某泊車平板車系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u28812某泊車平板車系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)案例 1248301.1引言 155001.2總體方案設(shè)計(jì) 1193161.3平板車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成方案 3164851.4平板車關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)方案 4106171.4.1驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4126011.4.2輪系布局設(shè)計(jì) 6166301.4.3舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 733141.4.4舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 899351.4.5行駛受力分析 81.1引言當(dāng)前，泊車平板車主要在市場上使用，但是這種平板車具有諸如自動化程度低，單行進(jìn)路線和效率降低的問題。本章重點(diǎn)研究現(xiàn)問題，參考大量文獻(xiàn)，并研究具有遙控導(dǎo)航，強(qiáng)大的承載力和高度靈活性的全向移動式平板車。確定賽拉式遙控泊車平板車設(shè)計(jì)的總體方案，并設(shè)計(jì)研究其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1.2總體方案設(shè)計(jì)通過結(jié)合現(xiàn)有的汽車尺寸和重量分類標(biāo)準(zhǔn)與平板車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以確定電動平車的尺寸。查詢輪距相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并參考相關(guān)材料來確定泊車平板的總體尺寸。表2-1中顯示了德國分類標(biāo)準(zhǔn)，表2-2中顯示了輪距分類標(biāo)準(zhǔn)。表2-1德系分類標(biāo)準(zhǔn)表2-2轎車輪距分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)表2-1和表2-2中車輛尺寸參數(shù)，本文設(shè)計(jì)的泊車平板車主要針對的是家用SUV的全尺寸型號，其車輛底盤較高，對平板車高度的要求較小，而且全尺寸型的SUV大多重量較大，最高能達(dá)到2500kg以上，如途樂的七檔手自一體系列，因此設(shè)計(jì)車輛的寬度是800mm，車輛的長度是2000mm。泊車平板車的高度主要取決于所選車輪，螺旋舉升機(jī)構(gòu)，蓄電池的總高度，以及車輛在地面上方的高度。要最終確定泊車平板的負(fù)載重量，請參考轎車分類標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)的平板的重量，最終確定是3000Kg。如表2-3所示，平板車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足以下技術(shù)參數(shù)：表2-3泊車平板車技術(shù)參數(shù)序號項(xiàng)目參數(shù)1外形尺寸L2000*W800*H300（mm）2平板車自重≦300kg3舉升高度≦70mm4遙控距離≦100m5額定負(fù)載≦3000kg6最大速度≦0.75m/s7驅(qū)動電源DC48V8爬坡能力≦5°9蓄電池放電次數(shù)≥500次1.3平板車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成方案泊車平板車的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)概念，主要包括四個(gè)主要組件：驅(qū)動模塊，舉升模塊，充電模塊和車架。控制部分則主要包括兩個(gè)主要組件：無線遙控模塊和電機(jī)驅(qū)動模塊。該系統(tǒng)方案的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖1．驅(qū)動模塊主要包括驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、主動輪、從動輪、減速器等相關(guān)元器件，這是泊車平板的心臟，為它的動作提供動力，使其能夠自由運(yùn)動。2．舉升模塊主要包括升降電機(jī)，舉升機(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)等相關(guān)元器件，以完成平板對負(fù)載的升降和轉(zhuǎn)移過程。3．充電模塊的充電裝置主要對蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池向電動平車提供足夠的電力以確保正常運(yùn)行。4．車架則是平板車設(shè)計(jì)時(shí)的重要部分，因?yàn)轵?qū)動模塊，舉升模塊，充電模塊和控制部分都是安裝在車架上的，以及泊車過程中汽車的重量也是由車架承擔(dān)的，因此車架部分的設(shè)計(jì)要謹(jǐn)慎認(rèn)真。5．