【文章內容簡介】 脈沖總數(shù)；為車輪半徑； 為編碼器的線數(shù)。本設計選用編碼器的線數(shù)為500，，因此測速公式可改為： (36) 汽車轉彎性能研究 汽車轉彎時，不僅要考慮方向盤與車輪的轉角關系，還要考慮轉彎半徑與車速等量的關系，通過綜合考慮，才能知道轉彎是否安全。 方向盤轉角與車輪轉角之間的關系汽車方向盤的轉動范圍一般為720176。~+720176。，汽車車輪的轉動范圍為45176。~+45176。(左轉為“”，右轉為“+”)，一般汽車的方向盤轉動角度和汽車轉向輪的旋轉角度存在線性關系。車輪轉角與方向盤轉角的關系如公式(37)所示。 (37) 其中為汽車方向盤轉動角度；為轉向輪的轉動角度。汽車方向盤轉角與車輪轉角的對應關系如圖37所示。圖37 汽車轉向輪轉角與方向盤轉角的對應關系 車輪轉角與轉彎半徑之間的關系汽車在轉彎時都有轉彎半徑，由于轉向輪的轉角大小不一樣，轉彎時的轉彎半徑也不一樣。確定轉彎半徑對確定轉彎時的穩(wěn)定性有非常重要的作用。一般小車的轉向輪為前輪，后輪為驅動輪。小車轉彎時的模型如圖38所示。圖38 小車轉彎模型圖中L為小車前后輪的軸距，R為小車轉向時的轉彎半徑，223。為車輪轉向角度，虛線圓弧為轉彎路徑。轉彎的圓心為轉向輪的垂直線與后軸的延長線的交點O處。一般情況下車輪轉向角223。比較小，因此當，當汽車轉向角為時，轉彎半徑可近似由公式(38)得出。 (38) 其中為轉彎半徑；為前后輪軸距。 汽車轉彎模型分析汽車轉彎時，轉彎的安全性非常重要，如果彎度過小，車速過高，就可能發(fā)生向心力不足，汽車甩出路面，造成事故。因此，在汽車轉彎時，應對其進行受力分析，從而設計報警裝置。汽車轉彎時的受力情況如圖39所示。圖39 汽車轉彎時的力學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；為路面對汽車的支持力；為路面傾角。由圖可知，轉彎時，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)力學原理可知： (39)其中F為汽車轉彎時的向心力；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，為汽車質量，為重力加速度。汽車轉彎時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)圓周運動公式可知，汽車轉彎時，車速，轉彎半徑與向心力有以下關系： (312)將公式(37)~(311)代入公式(312)可知： (313)其中，為車速；為路面傾角；為車輪轉角。這里的為轉彎時的最高理論車速，如果車速超過轉彎理論車速就會有轉向力不足，汽車飛出路面的事故發(fā)生。因此在設計時，當車速接近路面允許的最大車速時，系統(tǒng)應該報警，警告駕駛員轉彎車速過高。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，。因此設計時。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)，可得汽車轉彎時的最高車速應近似為： (314)其中，為車速；為路面傾角；為方向盤轉角。 本章小結 本章首先對系統(tǒng)的三個檢測量：方向盤轉角、路面傾角及車速的檢測原理進行了分析；其次對系統(tǒng)各檢測量之間的關系作了闡述，分析了汽車轉向時的力學模型，從而確定了轉彎時最大車速，根據(jù)最大車速，才能進一步確定系統(tǒng)什么時候應該報警。廣西大學畢業(yè)設計論文 第四章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的硬件設計第四章 方向盤角度檢測系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)總體硬件框圖本設計以ATmega16單片機為核心，系統(tǒng)的主要組成部分包括數(shù)據(jù)采集部分，信號處理部分，數(shù)據(jù)處理部分及顯示部分等。該設計的數(shù)據(jù)檢測部分主要包括方向盤角度檢測模塊，路面傾角檢測模塊及車速檢測模塊。