求很高，需要专用的汽车电子器件，特别是对微控制器（MCU）的要求较高。世界半导体各个厂商来抢占中国汽车电子市场，以期在中国的汽车电子市场占有一席之地。世界知名的汽车零部件厂商如德尔福、博世等来了。国际知名的电子公司如摩托罗拉、西门子等也来了。德尔福曾自傲地宣布为几乎所有的中国汽车厂商供货。博世经过努力，2003年在中国的销售一路凯歌。单片机又称为微控制器，是把微型计算机的各部件中央处理器、存储器、输入输出接口电

26、路、定时器/计数器等制作在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机。它具有超小型化、结构紧凑、高可靠性、高抗干扰能力和高性价比的优点，在工业控制中占据很重要的地位，特别适用于实时工业测量控制、智能化仪器仪表、计算机外设和家用电器控制等应用系统。目前，8位单片机仍占有单片机市场60%以上的份额，促进了8位单片机朝着高性能和多功能化方向发展。随着超大规模集成电路的出现以及微电子工艺水平的提高，近10余年来单片机有了长足的发展。世界上各个著名的集成电路芯片制造商纷纷推出各自的产品，各种类型和型号的单片机锋如雨后春笋般相继问世。1976年Intel公司首先推出的MCS-48系列单片机是一种功能较简

27、单、寻址范围很有限的低性能8位单片机，除了一些传统的应用领域（如键盘控制器）外，这类单片机在很大程度上已被1980年Intel公司推出的MCS-51系列高档8位单片机所取代。在MCS-51系列单片机的内核8051/80C51的基础上，Intel公司、Philips公司、Siemens公司等纷纷推出了各种派生芯片。此类派生来的单片机功能有丰富、使用灵活，性能价格比远高于MCS-51系列单片机，是目前世界上使用得最广的一类单片机。经过详细比较，决定选用Intel公司生产的32位MCS-51系列的8051作为系统的控制核心。通过对传感器检则的信号的处理，进而决定继电器的闭合，电机的转动，实现本课题要

28、求的任务。2.2 MCS-51单片机的特点MCS-51系列单片机具有很强的功能，适用范围广，既可构成功能强大的复杂系统，也可组成较简单的应用系统。与MCS-48相比，主要有以下特点：程序存储器，片内程序存储器容量扩大了一倍，外部程序存储器的寻址空间扩大到64KB。数据存储器，片内数据存储器容量扩大了一倍，外部数据存储器的空间达到64KB。并行I/O口线，由MCS-48的27线增加到32线且可进行处理。定时器/计数器，设有两个16位的定时器/计数器（8052为3个）且可编程设定多种工作方式。串行I/O口，MCS-51设有一个全双工串行I/O口，可编程设定4种工作方式。工作寄存器，设有4个8位的通

29、用工作寄存器区，可适应多级中断和子程序嵌套，可避免寄存器内容进栈保护操作，提高了中断响应速度，加速子程序的调用。中断，设有两个内部中断源和两个外部（8052为3个）中断源，还有一个串行中断源，可编程设定中断优先级。堆栈，其堆栈位置可编程设定，深度可在允许范围内选用。指令系统，其指令系统增强了加、减、乘、除、比较、堆栈操作，因而运算功能大大增强。图2.1 MCS-51单片机总体结构布尔处理机，内部设有可直接进行位寻址的存储器、位处理指令、位处理累加器和运算器等，因而成为一种功能极强的位处理机，为控制方面的应用和逻辑运算提供了方便。MCS-51单片机总体结构如图2.1所示，包括如下功能部件：一个8

30、位中央处理器：4K/8KB的ROM；128/256B的RAM；32条I/O口；2个和3个（对8032/8052）定时器/计数器：1个具有5个中断源2个优先级的嵌套中断结构；1个用于多微处理机通信、I/O扩展或全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，此外还有程序寄存器PC、程序状态寄存器PSW、堆栈寄存器SP、数据指针寄存器DPTR等部件。这些部件集成在一块芯片上，通过内部总线连接，构成完整的微型计算机。算术/逻辑运算单元ALU：ALU的硬件结构与典型微机相似。它具有对8位信息进行+、×、÷四则运算和进行与、或、异或、取反、清0等逻辑运算的功能，另外MCS-51的

