【文章內(nèi)容簡介】 。 28 參考文獻(xiàn) 29 致謝 30 附錄 31 1 第 1章 緒 論 引言 后視鏡是汽車必備的安全裝置 之一 , 可以分為內(nèi)后視鏡、外后視鏡和下后視鏡等 , 本文特指的是位于車門附近的左右后視鏡 , 這兩個后視鏡主要用來觀察道路兩側(cè)后方的情況 , 要求能進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)以滿足不同視角的需要。后視鏡的動作是通過直流電動機控制 , 每個后視鏡內(nèi)裝有 2個直流電動機來分別控制其水平方向和垂直方向的旋轉(zhuǎn)。其調(diào)節(jié)的功能包括 : 左后視鏡水平方向旋轉(zhuǎn)、左后視鏡垂直方向旋轉(zhuǎn)、右后視鏡水平方向旋轉(zhuǎn)、右后視鏡垂直方向旋轉(zhuǎn) [1]。 還有一個直流電動機是控制折疊和展開的旋轉(zhuǎn)。 研究的目的和意義 目前，賽馬轎車電動后視鏡開關(guān)采用即觸點控制方式，在 操縱電動后視鏡時，經(jīng)常出現(xiàn)觸點燒蝕的現(xiàn)象，給駕駛員帶來很多不便，為了解決上述問題，同時實現(xiàn)對汽車電動后視鏡的方便控制，設(shè)計基于單片機控制技術(shù)控制開關(guān)。 采用單片機控控制開關(guān)后，降低了電動后視鏡的故障率，從而降低行車安全事故的發(fā)生率，保障了人身安全，通過本次課程設(shè)計還能充分發(fā)揮我的創(chuàng)新思維，對培養(yǎng)創(chuàng)新思維及科學(xué)分析方法也十分有益。 電動后視鏡控制發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電子科學(xué)技術(shù)在汽車上應(yīng)用。普通的電動后視鏡已經(jīng)不能滿足用戶的需求，人們需要電動后視鏡具有更多的功能，如自動調(diào) 節(jié)、記憶等。于是更多的廠家將目光轉(zhuǎn)投向電動后視鏡的控制部分，使其具有自動調(diào)節(jié)、自動回位、記憶等功能。電動后視鏡控制將走向智慧化、人性化。 早期的電動后視鏡大多采用機械觸點開關(guān)，由于接觸不良而導(dǎo)致燒蝕的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，并且控制反應(yīng)慢，不準(zhǔn)確?，F(xiàn)在，大多數(shù)都采用電子芯片進(jìn)行控制，不僅可以更穩(wěn)定、可靠的工作，還具有記憶功能。駕駛員預(yù)先調(diào)整好適合自己的后視鏡位置并存儲在相應(yīng)的控制單元，開車時只需調(diào)出即可，免去了反復(fù)調(diào)節(jié)的麻煩。因此這種具有記憶功能的電動后視鏡適合于多個駕駛員不定期的開同一輛車 [2]。 設(shè)計 的流程 現(xiàn)在，大多數(shù)駕駛員都不具備專業(yè)的汽車維修知識，對于汽車電器的維修知識更是匱乏。因此，本次設(shè)計主要對原有電動后視鏡的控制線路進(jìn)行優(yōu)化并根據(jù)原車位置 2 對開關(guān)外型進(jìn)行設(shè)計，使其便于接線、安裝。駕駛員購買后，不必到專門的汽車維修店，只需在家按照說明自己更換。這樣進(jìn)一步降低了更換后視鏡開關(guān)的成本。 此次設(shè)計的主要原則為依據(jù)理論分析進(jìn)行試驗分析，最終方案結(jié)果以試驗數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。設(shè)計思路見如下流程圖。 圖 設(shè)計思路流程圖 設(shè)計的主要內(nèi)容 設(shè) 計出基于單片機控制技術(shù)的智能電動后視鏡開關(guān)。以解決賽馬轎車電動后視鏡觸點燒蝕現(xiàn)象。