某泊車平板車機械部分的設計計算目錄TOC\o"1-3"\h\u140某泊車平板車機械部分的設計計算 1325301.1驅動電機計算與選型 224471.2轉向電機計算與選型 568051.3舉升電機計算與選型 6199641.4車架設計 722671第2章平板車控制部分設計 94982.1控制部分硬件設計 9174472.1.1單片機最小系統(tǒng)設計 9136572.1.2四輪驅動模塊設計 1085792.1.3舉升驅動模塊設計 11102932.1.4轉向驅動模塊設計 11213112.1.5無線通信模塊設計 12293632.1.6電源模塊設計 13227322.2控制部分軟件設計 1498762.2.1平板車工作流程 1453012.2.2程序流程圖及相關說明 14根據(jù)塞拉式遙控泊車平板的設計要求，塞拉式遙控泊車平板車機械系統(tǒng)主要包括驅動模塊，舉升模塊和車架。塞拉式遙控泊車平板機械系統(tǒng)結構如圖3-1所示。圖3-1塞拉式遙控泊車平板機械系統(tǒng)結構圖1.1驅動電機計算與選型如表3-1所示，在計算平板車的驅動電機參數(shù)時，必須首先明確設計要求。結合無線遙控模塊，完成對平板車速度的精準控制，必須滿足基本選型要求。

表3-1驅動電機選型設計指標要求參數(shù)平板車自重300kg最大負載重量3000kg最高行走速度0.75m/s加速時間2s車輪直徑150mm1．電動平板車負載參數(shù)計算電動平板車的運動可分為三個階段：加速，恒定速度和減速。加速時速度從0增大到最大速度0.75m/s，使用時間為tA=2s（這部分是根據(jù)經驗得出的），減速時速度從最大速度0.75m/s減小至0時tB=2s。在勻速時以0.75m/s的速度運行，其運行時間由行進距離計算得出。勻速時間設置tR=4s，根據(jù)弧長公式L=nπR/180°，得出角速度：式（3-1）2．平板車減速器參數(shù)計算假設停車平板車的驅動輪在加速，減速和勻速下分別具有nA，nB和nR速度。假設停車平板加/減速期間的電動機速度是恒速電動機速度的一半，即nA=nB=nR/2式（3-2）查閱相關資料得出，前輪峰值力矩為TfA=126.23N·m，勻速運動力矩為TfR=20.69N·m，停止時的峰值力矩為TfB=128.73N·m；后輪峰值力矩為TbA=114.19N·m，勻速運動力矩為TbR＝16.87N·m，停止時的峰值力矩為車輪平均負載力矩TB為：T式（3-3）減速比i為：式（3-4）平均輸出轉速為：式（3-5）3．驅動電機參數(shù)的確定驅動電機的輸出扭矩為：式（3-6）驅動電機軸的轉動角速度為：式（3-7）額定輸出功率P為：式（3-8）取安全系數(shù)1.5，則電機功率為1376W。分析上式可得，選擇高性能稀土永磁伺服電機，額定轉速r/min，工作電壓為48V，額定扭矩N·m，額定功率為Ｗ，減速比為1:42的齒輪是WisdomWheelScience生產的減速齒輪。4．慣量匹配已知負載為kg，分散到驅動輪的質量為m==750kg，車輪的半徑為0.075m，負載慣性矩J為：式（3-9）將負載慣性矩轉換為電機軸的慣性矩：式（3-10）電機的轉動慣量為8.3xl0-4kg·m2，則轉動慣量與轉子轉動慣量的慣量比為：式（3-11）所選電機轉動慣量可以滿足選型標準。1.2轉向電機計算與選型平板車的轉向角速度為60°/s。前輪力矩為Tft=31.03N·m，后輪力矩為Tbt=48.12N·m，沖擊系數(shù)Fs2=1。結合指令操作，完成平板車多方位轉向的控制要求。計算如下：l．減速器的減速比計算轉向角速度為60°/s，設轉向電機的速度為n=3000r/min。齒輪的中心距為mm。舵輪轉速為：n式（3-12）轉向電機減速比為：式（3-13）2．齒數(shù)比i1=5.5：1則轉向電機的輸出轉矩Tz為：式（3-14）3．