【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 脈沖總數(shù)；為車輪半徑； 為編碼器的線數(shù)。本設(shè)計(jì)選用編碼器的線數(shù)為500，，因此測(cè)速公式可改為： (36) 汽車轉(zhuǎn)彎性能研究 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，不僅要考慮方向盤與車輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系，還要考慮轉(zhuǎn)彎半徑與車速等量的關(guān)系，通過(guò)綜合考慮，才能知道轉(zhuǎn)彎是否安全。 方向盤轉(zhuǎn)角與車輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系汽車方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍一般為720176。~+720176。，汽車車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為45176。~+45176。(左轉(zhuǎn)為“”，右轉(zhuǎn)為“+”)，一般汽車的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度和汽車轉(zhuǎn)向輪的旋轉(zhuǎn)角度存在線性關(guān)系。車輪轉(zhuǎn)角與方向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系如公式(37)所示。 (37) 其中為汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度；為轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。汽車方向盤轉(zhuǎn)角與車輪轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖37所示。圖37 汽車轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角與方向盤轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系 車輪轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)彎半徑之間的關(guān)系汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)都有轉(zhuǎn)彎半徑，由于轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角大小不一樣，轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑也不一樣。確定轉(zhuǎn)彎半徑對(duì)確定轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性有非常重要的作用。一般小車的轉(zhuǎn)向輪為前輪，后輪為驅(qū)動(dòng)輪。小車轉(zhuǎn)彎時(shí)的模型如圖38所示。圖38 小車轉(zhuǎn)彎模型圖中L為小車前后輪的軸距，R為小車轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑，223。為車輪轉(zhuǎn)向角度，虛線圓弧為轉(zhuǎn)彎路徑。轉(zhuǎn)彎的圓心為轉(zhuǎn)向輪的垂直線與后軸的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)O處。一般情況下車輪轉(zhuǎn)向角223。比較小，因此當(dāng)，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向角為時(shí)，轉(zhuǎn)彎半徑可近似由公式(38)得出。 (38) 其中為轉(zhuǎn)彎半徑；為前后輪軸距。 汽車轉(zhuǎn)彎模型分析汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)彎的安全性非常重要，如果彎度過(guò)小，車速過(guò)高，就可能發(fā)生向心力不足，汽車甩出路面，造成事故。因此，在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行受力分析，從而設(shè)計(jì)報(bào)警裝置。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的受力情況如圖39所示。圖39 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的力學(xué)模型分析圖中為汽車所受重力；為汽車與路面的橫向摩擦力；為路面對(duì)汽車的支持力；為路面傾角。由圖可知，轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車的向心力由汽車重力沿路面方向的分力和汽車車輪與路面之間的橫向摩擦力提供。根據(jù)力學(xué)原理可知： (39)其中F為汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力；為汽車所受重力；為汽車車輪與路面的摩擦力；為路面傾角。汽車所受重力由公式(310)所示。 (310)其中，為汽車質(zhì)量，為重力加速度。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受橫向摩擦力如公式(311)所示。 (311)其中為汽車所受橫向摩擦力，為路面摩擦系數(shù)。根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)公式可知，汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車速，轉(zhuǎn)彎半徑與向心力有以下關(guān)系： (312)將公式(37)~(311)代入公式(312)可知： (313)其中，為車速；為路面傾角；為車輪轉(zhuǎn)角。這里的為轉(zhuǎn)彎時(shí)的最高理論車速，如果車速超過(guò)轉(zhuǎn)彎理論車速就會(huì)有轉(zhuǎn)向力不足，汽車飛出路面的事故發(fā)生。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)車速接近路面允許的最大車速時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該報(bào)警，警告駕駛員轉(zhuǎn)彎車速過(guò)高。一般情況下，路面摩擦系數(shù)根據(jù)天氣情況不同而不同。一般晴天時(shí)，。因此設(shè)計(jì)時(shí)。為安全起見，留一定裕量，取 。一般汽車前后輪軸距為 。 將這些數(shù)據(jù)代入公式(313)，可得汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的最高車速應(yīng)近似為： (314)其中，為車速；為路面傾角；為方向盤轉(zhuǎn)角。 本章小結(jié) 本章首先對(duì)系統(tǒng)的三個(gè)檢測(cè)量：方向盤轉(zhuǎn)角、路面傾角及車速的檢測(cè)原理進(jìn)行了分析；其次對(duì)系統(tǒng)各檢測(cè)量之間的關(guān)系作了闡述，分析了汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的力學(xué)模型，從而確定了轉(zhuǎn)彎時(shí)最大車速，根據(jù)最大車速，才能進(jìn)一步確定系統(tǒng)什么時(shí)候應(yīng)該報(bào)警。