無線遙控模塊系統(tǒng)主要以PT2262/2272單片機(jī)為核心，按鍵輸入數(shù)據(jù)，PT2262對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后發(fā)送數(shù)據(jù)到PT2272，同時(shí)接收到無線信息，PT2272對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，輸出相應(yīng)的信號到主單片機(jī)AT89C52。6．電機(jī)控制模塊則是由L298N和L9110芯片作為主要的電機(jī)驅(qū)動芯片，其中L298N芯片是主要對驅(qū)動電機(jī)和舉升電機(jī)進(jìn)行控制的，而L9110芯片則是主要對轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行控制的。1.4平板車關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)方案1.4.1驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)在擁有大量車輛的交通道路上，由于狹窄的過道，有限的空間和有限的操作環(huán)境，泊車平板車必須能夠在所有方向上行駛。驅(qū)動模塊的選擇對于平板車的全方位移動非常重要。1．差速器驅(qū)動輪：由兩個(gè)對稱布置的驅(qū)動輪組成。每個(gè)驅(qū)動輪都單獨(dú)裝有驅(qū)動電機(jī)。轉(zhuǎn)向是通過控制兩個(gè)車輪使其擁有不同的速度來實(shí)現(xiàn)的，并且要求很高的控制精度。如圖2-2所示。圖2-2差速驅(qū)動輪2．麥克納姆輪：基于全向轉(zhuǎn)向原理，該輪可以在平面中的任何方向上移動。它的結(jié)構(gòu)是獨(dú)特的，大量的被動搖桿沿45°方向均勻分布在車輪的外邊緣。被動輥的軸線與車輪的圓周重合。當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)車輪時(shí)，車輪繞固定軸旋轉(zhuǎn)，并且每個(gè)被動輥都連續(xù)移動以形成圓柱表面。這使車輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)。如圖2-3所示，每個(gè)被動輥都可以沿其軸自由移動。盡管這種結(jié)構(gòu)足以進(jìn)行全向運(yùn)動，但一個(gè)車輪在車輛行駛時(shí)會產(chǎn)生一個(gè)恒定的角度，因此在選擇麥加納姆車輪時(shí)必須考慮車輪的旋轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，承載能力弱。對于泊車平板車，這種結(jié)構(gòu)很可能會磨損或損壞Mecanum車輪本身。圖2-3麥克納姆輪3．舵輪驅(qū)動：舵輪同時(shí)執(zhí)行方位驅(qū)動和轉(zhuǎn)向驅(qū)動，通過控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)前后輪前進(jìn)后退驅(qū)動，同時(shí)通過將轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝在方向輪上實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。在運(yùn)動過程中，舵輪的全向運(yùn)動通過高度集成且高度適應(yīng)的齒輪傳動來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)向和驅(qū)動電機(jī)彼此獨(dú)立，因此控制過程不必?fù)?dān)心電機(jī)調(diào)整問題，從而使控制簡單。舵輪可用作泊車平板車的驅(qū)動輪，以允許車輛在所有方向上移動，從而大大增加了靈活性，并控制了泊車平板車的運(yùn)動。實(shí)際的舵輪如圖2-4所示。圖2-4舵輪上述三個(gè)可移動機(jī)構(gòu)，第一種機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)橫向運(yùn)動。第二種機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)全圓周運(yùn)動，但運(yùn)動控制也非常復(fù)雜且繁重，車輪磨損更嚴(yán)重，不適合重型場合。第三種機(jī)構(gòu)可完成例如前后，左右橫向運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)向馬達(dá)和驅(qū)動馬達(dá)不會互相干擾，易于控制運(yùn)動。因此，選擇舵輪作為泊車平板車的驅(qū)動部件。1.4.2輪系布局設(shè)計(jì)輪系的布局對于將平板車停在狹窄的空間以及進(jìn)行全方位運(yùn)動尤為重要。常用的輪系組合主要是3輪，4輪和6輪結(jié)構(gòu)。分析并說明現(xiàn)有輪系布局的優(yōu)缺點(diǎn)，以設(shè)計(jì)適合本設(shè)計(jì)的輪系。選擇全面的移動停車平板車布局。1．三輪輪系結(jié)構(gòu)三輪輪系在平板車設(shè)計(jì)中很少見，盡管構(gòu)造簡單，但穩(wěn)定性較差。而且，在平板車設(shè)計(jì)中使用三輪車會導(dǎo)致承載能力不足，連接到主機(jī)無法正常工作。因此，三輪輪系不適用于泊車場景，結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5三輪輪系結(jié)構(gòu)布局2．