轉向電機的額定功率驅動電機軸的轉動角速度ω為：式（3-15）額定輸出功率P為：式（3-16）取安全系數(shù)1.5，電機功率為75W。根據(jù)計算出的參數(shù)，選擇直流伺服電機。型號為SMH40S-0010-30AK-4DKH，工作電壓為48V，額定功率W，額定轉速r/min，額定扭矩N?m。減速比為1:24的齒輪是WisdomWheelScience生產的減速齒輪。4．轉向電機的負載轉動慣量電機軸的轉動慣量J電機：式（3-17）電機的轉動慣量為，則電機軸轉動慣量的慣量比為：式（3-18）所選電機轉動慣量符合選型標準。1.3舉升電機計算與選型1．蝸輪絲桿螺旋傳動計算通過對平板車的數(shù)據(jù)要求分析結合機械設計，絲杠直徑為d=mm，螺距為p=mm，摩擦系數(shù)為f=。故摩擦角ρ為：式（3-19）螺紋升角φ為：式（3-20）當滿負荷舉升時，根據(jù)最大舉升質量m=750kg，計算在蝸桿蝸桿舉升機構施加的力F如下：式（3-21）那么，此時蝸輪的扭矩為：式（3-22）根據(jù)以上算出的扭矩，設傳動比i=8，效率η=0.7舉升機構中蝸桿所受扭矩為：式（3-23）2．根據(jù)平板車的技術指標和提升機構的參數(shù)來計算驅動電動機的輸出，選擇電動機速度n電機＝r/min，舉升高度為h=mm，舉升時間為t=s得，舉升中絲桿轉動的圈數(shù)為：q=式（3-24）絲桿的轉速n絲杠n式（3-25）總減速比i總為：i式（3-26）根據(jù)設計的蝸輪蝸桿升降機構，當蝸輪傳動比為8時，減速器的減速比如下：i式（3-27）驅動電機所受扭矩為：式（3-28）驅動電機的轉動角速度ω為：式（3-29）則驅動電機的輸出功率為：式（3-30）分析上式可得，選擇DMDC無刷直流電動機，型號D110BLD1000-48A-30S，額定功率W，工作電壓為48V，額定轉速r/min，額定轉矩N?m。對于減速器，從DeutscheMark選擇減速比為1：3的減速器。1.4車架設計車架是遙控泊車平板中的重要組成，因為其是平板車在運行過程中主要承載汽車重量的部分，這使得平板車在運行時的平穩(wěn)性和承載能力與車架的結構息息相關。車架采用邊梁式結構，由4根主要橫梁和若干縱梁組成，平板車運行過程中汽車的重量主要由四根橫梁承擔，整體車架為焊接，汽車的重量通過橫梁傳遞給了縱梁，由此將汽車施加的力分散，使泊車平板的運行安全得到了保障。車架結構如圖3-2所示。圖3-2車架結構圖車架采用10#工字鋼，材料為Q235，根據(jù)經驗取安全系數(shù)為2，承受二類載荷，查表知許用應力[σ]=93MPa，平板車運行過程中，假設舉升點受力相同，求得梁上載荷為F：式（3-31）車自重，m1=kg；負載重，m2=n為梁數(shù)，n=4。橫梁的受力為圖3-3所示。據(jù)圖3-4分析計算得：式（3-32）根據(jù)上式，畫出剪力圖和彎矩圖，如圖3-4示。圖3-3受力圖圖3-4剪力圖與彎矩圖由上圖知，最大剪力為N，最大彎矩為N·m。已知許用應力[σ]=93MPa，求得工字鋼的抗彎截面系數(shù)W：式（3-33）10#工字鋼，其抗彎截面系數(shù)為WX第2章平板車控制部分設計2.1控制部分硬件設計2.1.1單片機最小系統(tǒng)設計單片機最小系統(tǒng)的合理設計是平板車平穩(wěn)運行的前提，由于設計時間有限，不可能從零開始設計一個能夠滿足所有要求的電路板，所以需要選擇已經設計出來的電路板，將其拼接起來使用。本次主控部分選擇的是AT89C52芯片。圖4-1單片機最小系統(tǒng)上圖中的單片機最小系統(tǒng)由以下幾個部分組成：1．晶振電路，單片機要想工作必須有一個外部時鐘源，由晶振產生，具體電路為上圖中的X1、C8、C9。典型值為C8、C9為30pF，X1為12MHZ。2．