31、ALU还具有位处理功能，即具有置位、清0、取反、转移、监测、判断、逻辑等位操作功能。因此MCS-51的ALU还称为布尔处理机。寄存器组：MCS-51寄存器组在片内存储器RAM中都有地址映像，它们既可看作CPU的寄存器，也可看作具有确定单元的存储单元。累加器ACC（8位）：MCS-51单片机是以累加器为基础的结构，许多运算中的数据和结果都要经过累加器，如算术、逻辑运算中的操作数之一要先放在ACC中，才能与另外一个操作数一起送入ALU运算。ALU的运算结果也直接送进ACC。另外还有移位操作、片外数据存储器的数据传送也必须经过ACC，因此存在“瓶颈现象”。寄存器B（8位）：寄存器B主要用于乘、除法运

32、算。比如执行乘法指令时，被乘数与乘数要分别放在ACC和B中，做乘法运算后，乘积的高位字节会送入B中，而低字节送入ACC中。其他操作中B可用作一般寄存器使用。CY：进位标志。在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清除。在布尔处理机中，被认为是位累加器。AC：辅助进位标志。当进行加法或减法操作时，如果产生低4位数向高4位数进位或借位时，AC被硬件置1；否则被清0。AC被用于十进制调整。FO：标志O。是用户定我的一个状态标志。可以用软件置位或清除，也可以靠软件测试FO以控制程序的流程。RS1、RS0：寄存器区选择控制位1和0。可以靠软件来置位或清除，以确定工作寄存器区。OV：溢出标志。当

33、执行算术指令时，由硬件置位或清除，以指示溢出状态。P：奇偶标志。每个指令周期都由硬件来置位或清除，以表示累加器A中值为1的位数的奇偶数。若值为1的位数为奇数则P置位，否则清除。此标志位对串行通信中的数据传输有重要的意义。堆栈寄存器SP：MCS-51的堆栈设在片内RAM区，当堆栈存入数据时SP先自动加1，然后把数据压入堆栈；当数据出栈时，先弹出栈项数据，然后SP自动减1，仍指在栈顶。单片机复位时，SP=07H。数据指针DPTR（16位）：DPTR用来存放片外存储器的地址，CPU通过它找到一个存储单元，然后读出/写入其中数据，DPTR为16位寄存器，可寻址64KB存储空间。DPTR也可分为两个8位

34、寄存器DPH、DPL。程序计数器PC（16位）：PC位程序指针，它指出CPU即将执行的一条指令的存储地址。当CPU取走一条指令时，它便自动加1，通常使CPU顺序执行程序。当有转移、子程序调用、中断响应和复位等操作时，PC的内容被强制改写，使CPU改变执行程序的顺序。复位时，PC=0000H。PC位16位寄存器，可寻址64KB程序存储空间。工作寄存器R7：共有4组R0R7，任一时刻只能选用一组工作。通过改变PSW中的两位PSW.4和PSW.3来选用一组工作。其作用是暂存运算数据和中间结果，也可作为间接地址寄存器，使用比较灵活。本系统基于Intel公司的8051芯片设计了汽车灯光随动转向控制系统，

35、其总体控制方案如图2.2所示。使用单片机根据汽车转向时照明的盲区，对驾乘及道路其他使用者所带来的潜在隐患做出的解决方法。随动转向头灯在单片机内编写程序以控制步进电机的转速，旋转角度转动次数和控制步进电机的运行状态。根据驾驶员在驾驶汽车所需要的驾驶方法，借道超车，超车后并道、转向、调头、设计随动转向头灯所需要功效。转变时内侧灯可转动15°外侧灯可转动8°光束宽度加大，特别在连续弯道上，弯道内侧照明更宽，照明范围更大，可照亮传统车灯照不到的盲区，以便驾驶员及时发现路上的障碍物或行人，做出应对措施，提高了驾车的安全性，突现以人为本的道路使用精神6。图2.2 51单片机引脚2.3步

36、进电机控制系统步进控制器功率放大大器步进电机前照灯控制机构方向控制传统步进电机控制系统主要由步进控制器、功率放大器及步进电机组成。如图2.3所示。图2.3步进电机控制系统组成步进电机控制器由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及正反转控制门组成，其作用就是把输入的脉冲转换成环形脉冲，以便控制步进电机，并能进行正反方向控制。功率放大器的作用是把控制器输出的环形脉冲放大，以驱动步进电机转动。但此系统成本较高，本文采用单片机控制如图2.4所示。周期通电时间断电时间脉冲高度图2.4 脉冲序列tY单片机的主要作用是把二进制码转换成串行脉冲序列并实现方向控制，每当步进电机脉冲输入法线上得到一个脉冲，它便沿着转