四輪輪系結(jié)構(gòu)與三輪輪系相比，四輪輪系有更高的承載力和更高的穩(wěn)定性，并具有廣泛的應(yīng)用范圍。四輪傳動系統(tǒng)有4種主要類型，由主動輪和從動輪組成，其結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2-6四輪輪系結(jié)構(gòu)布局在圖2-6（a）中顯示了四輪全驅(qū)動。每個(gè)主動輪都有一個(gè)轉(zhuǎn)向馬達(dá)和驅(qū)動馬達(dá)，可使平板車完成全向運(yùn)動，但是控制復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)，所以該應(yīng)用尚未被大規(guī)模采用。在圖2-6（b）中，前后中軸線上有兩個(gè)主動輪，用于驅(qū)動平板車的行駛。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)動和轉(zhuǎn)向運(yùn)動。一輛泊車電動平板車，其左右兩側(cè)中央的兩個(gè)自由輪，負(fù)責(zé)承擔(dān)體重負(fù)荷和身體平衡。但平板車的受力分散在車身兩側(cè)，將驅(qū)動輪放置在中軸線上不是最佳位置。在圖2-6（c）中，兩個(gè)主動輪于車身的前部，兩個(gè)自由輪位于車身的后部，以保持平衡。通過這種布局可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。對車身而言，卻無法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和橫向運(yùn)動，運(yùn)動空間相對較小。在圖2-6（d）中，兩個(gè)主動輪沿對角線放置在整個(gè)車輛上，以允許平板車在所有方向上移動，從而增加了其對狹窄空間和長距離空間的適應(yīng)性?？刂七^程復(fù)雜并且具有較少的應(yīng)用，但這種布局形式極大地提高了運(yùn)動的靈活性，并且其研究的重要性在于它涵蓋了廣泛的范圍。3．六輪輪系結(jié)構(gòu)與上述比較，六輪輪系的平衡性和穩(wěn)定性有了顯著改善，但車輪更多，并非所有車輪都可以同時(shí)降落在地面上。為了確保輪子同時(shí)在地面上，必須首先使地面平坦度更高，然后使用適當(dāng)?shù)姆桨敢源_保輪子同時(shí)在地面上，改善車身穩(wěn)定性，保證運(yùn)行過程正常進(jìn)行。綜上，本次設(shè)計(jì)的原則是用較小的電動平板完成較大負(fù)載的泊車任務(wù)，并且平板具有全方位移動的能力，考慮到泊車過程中的平衡與穩(wěn)定性，采用雙舵輪對角布置的四輪輪系方案。1.4.3舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉升模塊的設(shè)計(jì)非常重要，塞拉式遙控泊車平板的額定負(fù)載為3000kg。根據(jù)舉升的工作模式，它可以大致分為兩類：液壓舉升和電動舉升。1．液壓升降機(jī)：液壓升降機(jī)是通過液壓油傳遞壓力的升降裝置。由于液體主要用作動力傳遞介質(zhì)，因此在工作過程中容易發(fā)生漏油，壓力不足以及工作性能受到影響的情況。液壓舉升裝置的重量較大，使用其會增加電動平板車本身的重量，與減輕電動平車的初衷不符。2．電動升降機(jī)：電動升降機(jī)通過電動傳動裝置驅(qū)動升降機(jī)構(gòu)。與液壓升降機(jī)相比，控制電動升降機(jī)相對容易。同時(shí)可以達(dá)到所需精度，另外，使用電動升降機(jī)還可以大大減少泊車平板的重量。在比較和分析兩種方法后。在本文中，選擇電動舉升作為平板車舉升的方式。通過對電機(jī)的控制保證舉升過程的穩(wěn)定性，結(jié)合無線遙控模塊中單片機(jī)系統(tǒng)的控制來控制伺服電機(jī)對平板車舉升功能的精準(zhǔn)控制。1.4.4舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)舉升機(jī)構(gòu)功能和形狀，可分為單柱，雙柱，四柱和剪式舉升機(jī)構(gòu)。單柱和雙柱舉升機(jī)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性均較差。四柱式舉升機(jī)適用于3000kg負(fù)載的平板車。剪式舉升不適宜在舉升狀態(tài)移動。經(jīng)過分析比較，賽拉式遙控泊車設(shè)備用四柱舉升機(jī)構(gòu)作為舉升模塊。如圖2-7所示，在參考了信息和制造商的資料后，型號為SWL5T。蝸輪蝸桿升降機(jī)構(gòu)的組成：蝸輪蝸桿主要由殼體，支撐軸承，蝸輪蝸桿，梯形螺釘和導(dǎo)套等零件。工作原理如圖2-8所示。蝸輪蝸桿運(yùn)行平穩(wěn)，安靜，體積小，自鎖且易于控制是遙控電平車舉升模塊的理想選擇。圖2-7蝸輪絲桿舉升機(jī)構(gòu)圖2-8蝸輪絲桿舉升機(jī)構(gòu)工作原理1.4.5行駛受力分析1．阻力矩Mm和摩擦阻力平板車運(yùn)行時(shí)的主要摩擦力矩有：滾動摩擦阻力矩，車輪軸承的摩擦阻力矩和附加摩擦力矩。式（2-1）式（2-2）式中Q——平板車自重：Q=300kg；G——載重量：G=3000kg；Dc——車輪直徑：Dc=0.15mR——滾動摩擦系數(shù)：R=0.0008；u——車輪軸承摩擦系數(shù)：u=0.015；d——車輪軸承內(nèi)徑：d=0.014m；β——附加摩擦系數(shù)：β=1.5。代入得：式（2-3）