復位電路，52單片機為高電平復位，電容充電的一段時間可以將復位腳的電平拉高，使單片機完成復位，R17的作用是在復位動作完成之后將電平從高拉低使單片機平穩(wěn)運行。3．ISP下載接口，電路是根據(jù)標準的ISP下載線來設計的，可與現(xiàn)在市場上的大多數(shù)下載線兼容。2.1.2四輪驅動模塊設計電機有許多常用的驅動芯片，根據(jù)前文中選擇的電機來確定需要的電機驅動芯片，通過篩選確定選用驅動效率較高的L298N作為電機驅動芯片，可以很好的滿足目前電機的驅動。四輪驅動使用的是直流電機。電機驅動電路圖如圖4-2所示。圖4-2L298N電機驅動電路圖對于以上電路圖有以下幾點說明：1．由圖所示可以看出，其中有兩個電源，電源VCC5V是給L298N供電的，電池電源VSS48V是給驅動電機供電的。2．使用L298N工作時，其耗能較大，容易產生熱量，可以增加散熱片。3．上圖可以連接一個或兩個電機，圖示為連接兩個，若只連一個則用OUT1、2或OUT3、4引腳，IN和OUT的引腳是一對一的關系。4．ISENA腳和ISENB腳有的電路在中間串連大功率電阻。5．續(xù)流二極管可以消除電機轉動時產生的尖峰電壓，從而保護電機。2.1.3舉升驅動模塊設計舉升電機與四輪驅動電機同為直流電機，雖然型號不同，但是其控制模塊可選擇與四輪驅動模塊一樣的L298N芯片。通過電流的流向控制電機來實現(xiàn)舉升車輛和放下車輛的目的。2.1.4轉向驅動模塊設計L9110驅動電路是專門為小型直流電動機設計的驅動電路。飽和壓降低，輸出穩(wěn)定。外部零件很少，其功能已經整合到L9110芯片中，不僅節(jié)省了成本，而且縮小了體積，為添加其他設計空出了大量空間。在圖4-3中，J1和J4是兩個驅動電路的兩個輸出引腳，各控制一個DC電機。J3和J5是直接連接到單片機控制信號端口的引腳。圖4-3兩路L9110驅動電路2.1.5無線通信模塊設計無線通信采用的是PT2262/2272無線模塊，它的子型號能夠很好的滿足目前平板車所需的無線通信。因為要控制平板車前進，后退，左轉，右轉，舉升，下降實現(xiàn)六種指令的發(fā)送與接收，所以選用6位數(shù)據(jù)端管腳的PT2262-IR，選擇匹配的PT2272-M6。其電路如圖4-3、圖4-4所示。其中發(fā)射模塊PT2262-IR是在遙控器中安裝的，所以選用3V的CR1620紐扣電池作為供電電源。圖4-3無線發(fā)射模塊電路圖圖4-4無線接收模塊電路圖2.1.6電源模塊設計電源是整個平板車系統(tǒng)正常工作的前提，對于平板車來說電源模塊應注意以下內容：1．單片機的電源一般在5V左右，和常規(guī)的電源基本沒有多大區(qū)別。2．驅動供電與平常的穩(wěn)壓電源不同，還要考慮在長時間工作后電池出現(xiàn)電壓降低的情況，因此采用大一點的電源相對比較好。所以選用蓄電池給平板車供電，型號為6-DZM-22，其類型為動力型蓄電池，輸出電壓為48V，其占用空間較小，安裝簡便。蓄電池可直接給電機供電，但是蓄電池的輸出電壓對于單片機過大，因此需要降壓模塊對其進行降壓后接入單片機，降壓模塊如圖4-5所示。圖4-448V降壓電路圖2.2控制部分軟件設計2.2.1平板車工作流程塞拉式遙控泊車平板車的基本工作流程如下：電源開啟，遙控平板車開機，開機后平板車與遙控器進行信號連接，信號連接成功后可用遙控器直接控制平板車。通過遙控器發(fā)送移動指令控制平板車進入需要進行停車的汽車底部。發(fā)送舉升指令控制平板車將汽車舉起。發(fā)送移動指令控制平板車將汽車快速平穩(wěn)的停入停車位。發(fā)送下降指令控制平板車將汽車放下。發(fā)送移動指令控制平板車從汽車底部行駛出來，完成一次停車流程。2.2.2程序流程圖及相關說明塞拉式遙控泊車平板，其主要功能就是通過遙控的方式，實現(xiàn)在位置有限的情況下將汽車安全平穩(wěn)的停入車位，軟件要