通過對原車控制線路的優(yōu)化設(shè)計，簡化控制線路。并進(jìn)行后視鏡開關(guān)外型的設(shè)計 。 查找賽馬轎車及其它車型電動后視鏡控制電路圖 確定設(shè)計方案 繪制電路圖 對設(shè)計方案進(jìn)行試驗分析 設(shè)計電路并進(jìn)行試驗分析 比較分析各車型電動后視鏡工作原理及觸點燒蝕原因 提出解決思路及可行方案并進(jìn)行比較分析 N N Y Y 對控制開關(guān)進(jìn)行設(shè)計 3 通過多方面查找數(shù)據(jù)，并結(jié)合其它典型電動機控制電路特點，完成如下工作： 首先學(xué)習(xí) 單片機知識 ，進(jìn)行知識 儲備 ，掌握 電動后視鏡工作原理 。 整理設(shè)計思路，確定設(shè)計路線，擬出多種設(shè)計方案，并對設(shè)計方案進(jìn)行比較、分析。確定出最終方案并進(jìn)行電路設(shè)計，進(jìn)行實驗分析。確定出最終控制電路 并給出電子元器件參數(shù)。 然后 按照設(shè)計方案工作原理進(jìn)行單片機編程 。 最后 實際測量賽馬轎車電動后 視鏡控制開關(guān)安裝位置及安裝尺寸，在不改變原車結(jié)構(gòu)的同時 進(jìn)行 開關(guān)外 形設(shè)計， 利用 CAD 繪制工程圖 ， 利用 Protel 軟件繪制電路圖 。 4 第 2章 賽馬轎車電動后視鏡及工作原理 電動后視鏡結(jié)構(gòu) 電動后視鏡的背部都裝有兩套電動機和驅(qū)動器?？煽刂破渖舷录白笥疫\動。通常垂直方向的運動由一個電動機控制，水平方向傾斜運動由另一個電動機操控。并且均為永磁型電動機。 如 圖 所示為電動后視鏡結(jié)構(gòu)圖，它由后視鏡、后視鏡調(diào)整器構(gòu)成 [3]。 圖 電動后視鏡結(jié)構(gòu)圖 后視鏡 功能 介紹 及其種 類 汽車后視鏡屬于重要安全 件，它的鏡面、外形和操縱都頗講究。后視鏡的質(zhì)量及安裝都有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不能隨意。 后視鏡以安裝位置劃分，分為外后視鏡、下后視鏡和內(nèi)后視鏡。以用途劃分，外后視鏡反映汽車后側(cè)方，下后視鏡反映汽車前下方，內(nèi)后視鏡反映汽車后方及車內(nèi)情況。用途不一樣，鏡面結(jié)構(gòu)也會有所不同。一般后視鏡鏡面主要有兩種，一種是平面鏡，顧名思義鏡面是平的，用術(shù)語表述就是 “ 表面曲率半徑 R 無窮大 ” ，這與一般家庭用鏡一樣，可得到與目視大小相同的映像，這種平面鏡常用做內(nèi)后視鏡。另一種是凸面鏡，鏡面呈球面狀，具有大小不同的曲率半徑，它的映像比目視小 ，但視野范圍大，好像相機 “ 廣角鏡 ” 的作用，這種凸面鏡常用做外后視鏡和下后視鏡。 轎車及其它輕型乘用車一般裝配外后視鏡和內(nèi)后視鏡，大型商用汽車（大客車和 5 大貨車）一般裝配外后視鏡、下后視鏡和內(nèi)后視鏡。 后視鏡有一個視界的問題，也就是指鏡面所能夠反映到的范圍。業(yè)界有視界三要素的提法，即駕駛者眼睛與后視鏡的距離；后視鏡的尺寸大小和后視鏡的曲率半徑。這三要素之間具有一定的關(guān)系，當(dāng)后視鏡的距離和尺寸相同時，鏡面的曲率半徑越小，鏡面反映的視界越大。當(dāng)鏡面的曲率半徑相同時，鏡面的尺寸越大，鏡面反映的視界越大。但是，事物總有 兩重性，雖然鏡面的曲率半徑越小視野范圍越大，但同時鏡面反映的物體變形程度也越大，這有些像 “哈哈鏡 ”，往往會造成駕駛者的錯覺。從行車安全的角度出發(fā)，有一個映像失真率的問題。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，平面鏡的失真率不得大于 3%，凸面鏡的失真率不得大于 7%，要求不能反映有歪曲變形的實物圖像。