富康汽车油门防误踩装置设计毕业设计定稿

富康汽车油门防误踩装置设计毕业设计定稿 . 摘 要 ................................................................................................................................. 1 1绪论 .................................................................................................................................... 3 1.1汽车油门防误踩装置的发展概述 ............................................................................ 3 1.2 目前国内外相关领域的研究现状及不足 ................................................................ 3 1.3 油门防误踩装置的发展趋势 ................................................................................... 5 1.4 设计研究的背景、目的以及意义 ........................................................................... 5 1.4.1 设计研究的背景 ................................................................................................................... 5 1.4.2 设计研究的目的和意义 ....................................................................................................... 5 1.5 设计研究的主要内容及各章节安排 ....................................................................... 6 2富康汽车油门防误踩装置设计论证 .......................................................................... 7 2.1 富康汽车制动系统的组成 ....................................................................................... 7 2.2 富康汽车变速性能的总结和分析 ..........................................................................10 2.3目前汽车配备的油门防误踩装置设计的简介 ........................................................ 11 2.4 富康轿车油门防误踩装置的设计方案的确定 .......................................................12 2.5 本章小结 .................................................................................................................13 3富康轿车油门防误踩装置的设计 .................................................................................... 14 3(1 富康轿车油门防误踩装置设计思路.....................................................................14 3.2 富康汽车油门防误踩刹车装置控制系统的设计 ...................................................14 3.2.1 防误踩刹车装置控制系统设计原理 ................................................................................. 14 3.2.2 油门防误踩装置传感器元件的选型 ................................................................................. 15 3.2.3 防误踩刹车装置控制系统软件的实现 ............................................................................. 15 3.3 富康汽车油门防误踩刹车装置执行机构的设计 ...................................................16 3.4 富康汽车油门防误踩装置主要机构的设计和计算 ...............................................19 3.4.1 齿轮的设计和计算 ............................................................................................................. 19 3.4.2 轴的设计 ............................................................................................................................. 20 3.4.3 轴承的选择 ......................................................................................................................... 21 3.4.4 棘轮的设计 ......................................................................................................................... 22 3.4.5弹簧的设计 .......................................................................................................................... 22 3.4.5 箱体的设计 ......................................................................................................................... 