方向盤角度檢測模塊和路面傾角檢測模塊都采用電位器的分壓原理，電位器輸出的電壓信號經(jīng)過處理傳送給單片機，單片機經(jīng)過采樣保持電路及自身集成的A/D轉換器將模擬電壓信號轉換為數(shù)字信號，從而為單片機控制所用，通過方向盤轉角和地面傾角就可以確定理論上的最大車速。汽車車速檢測采用旋轉編碼器，編碼器檢測的脈沖序列經(jīng)過處理，送入單片機計數(shù)口進行計數(shù)，通過單位時間內的脈沖數(shù)，可得出汽車車輪轉動的圈數(shù)，從而得出汽車的速度。將檢測的車速和理論最大車速進行比較，從而確定系統(tǒng)是否需要報警。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單片機介紹本系統(tǒng)的控制中心采用ATmega16單片機[7]。ATmega16是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達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有先進的RISC結構，131條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，32個8位通用工作寄存器，全靜態(tài)工作，工作在16MHz時性能高達16MIPS；并且有非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器，16K字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash擦寫壽命10000次，有512字節(jié)的EEPROM擦寫壽命100000次；具有32個可編程的I/O口，編程簡單；ATmega16兼PIC及8051優(yōu)點于一身，具有優(yōu)秀的品質，在結構、性能和功能方面都有明顯優(yōu)勢[8]。ATmega16的引腳如圖42所示。 圖42 ATmega16的引腳圖本設計方向盤角度檢測環(huán)節(jié)采用單片機的PA0口，路面傾角檢測環(huán)節(jié)采用單片機的PA1口。這兩個接口都有ADC轉換功能和采樣保持功能。速度檢測環(huán)節(jié)采用PB0口，此接口有定時和計數(shù)功能。單片機ADC轉換原理將在下一小節(jié)介紹。 單片機ADC轉換原理電位器檢測來的電壓必須經(jīng)過ADC轉換才能被單片機所識別，從而進行進一步的數(shù)據(jù)處理。ATmega16有一個10位的逐次逼近型ADC，ADC與一個8通道的模擬多路復用器連接，能對來自端口A的8路單端輸入電壓進行采樣。單端電壓輸入以0V（GND）為基準，單次轉換的結果為： (41)其中，ADC：A/D轉換的結果；：輸入的電壓；：基準電壓（）。如果使用差分通道，結果為： (42)其中，：輸入引腳正電壓； ：輸入引腳負電壓；：選定的增益因子。本設計采用單端輸入電壓進行采集的方式，其電路結構簡單，轉換方便。使用單端通道方式時，單端通道的輸入電壓不得超過單片機的內部參考電壓，否則，將導致轉換結果接近于0x3FF。，其抗干擾能力強，波動小，精度高，電路簡單，使用方便。ADC包括一個采樣保持電路，以確保在轉換過程中輸入到ADC的電壓保持恒定。 檢測環(huán)節(jié)硬件設計 方向盤角度檢測環(huán)節(jié)硬件設計 方向盤角度檢測模塊采用電位器的分壓原理，通過電壓與電位器轉角的關系來推算出電位器的轉角度數(shù)，從而得出方向盤的轉角度數(shù)。，因此。，轉換結果為0x3FF。設計穩(wěn)壓電路將+，電壓采集部分的電路設計如圖43所示。圖43 檢測模塊電路原理圖圖中R為多圈電位器，通過分壓原理進行電壓采集。，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。路面傾角的檢測原理和方法同方向盤角度檢測地方法一樣，電路的硬件設計也相同，只是將單片機的PA0口換為PA1口，進行電壓采集，這里不再贅述。 車速檢測環(huán)節(jié)硬件設計車速檢測環(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)過整形后送入單片機PB0口進行計數(shù)。ATmega16單片機中有兩個8位的定時/計數(shù)器：T/C0和T/C2，還有一個16位的定時/計數(shù)器T/C1[9]。PB0引腳可用作T/C0