因此，鏡面的曲率半徑就有一個限制范圍，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外后視鏡的曲率半徑為 R1200，內(nèi)后視鏡的曲率半徑為無限大（平面鏡）。 同時，后視鏡也有一個反射率指標(biāo)。反射率越大鏡面反映的圖像越清晰。反射率的大小與鏡內(nèi)表面反射膜材料有關(guān)。汽車后視鏡反射 膜一般用銀和鋁為材料，它們的最小反射率為 80%。高反射率在一些場合會有副作用，例如夜間行車在后面汽車前大燈的照射下，經(jīng)內(nèi)后視鏡的反射會使駕駛者產(chǎn)生眩目感，影響行車安全。因此內(nèi)后視鏡一般采用棱形鏡，雖然鏡面也是平的，但其截面形狀是棱形，它利用棱形鏡的表面反射率與里面反射率不一樣的特點，達(dá)到無眩目要求。白天采用反射率為 80%的銀質(zhì)或鋁質(zhì)里面反射膜，晚上則用反射率只有 4%左右的表面玻璃。為此，晚上只需略為將白天位置的內(nèi)后視鏡轉(zhuǎn)動一下角度就行了。目前有一種自動變色的內(nèi)后視鏡，它的電子感光檢測器能自動分辨外界的自然光 和強加光源，通過電流變化在幾秒鐘內(nèi)調(diào)節(jié)鏡內(nèi)的變色材料，從無色變到有色以調(diào)節(jié)內(nèi)后視鏡的反射率，從而解決眩目問題。 駕駛者眼睛與后視鏡的距離，也就是后視鏡的安裝位置，直接影響到后視鏡的視界、清晰程度和汽車輪廓尺寸，對行車安全很重要。因此，后視鏡的安裝位置要求達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的視界要求；后視鏡應(yīng)盡可能靠近駕駛者的眼睛，應(yīng)方便駕駛者觀察，頭部及眼球轉(zhuǎn)動盡量小 ； 后視鏡應(yīng)安裝在車身上下振動最小的位置上。以現(xiàn)在的轎車為例，外后視鏡主要裝配在前車門上，控制方式有電動式和手動式。電動式外后視鏡的鏡片后面裝有驅(qū)動機構(gòu)，它由小型可逆 式直流電動機、減速齒輪、電磁離合器組成，駕駛者在車內(nèi)控制開關(guān)對外后視鏡進(jìn)行上下左右調(diào)整，調(diào)整范圍 30 度以內(nèi)，并可以折疊。手動式外后視鏡多采用杠桿式，駕駛者在駕駛座上擺動車門上相應(yīng)的小手柄，即可上下左右調(diào)整鏡面角度，這種手動后視鏡的結(jié)構(gòu)比較簡單，一般裝配在經(jīng)濟型轎車上。 外后視鏡外形輪廓不但影響到車身的外觀，也影響到車身尺寸，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有轎車 6 外后視鏡的安裝位置不得超出汽車最外側(cè) 250 毫米的規(guī)定。同時，由于一般轎車的速度提高，風(fēng)阻和噪聲是設(shè)計者要考慮的重要問題，因此外后視鏡外形輪廓要符合空氣動力學(xué)，用圓滑的線條盡 量減少風(fēng)阻及風(fēng)噪。 后視鏡還有一些其他的分類方法，如： 按后視鏡的鏡面形狀可分為平面鏡、球面鏡和雙曲率鏡面三大系列。另外還有一種棱形鏡，棱形鏡的鏡表面平坦，但其橫截面為棱形，通常用作防眩目的內(nèi)后視鏡。 按制鏡時涂用的反射膜材料可分為鋁鏡、鉻鏡、銀鏡，蘭鏡等 4 種。 按后視鏡的調(diào)節(jié)方式可分為車外調(diào)節(jié)和車內(nèi)調(diào)節(jié) 2 種。 (1)車外調(diào)節(jié)式 ； 這種方式式在停車狀態(tài)下，通過用手直接調(diào)節(jié)境況或鏡面的位置的方式來完成視角的調(diào)節(jié)，該方式費時費力，和難方便地一次性完成，駕駛員需要在座位上用手伸 出車窗外調(diào)節(jié)，在行車，雨天等情況下很不方便。一般的大型汽車，載貨汽車和搭檔客車都采用外調(diào)節(jié)方式，以降低成本。 (2)車內(nèi)調(diào)節(jié)式 ； 這種方式可為駕駛員在行駛過程中調(diào)節(jié)后視鏡，觀察后視野提供較為方便的條件。中、高檔轎車大都采用內(nèi)調(diào)節(jié)方式，該方式又分為手動調(diào)節(jié)式 （ 鋼絲索傳動調(diào)節(jié)或手柄調(diào)節(jié) ） 和電動調(diào)節(jié) 2 種。 電動后視鏡為駕駛員提供更便捷、更舒適的操作條件。它式目前中、高檔轎車普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)裝備。 后視鏡發(fā)展趨勢 目前一些汽車的外后視鏡還具有除霜除霧功能和洗滌功能。由于外后視鏡最外端面也就是汽車最寬 的位置，所以有些車上外后視鏡前端還增加了側(cè)面轉(zhuǎn)向燈，可以醒目提示汽車轉(zhuǎn)彎方向。至于內(nèi)后視鏡的附加功能就更加多了，在內(nèi)后視鏡后面裝置集成芯片，利用液晶顯示可將倒車?yán)走_(dá)、來電顯示、內(nèi)外溫度、汽車速度、胎壓、 CD及 GPS 顯示等等信息在內(nèi)后視鏡上反映出來。 隨著科技的發(fā)展，用攝像系統(tǒng)取替后視鏡已經(jīng)成為一些廠家今后的新目標(biāo)。它通過車輛兩側(cè)和車尾的攝像裝置及紅外線裝置，將攝到的圖像在后視顯示屏上顯示出來。例如第七屆北京國際車展上日產(chǎn) ideo 概念車沒有傳統(tǒng)的后視鏡，四周一共安裝了 14個攝像機（ 8 個平面視圖攝像機和 6 個環(huán)視攝像機），其作用除了能夠幫助駕駛員確保行駛安全外，還能用來擴展信息和收集圖像。整個儀表板是一個顯示屏，顯示了汽車后面及兩側(cè)的圖像，取替了后視鏡的作用 [3]。 7 賽馬轎車電動后視鏡 眾所周知，要對某一個部件進(jìn)行設(shè)計，首先要了解其工作原理，工作環(huán)境及工作特點。因此，本節(jié)主要針對賽馬轎車電動后視鏡的結(jié)構(gòu)，控制線路，端子接口情況進(jìn)行介紹。 賽馬轎車電動后視鏡結(jié)構(gòu)及工作原理 目前賽馬轎車電動后視鏡采用和大多數(shù)車型一樣的結(jié)構(gòu)，其背后裝有兩套電動機和驅(qū)動器，可操縱反射鏡上下及左右轉(zhuǎn)動。通常上下方向的 轉(zhuǎn)動用一個電機控制，左右方向的轉(zhuǎn)動由另一個電機控制。通過改變電機的電流方向，即可完成后視鏡的上下及左右調(diào)整。有的車型電動后視鏡還帶有伸縮功能，有伸縮開關(guān)控制伸縮電機工作，使整個后視鏡回轉(zhuǎn)伸出或縮回。 賽馬轎車電動后視鏡控制線路及工作原理 如圖 所示為賽馬轎車伸縮式電動后視鏡控制系統(tǒng)電路圖。在進(jìn)行調(diào)整時，首先通過左右調(diào)整開關(guān)選擇好要調(diào)整的后視鏡，如圖調(diào)整左后視鏡時，開關(guān)打向左側(cè)， 圖 賽馬轎車電動后視鏡控制電路 此時開關(guān)分別與 8 接點接通，再通過控制開關(guān)即可進(jìn)行該后視鏡的上下或左右 調(diào)整。 如圖 所示為賽馬轎車電動后視鏡端子結(jié)構(gòu)圖，在開關(guān)后面共有 11 各端子。其 8 工作原理如表 所示，當(dāng)調(diào)節(jié)左側(cè)后視鏡向上轉(zhuǎn)動時，將端子 1 與端子 6 相連，端子 9 與端子 10 相連。當(dāng)需要其向下轉(zhuǎn)動時，則將端子 6 與端子 9 相連，端子 6 與端子11 相連。 圖 賽馬轎車電動后視鏡開關(guān)端子 圖 開關(guān)位置與端子連接情況邏輯關(guān)系 圖 圖 所示為控制一側(cè)電動后視鏡運動的邏輯關(guān)系。我們都知道，汽車車身大部分是金屬，所以汽車電氣采用單線制，多數(shù)為負(fù)極搭鐵。