24 3.5 本章小结 .................................................................................................................25 4 设计总结.......................................................................................................................... 26 结 论 ............................................................................................................................... 27 致 谢 ............................................................................................................................. 27 参考文献 ............................................................................................................................. 28 . 摘 要 近几年来，随着经济的发展，我国汽车的数量在不断上升;然而，机动车数量的增多，交通事故发生的频率更大。驾驶过程中的安全事故也愈发的凸现出来。人们愈加重视司机在驾驶过程中的错误操作。在对失误操作原因加以分析以后，发现，在紧急刹车时，将油门误当为刹车的情况占了很大的比例。 现如今，在中国国内，配有防误踩装置的汽车很少，即便是有，成本也相对较高。因此，出现了很多防误踩装置。思路基本上都是在遇到紧急情况是使油门失效，而制动系统开始工作，从而达到避免交通事故的目的。本设计的构想也是如此，在分析和研究了富康轿车制动及变速系统以后，再加上对汽车防误踩装置的总体结构，功能以及实现的仔细研究，决定将单片机压力开关传感器传递的数据与事先设定好的数据通过智能化控制进行对比从而判断是否为误踩，从而实现单片机的智能控制防误踩机构的工作，达到汽车油门防误踩的目的。研究设计的汽车油门防误踩装置的特点是基本原理简单、对驾驶员踩踏油门的意图判断灵敏;此外，这种方案的确定对汽车本身的结构改变很少，安装拆卸都很方便，所以它的通用性好，可实现大范围的推广，因此，汽车功能更加完善，安全性能更高。 关键词:富康轿车,油门防误踩装置,控制系统,执行机构,设计,计算 1 Abstract In recent years, along with the development of economy, in China the number of g cars is constantly increased.With the increasinnumber of motor vehicle , the frequency of traffic accidents increased also. People pay more attention to the wrong operation of the driver in the driving process. By analyzing the reasons of mistakes, in emergency braking, the throttle mistaken for brake makes a large part. Now ,in China, the equipment of anti-walked on the device auto is rare but is not completely existence. The ideas of those devices are basically in case of emergency throttle failure, while the brake system to work, so as to achieve the purpose of avoiding traffic accidents. The idea of this design is the same. After the analysis and studies with the overall structure, function, automobile anti-walked on the device and the realization of a careful study of the Fukang cars brake and transmission system , I decided to single-chip pressure switch sensors pass data and pre-configured data through intelligent control compared to determine if it will walk on..Enabling the MCU intelligent control nti mistakenly step on the work of the institutions, to achieve the purpose of automotive throttle anti walked on. Research and design of automotive throttle anti-walked on the device characteristics is the basic principle is simple, sensitive judgment on the intent of the driver stampede throttle. In addition, this program changed the structure of the car itself small, easy installation and removal. Its versatility, can achieve a wide range of promotion, therefore, automobile more complete, higher safety performance Fukang cars; Throttle anti-walked on the device; Control systemKeywords: Executive body; Design ; Calculate 2 1绪论 1.1汽车油门防误踩装置的发展概述 人民的生活水平在改革开放以后有了很大程度的提高，越来越多的人有能力购买汽车，汽车成了人们日常生活中必不可少的交通工具。近几年来我国汽车数量已经超过了三千五百万辆。机动车数量的不断增多，交通事故也随之增多。汽车驾驶过程中的安全问题也日益明显，尤其是在驾驶过程中，由司机的错误操作所造成的交通事故屡见不鲜。造成这一现象的原因绝大部分是因为刹车和油门都由右脚控制，驾驶过程中，右脚踩油门，发生紧急情况的时候，需要把右脚从油门移到刹车并且用力踩下刹车才能制动。