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第四章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體硬件框圖本設(shè)計(jì)以ATmega16單片機(jī)為核心，系統(tǒng)的主要組成部分包括數(shù)據(jù)采集部分，信號(hào)處理部分，數(shù)據(jù)處理部分及顯示部分等。該設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)檢測(cè)部分主要包括方向盤角度檢測(cè)模塊，路面傾角檢測(cè)模塊及車速檢測(cè)模塊。方向盤角度檢測(cè)模塊和路面傾角檢測(cè)模塊都采用電位器的分壓原理，電位器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)處理傳送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)采樣保持電路及自身集成的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而為單片機(jī)控制所用，通過(guò)方向盤轉(zhuǎn)角和地面傾角就可以確定理論上的最大車速。汽車車速檢測(cè)采用旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼器檢測(cè)的脈沖序列經(jīng)過(guò)處理，送入單片機(jī)計(jì)數(shù)口進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，可得出汽車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，從而得出汽車的速度。將檢測(cè)的車速和理論最大車速進(jìn)行比較，從而確定系統(tǒng)是否需要報(bào)警。本系統(tǒng)硬件的總體框圖如圖41所示。圖41 系統(tǒng)總體硬件框圖 ATmega16單片機(jī)介紹本系統(tǒng)的控制中心采用ATmega16單片機(jī)[7]。ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾；ATmega16有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，131條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期，32個(gè)8位通用工作寄存器，全靜態(tài)工作，工作在16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS；并且有非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash擦寫壽命10000次，有512字節(jié)的EEPROM擦寫壽命100000次；具有32個(gè)可編程的I/O口，編程簡(jiǎn)單；ATmega16兼PIC及8051優(yōu)點(diǎn)于一身，具有優(yōu)秀的品質(zhì)，在結(jié)構(gòu)、性能和功能方面都有明顯優(yōu)勢(shì)[8]。ATmega16的引腳如圖42所示。 圖42 ATmega16的引腳圖本設(shè)計(jì)方向盤角度檢測(cè)環(huán)節(jié)采用單片機(jī)的PA0口，路面傾角檢測(cè)環(huán)節(jié)采用單片機(jī)的PA1口。這兩個(gè)接口都有ADC轉(zhuǎn)換功能和采樣保持功能。速度檢測(cè)環(huán)節(jié)采用PB0口，此接口有定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。單片機(jī)ADC轉(zhuǎn)換原理將在下一小節(jié)介紹。 單片機(jī)ADC轉(zhuǎn)換原理電位器檢測(cè)來(lái)的電壓必須經(jīng)過(guò)ADC轉(zhuǎn)換才能被單片機(jī)所識(shí)別，從而進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。ATmega16有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC，ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來(lái)自端口A的8路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。單端電壓輸入以0V（GND）為基準(zhǔn)，單次轉(zhuǎn)換的結(jié)果為： (41)其中，ADC：A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果；：輸入的電壓；：基準(zhǔn)電壓（）。如果使用差分通道，結(jié)果為： (42)其中，：輸入引腳正電壓； ：輸入引腳負(fù)電壓；：選定的增益因子。本設(shè)計(jì)采用單端輸入電壓進(jìn)行采集的方式，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換方便。使用單端通道方式時(shí)，單端通道的輸入電壓不得超過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部參考電壓，否則，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果接近于0x3FF。，其抗干擾能力強(qiáng)，波動(dòng)小，精度高，電路簡(jiǎn)單，使用方便。ADC包括一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過(guò)程中輸入到ADC的電壓保持恒定。 檢測(cè)環(huán)節(jié)硬件設(shè)計(jì) 方向盤角度檢測(cè)環(huán)節(jié)硬件設(shè)計(jì) 方向盤角度檢測(cè)模塊采用電位器的分壓原理，通過(guò)電壓與電位器轉(zhuǎn)角的關(guān)系來(lái)推算出電位器的轉(zhuǎn)角度數(shù)，從而得出方向盤的轉(zhuǎn)角度數(shù)。，因此。，轉(zhuǎn)換結(jié)果為0x3FF。設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路將+，電壓采集部分的電路設(shè)計(jì)如圖43所示。圖43 檢測(cè)模塊電路原理圖圖中R為多圈電位器，通過(guò)分壓原理進(jìn)行電壓采集。，用于將電源Vcc(+5V)，從而供電位器分壓采集。L1和C1用于直流的濾波，電阻R1用于限流。路面傾角的檢測(cè)原理和方法同方向盤角度檢測(cè)地方法一樣，電路的硬件設(shè)計(jì)也相同，只是將單片機(jī)的PA0口換為PA1口，進(jìn)行電壓采集，這里不再贅述。 車速檢測(cè)環(huán)節(jié)硬件設(shè)計(jì)車速檢測(cè)環(huán)節(jié)的傳感器采用光電編碼器，光電編碼器輸出脈沖序列經(jīng)過(guò)整形后送入單片機(jī)PB0口進(jìn)行計(jì)數(shù)。ATmega16單片機(jī)中有兩個(gè)8位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器：T/C0和T/C2，還有一個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T/C1[9]。PB0引腳可用作T/C0