但是為了控制電動后視鏡的兩個電動機正反轉(zhuǎn) ，后視鏡的電動機為雙線。為了減少導(dǎo)線的數(shù)量，兩個電動機有一個公共端（即表中導(dǎo)線端口 1），及只需要三根導(dǎo)線，導(dǎo)線 3 控制一個電動機運動，當(dāng)埠 1 接負(fù)極，埠 3 接正極時，電動機正轉(zhuǎn)，后視鏡向上轉(zhuǎn)動，反之則相反。同理， 2 控制電動機左右運動。 進(jìn)行向上調(diào)整時可將控制開關(guān)推向上策，此時控制開關(guān)分別與向上接點、左上接點結(jié)合，電路為蓄電池 → 熔斷器 → 點火開關(guān) → 控制開關(guān)向上接點 → 左右調(diào)整開關(guān) → 接點 7→ 左側(cè)電動機 → 接點 1 → 電動鏡開關(guān)接點 2 → 控制開關(guān)左上接點 → 電動鏡開關(guān)接點 3 → 蓄電池負(fù)極，左側(cè)后視鏡電動機運轉(zhuǎn)，完成調(diào)整 過程。其它調(diào)整過程與向上調(diào) 9 整過程類似，通過接通不同的開關(guān)即可完成。其他后視鏡動作關(guān)系見 圖 [4]。 圖 連接件連接及后視鏡動作邏輯關(guān)系 圖 賽馬轎車電動后視鏡開關(guān)特點 和大多數(shù)車型一樣，目前賽馬轎車的電動后視鏡依舊采用普通的觸點開關(guān)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易實現(xiàn)兩組電動機的正反轉(zhuǎn)，因此成為眾多汽車廠家的首選。 但是，由于普通觸點開關(guān)具有反應(yīng)延緩，容易出現(xiàn)虛接等現(xiàn)象，所以經(jīng)常出現(xiàn)觸點燒蝕的現(xiàn)象，給廣大司機帶來很多不必要麻煩，造成安全隱患。通常，在汽車的正常使用期限內(nèi)，需要多次更換，從而 提高了維修成本，造成不必要的浪費。 另外，我們知道，汽車駕駛控制面板的面積十分寶貴，所以，在滿足人機工程學(xué)原理的基礎(chǔ)上，應(yīng)大大減少各部件的使用空間。但是，由于普通機械觸點開關(guān)觸電有很大的電流通過，所以，觸點橫截面積不能過小。因此，整個開關(guān)需要占用很大的空間。 因此，重新調(diào)整控制原理，控制線路，控制開關(guān)的結(jié)構(gòu)時十分必要的。 后視鏡折疊 及加熱除霧 功能 在生活中，在泊車時，經(jīng)常會遇到空間不足， 冰雪、多霧天氣下，后視鏡面覆蓋冰雪霧水，擦來擦去無法清潔干凈 ，影響行車安全，為此本設(shè)計對后視鏡進(jìn)行 折疊及加 熱除霧等功能控制的設(shè)計，以實現(xiàn)方便安全的使用。 10 圖 陶瓷加熱片 圖 為為實現(xiàn)加熱除霧功能所選用的陶瓷加熱片。 本章小結(jié) 本章在一開始介紹了賽馬轎車電動后視鏡結(jié)構(gòu)及其工作原理，并結(jié)合其控制電路對電動后視鏡的調(diào)節(jié)過程進(jìn)行了介紹，通過對原有電路的解析，了解了其分別實現(xiàn)四個電動機正反轉(zhuǎn)工作的控制原理。并且，詳細(xì)介紹了賽馬轎車電動后視鏡開關(guān)的端子接口情況。通過對其控制原理的分析，初步確定了線路控制部分改進(jìn)的主題思路，對下一章線路優(yōu)化設(shè)計工作做了鋪墊。 11 第 3章 線路優(yōu)化及開關(guān)設(shè)計 設(shè)計原則 接線布局合理，線路連接可靠。 盡可能不破壞原有電路接線，便于安裝調(diào)試 電路中增加必要過載保護(hù)裝置。 依據(jù)上述設(shè)計原則，結(jié)合賽馬轎車控制線路特點，制定設(shè)計方案。 控制線路優(yōu)化 方案 汽車時當(dāng)代交