37、向控制线信号所确定的方向走一步。2.4车灯随动转向控制系统的方案单片机接口驱动器步进电机前照灯图2.5步进电机控制系统流程发动机工作状态检测车门状态检测光强检测转向轴位置检测车架位置检测信号灯工作状态检测设置输入输入接口计算机系统输出接口前照灯自动开关系统故障报警照射范围调整图2.6 系统总体控制方案右前照灯正反转电机4正反转电机3继电器4继电器3继电器5信号输出语音报警控制器车门状态检测发动机状态检测光强检测转向轴位置检测信号输入正反转电机2正反转电机1继电器2继电器1车架位置检测左前照灯图2.7 控制系统布置图2.5 转角控制控制步进电机的运行速度，实际上是控制系统发出时钟脉冲的频率或是控

38、制换相的周期，即在升速过程中，使脉冲的输出频率逐渐增加，在减速过程中，使脉冲的输出频率逐渐减少。脉冲信号频率可以用软件延时或硬件中断两种方法来确定。1、软件延时根据所需要的时间常数设计一个子程序，该程序包含一定的指令，需要进行严密的计算或者精确的测试，以便确定延时时间是否符合要求。由于车灯随动转向中（左右）方向盘一般周角为540°，随动转向头灯的左右转角范围为815°，对于汽车在各种路况下的要求，并不能完全符合要求所以不予以采用该种方法。2、硬件中断方式可编程的硬件定时器直接对系统时钟脉冲或某一固定频率的时钟脉冲进行计算，计数值则由编程决定。当计数到预定的脉冲数时，产生信号

39、中断信号，得到所需的延时时间或定时间隔。由于计数的初始值由编程决定，因而在不改动硬件的情况下，只通过程序变化即可满足不同的定时和计数要求，因此使用很方便7。在控制方向盘时，车速越快，方向盘控制转角越快。反之，车速越慢，方向盘控制在满足驾驶安全的条件下转角也越慢，但并不排出在特殊情况下，慢车急打方向盘的情况，固对此情况做出特定定时。在借道超车及超车后并道同样与车速有关，所以根据以上情况，可通过可编程的硬件定时器直接对系统进行计算控制。开始保护现场输出控制模块指向下一控制模块取控制模块是否控制模块标志恢复模块起始地址步数够否禁止定时器中断关中断是否是恢复现场返回否开始设置控制步数设置定时器工作方式

40、设置定时器起初值正转否取正转模型起始地址开中断允许定时器中断启动定时中断等待取反转模型起始地址否是 图2.8 转向控制图 图2.9 控制模块控制流程图2.6信号采集由于方向盘转动角度远大于轮胎转动角度，所以截取信号非常困难，加之一定要考虑车轮正位时，但并不利于降低设计在实际运用的成本，所以在保证准确性、实用性，考虑两个解决方法，一是在方向盘中轴内加装减速齿轮，并从中截取信号这个理论上很简单，改装起来比较麻烦；二是在车轮前轴上截取信号。综合中断及控制实用简便可靠性分析，此项设计采用在方向盘中加装减速齿轮，并从中截取信号方法，取用参数。方向盘转角 车速信号延时分析（是否）步进电机方向选取转速控制中

41、断控制锁定方向盘转角（左右信号）方向盘回正单片机 图2-10 控制总流程 图2.10 控制回路流程图2.7 控制方法说明基于单片机对步进电机的控制分为串行控制和并行控制，随动转向头灯在汽车运动的主要功能。本设计可采用串行控制方式。单片机控制系统与步进电机驱动模块之间只有两条控制线，一条发出时钟脉冲信号来控制步进电机的转速，另一条发出转向信号控制步进电机的转向，两个信号都是送入步进电机驱动模块的输入端。而步进电机的驱动模块中有环行分配器，步进电机励磁方式的控制和控制脉冲的分配都是由环形分配器来完成的系统。按速度控制的要求从时钟脉冲控制线发出相应的控制脉冲即可对步进电机的转速进行控制，当需要恒速运

42、行时，就发出恒定频率的控制脉冲，当需要加速运行时，就发出频率递增的控制脉冲；当需要锁定状态时，只需要停止发出脉冲，并通入直流电就可以。转向控制线可实现对步进电机转向的控制，当输出高电平“1”时，环行分配器按正方向进行脉冲，步进电机正向旋转；当输出低电平“0”时，环行分配器按反方向进行脉冲分配，步进电机反方向旋转。由于以上控制过程的控制特点，对应随动转向灯所需的运动，串行控制是可行适用的，单片机控制系统与驱动模块之间只有两条控制线，从而使系统结构大为简化，对步进电机所需的转速、转角及锁定工况均可方便的实现。2.8 本章小结本章详细阐述了汽车前照灯转动角度模糊控制器的设计步骤，过程及方案。通过本章

43、的阐述，说明了本设计的控制系统采用模糊控制的基本设计思想和方法。第3章 蜗杆传动设计蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为90°。这种传动由于具有结构紧凑、传动比大、传动平稳以及在一定的条件下具有可靠的自锁性等优点，它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械及其它机器或设备中。3.1 蜗轮蜗杆的形成蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的轮齿分度圆柱面上缠绕一周以上，这样的小齿轮外形像一根螺杆，称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。为 了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形

44、状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样齿廓间为线接触，可传递较 大的动力。蜗杆蜗轮传动的特征：其一，它是一种特殊的交错轴斜齿轮传动，交错角为，很小，一般；其二，它具有螺旋传动的某些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮部分地包容蜗杆。蜗杆传动的特点（1）传动平稳，无噪声；（2）传动比大，结构紧凑；（3）具有自锁性；（4）传动效率较低，磨损较严重；（5）蜗杆轴向力较大，致使轴承摩擦损失较大。3.2 圆柱蜗杆传动的设计电机在某种测试条件下测得运行中输出为力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。其测试电压是12V；测试电流为4A；脉冲数为160

45、0PPR；连接方式串联。由图3.1可知，步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩，约为：，因此所要设计的随动机构可取，作为设计依据。图3.1 运行矩频特性图由于弹性活块联轴器各弹性元件可径向插入而不必轴向移动两个半联轴器，便于更换损坏的弹性元件。为了防止弹性元件因离心力而脱出，在联轴器的外缘装有套筒。其还有较大的径向和角向的补偿量，公称转矩和许用转速也较大，其许可工作温度为。本设计中所采用的随动机构采用涡轮蜗杆，避免了主从动件处在同一平面内布置的形式的单一，传动平稳，噪声较小，同时兼起到减速器的作用。蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料。3.2.1 失效形式点蚀、齿面胶合及过度磨损由于蜗

46、杆传动类似于螺旋传动啮合效率较低、相对滑动速度较大，点蚀、磨损和胶合最易发生，尤其当润滑不良时出现的可能性更大。又由于材料和结构上的原因，蜗 杆螺旋齿部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，蜗轮是该传动的薄弱环节。因此，一般只对蜗轮轮齿进行承载能力计算和蜗杆传动的抗胶合能力计算1、计算准则开式传动中主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，要按齿根弯曲疲劳强度进行设计。闭式传动中主要失效形式是齿面胶合或点蚀而。要按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核。此外，闭式蜗杆传动，由于散热较为困难，还应作热平衡核算。确定各力的方向：蜗杆为主动件，蜗杆的圆周力方向与蜗杆上啮合点的速度方向相反；蜗杆为从

47、动件，蜗轮的圆周力方向与蜗轮的啮合点的速度方向相同；蜗杆和蜗轮的轴向力方向分别与蜗轮和蜗杆的周向力方向相反；蜗杆和蜗轮的径向力方向分别指向各自的圆心。2、应力分析由于蜗杆传动中，蜗轮比蜗杆的强度低。因此，在应力分析中只要了解蜗轮的情况就可以了。普通圆柱蜗杆传动在中间平面相当于齿条和齿轮的传动，故可以仿照圆柱斜齿轮推倒蜗轮的应力计算公式。蜗轮齿面接触应力蜗轮齿面接触应力仍来源于赫兹公式。3、接触应力 （3.1）式中：-载荷系数；-啮合面的法向载荷，；-材料的弹性影响系数，对于青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆配对时，取；-综合曲率；-接触线总长，mm。将上式换算成蜗轮转矩T2和中心距a的关系得： （3.2）

48、式中：-蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触应力的影响系数，简称接触系数，查图4、蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿根接触疲劳强度的验算公式为：式中：蜗轮齿面的许用接触应力。设计公式为： （3.3）2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度的验算公式为：式中：-蜗轮齿根的许用弯曲应力。设计公式为： （3.4）许用应力 当蜗轮材料为强度极限300MPa的青铜，蜗轮传动的主要失效形式为蜗轮齿面接触疲劳失效。因此，承载能力取决于蜗轮的接触疲劳强度。则，其中为基本许用应力，查表；为接触疲劳强度的寿命系数， （3.5）表3.1 铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力（MPa）蜗轮材料铸造方法蜗杆螺旋面的硬度4

49、5HRC>45HRC铸 锡 磷 青 铜ZCuSn10P1砂 模 铸 造150180金 属 模 铸 造220268铸 锡 锌 铅 青 铜ZCuSn5Pb5Zn5砂 模 铸 造113135金 属 模 铸 造128140注：铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力为应力循环次数时之值，当时，需将表中数值乘以寿命系数；当时，取；当时，取。如果蜗轮材料为300MPa的青铜或灰铸铁，蜗轮传动的主要失效形式为蜗轮齿面胶合，因尚无完善的胶合强度计算公式，则按接触疲劳强度进行条件性计算。由于胶合不属于疲劳失效，与应力循环次数无关，可直接查表3.2。灰铸铁及铸铝铁青铜蜗轮许用接触应力(MPa)表3.2 蜗轮的许用弯曲

50、应力材料滑动速度蜗杆蜗轮<0.250.250.5123420或20Cr渗碳，淬火，45号钢淬火，齿面硬度大于45HRC灰铸铁HT15020616615012795-灰铸铁HT200250202182154115-铸铝铁青铜ZCuAl10Fe3-25023021018016045号钢或Q275灰铸铁HT15017213912510679-灰铸铁HT20020816815212896-，其中为基本许用应力，查表；为寿命系数。表3.3 蜗轮的基本许用弯曲应力 (MPa)蜗轮材料铸造方法单侧工作双侧工作铸 锡 磷 青 铜 ZCuSn10P1砂 模 铸 造4029金 属 模 铸 造5640铸 锡

51、锌 铅 青 铜ZCuSn5Pb5Zn5砂 模 铸 造2622金 属 模 铸 造3226铸 铝 铁 青 铜ZCuAl10Fe3砂 模 铸 造8057金 属 模 铸 造9064灰铸铁HT150砂 模 铸 造4028灰铸铁HT2004834注：表中各种青铜的基本许用弯曲应力为应力循环次数时之值N=106，当N106时，需将表中数值乘以寿命系数KFN；当N25x107时，取N=25x107；当105时，取N=105。蜗杆传动的润滑油润滑油润滑油的种类很多，需根据蜗杆；蜗轮配对材料和运转条件合理选用。表3.4 蜗杆配青铜蜗轮时，常用的润滑油见表全损耗系统用油牌号L-AN68100150220320460

52、680运动粘度v40(cSt)61.274.890110135165198242288352414506612748粘度指数 不小于90闪点(开口)(0C) 不低于180200220倾点(0C) 不高于-8-5蜗杆传动的相对滑动速度0112.505>510>1015>1525>25载荷类型重重中(不限)(不限)(不限)(不限)运动粘度v40(cSt)90050035022015010080给 油 方 法油 池 润 滑喷池润滑时的喷油压力(MPa)0.723润滑油量对闭式蜗杆传动采用油池润滑时，在搅油损耗不致过大的情况下，应有适当的油量。这样不仅有利于动压油膜的形成，而且有助于散热。对于蜗杆下置式或蜗杆侧置式的传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当为蜗杆上置式时，浸油深度约为蜗轮外径的13。润滑油粘度及给油方法润滑油粘度及给油方法，一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。对于闭式传动，常用的润滑油粘度及给油方法见表；对于开式传动，则采用粘度较高的齿轮油 或润滑旨。如果采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时，两边都要装有喷油嘴，而且要控制一定的油压。3.2.2 蜗杆设计1、基本参数的选定蜗杆转速，扭矩，传动比。双侧工作，工作载荷较稳定，冲击不大。要求寿命为年（按每年天，每天小时）。则使用寿命：根据