然而，在遇到紧急情况的时候，过于紧张往往会造成注意力不能够高度集中，很容易在慌忙中出错，误把油门当刹车，这样，汽车非但不会停下来，反而会加速前进，进而造成更加严重的交通事故。 然而，驾驶过程中发生错误操作并不是单一的因素造成的，想要杜绝驾驶过程中的错误操作几乎是不可能的。为了解决这一难题，唯有采用科学技术，运用科学手段，才能够避免。即便司机在驾驶过程中踩错了，把油门当成了刹车，着也无所谓，这个时候，只要能让发动机停止工作，就可以避免交通事故，利人利己。怎样才能够更好的避免驾驶过程中有错误操作所引起的交通事故, 为了实现这一目的，加大力度研究能够在错误操作后仍能避免交通事故的设备亟不可待。 1.2 目前国内外相关领域的研究现状及不足 总的来说，造成驾驶中错误操作的原因是多种多样的，如: 一、对于缺乏驾驶经验的新手，在驾驶过程中更加容易紧张，在遇到突发情况的时候，会更加的手足无措，慌乱之中更容易出错。 二、尽管是教师技术纯熟的司机也有可能由于身体因素(如身体欠佳时想的和做的不一致)而导致失误也是常有的事。 三、在天气晴朗、路况较好的情况下，驾驶员的心理咋会被麻痹，进而放松警惕，在思想不集中的情况下遇到紧急情况就会措手不及，导致错误操作。 四、长时间的驾驶会使身体和心理均处于疲劳状态，这样就会造成思维不够敏捷，反应迟钝，造成事故。 五、酒后驾驶则是造成错误操作的惯常因素。人在饮酒以后，神经中枢会被抑制，同样受到抑制的还有大脑神经系统，判断能力等平时很灵敏的功能系统会变得迟钝，在 3 遇到紧急情况的时候往往会反应不过来，最终导致悲剧。 目前，这样的问题已经引起国内外的广泛关注，很多相关方面的专家都相继提出了这些方面的一些技术方案。而对于现今情况，我国汽车市场上本身拥有这种有效的油门防误踩装置的车型非常少见主要是针对极少量得高档轿车配备了那种高成本的油门防误踩装置。因此，很多低成本的油门防误踩装置就被设计开发出来了。 主要有下面几种设计: (一)依照踩踏油门力的大小来判断是否为误操作。这种设计的主要缺点在于在实现制动过程中是先加速然后才刹车，这样就需要较大的停车距离，因此并不安全。这种设计效果也不理想。 (二)在设计的时候将油门和刹车结合在一起。这种设计的特点是:操作时需要前脚掌用力踩下结合踏板来实现油门操作。认为因素对此设计有很大影响，因为这必定会改变人们心中既定的汽车驾驶模式，绝大多数人难以接受。 (三)利用超声波或者是红外线来感应车辆前面的障碍物从而使车辆紧急刹车，这种设计的不便之处在于当前方障碍物较大的情况下或是情况单一时，效果明显，其他情况则不确定。 (四)踩油门的时间可以通过传感器测定。是否是误踩就是看油门踏板踏下的快慢，过快，则是误踩。此设计的缺点便是反应时间，及时制动的可能性不大。 依照机械原理开发出来的现有的国内防误踩装置设计存在一些共同的缺点:当驾驶人员急踩油门的时候，汽车就会实现紧急制动。但是，现实生活中，很多情况下的急踩油门都不一定是属于误操作，也就是不一定是误踩油门，例如高速公路上的超车等，都是通过急踩油门来实现的。这样，也就凸显了我们国内防误踩装置的一个重大缺陷:没有智能判断的能力，不能准确的判断到底什么时候是正常情况什么时候是非正常情况。比如说，当驾驶人员需要超车或其他什么情况的时候，就需要加速，也就是需要急踩油门，那么这种情况下，防误踩装置就无法判断而实现它自己的正常工作，紧急制动，阻止加速。这种情况下的紧急制动很可能会使本身没有心理准备的驾驶人员因为突发情况受伤。 通过以上的分析，上面提到的防误踩装置是有缺陷的: (1)大多数空有理论，尚未制成实物; (2)成本过高，不易普及; (3)没有切实考虑汽车结构的方案可行性仍然有待考证。 (4)判断情况不明，实现的功能不齐全。可以实现油门防误踩和刹车，但是不及时紧 4 急刹车，仍然有很大的可能造成交通事故。 在情况紧急的时候，把油门误踩为刹车时常发生。目前，尚未出现有效的防止误踩的设计运用于汽车上。因而，深入的研究汽车防误踩设备是很有必要的，以较低的成本将设计由理论变为实物，更是势在必行。 1.3 油门防误踩装置的发展趋势 改革开放以来，中国经济快速发展，汽车数量持续上涨，交通事故频频发生，交通事故与死亡人数居世界第一。从2000年到2005年，平均每年，中国GDP的l,,3,消耗于交通事故造成的意外，这一数据高于我国在公众卫生服务以及农村责任教育上的财政预算。医院有超过四分之一的病人来于交通意外，这给本道路交通部门和医疗服务部门造成了相当大的负担。在构建和谐社会、创建社会主义现代化文明的今天，大力发展汽车产业，实现汽车的多功能性和高安全性是汽车产业的发展方向。 1.4 设计研究的背景、目的以及意义 1.4.1 设计研究的背景 现今，随着生活水平的提高，越来越多的人购买了汽车，驾车出行的人数量剧增，驾车过程中，踩刹车是驾驶者使用频率较高的一项操作，然而，刹车踏板紧挨着油门踏板，在遇到紧急情况时，误把油门当作刹车操作的事例屡见不鲜(例如新手驾车经验不足;酒后驾车反应混乱及女性驾驶员在遇到紧急情况时容易紧张)，种种原因都会导致交通事故的发生。驾驶者把油门当刹车踩，这样的错误操作会导致极为严重的交通事故!高速公路上市场发生的连环撞车事件，驾驶着车辆冲入河中或人群中等等，这类事故的调查结果大多都是由于驾驶员误把油门当刹车所致。鉴于这种状况，本课题着力研究设计一个智能的防误踩油门系统。该系统通过利用传感器、单片机、执行器的电子智能结构，智能快速准确的解决上述问题。 1.4.2 设计研究的目的和意义 目的:针对现有技术中的上述不足，通过运用压力传感器收集汽车油门踏板的受力值，通过的单片机中预设的程序智能的判断驾驶者踩油门的操作的真正意图，在解决防误踩油门的同时，依照智能化的系统解决机械装置无法判断驾驶者是误踩油门了还是需要急加速这个问题的，最终通过解决误踩油门的现象，更有效地减少交通事故的发生， 5 使汽车操作更加智能化，进一步完善汽车安全系统，提高汽车安全性能。 意义:目前，随着市场经济的发展，人们对多功能性和高安全性汽车的需求将不断增加，为了满足市场的需求,有必要深入研究汽车油门防误踩装置。虽然已有很多类型的汽车油门防误踩装置在我国出现，然而很多都存在设计和研究的缺陷，有些专利的可行性还有待考证，没有考虑到汽车的内部结构;大部分仅限于理论，目前为止尚未出现实物;并且成本过高，不易普及;最关键的是只可以防止油门被误踩，却没有办法及时刹车。因此，这样的设计依旧会因为没有及时刹车而造成交通事故。由此可见，本课题的研究有助于我国多功能性和高安全性汽车的的发展，在满足市场的需求的同时降低交通事故的发生频率，为国家减少一定的经济损失。 从行业的发展来看的前景来看，改革开放以来，我国的汽车行业发展速度虽在不断加快，然而现有的一些汽车产品的核心技术绝大部分源于国外，国外的汽车工业远远领先与我国并且不断应用新技术，使得汽车的多功能性和高安全性日益提高。本设计的研究有助于我国汽车产业的发展并且提高其在国际市场上的竞争力，缩减我国汽车产业和国际汽车产业的差距，争取为汽车市场带来更多的机遇。 此外，从我个人的发展来看，通过此次设计，我可以更深入的了解现代的许多先进技术，特别是一些新技术的使用，这不仅可以为旧有的知识注入新鲜的血液，为以后的发展积累经验，有助于我将来的学习和工作。 1.5 设计研究的主要内容及各章节安排 本设计涉及两部分内容:汽车油门防误踩装置的执行系统和控制系统的设计安装，及整体连接和整合。执行系统的设计安装是指传感器、步进电机的选取以及执行机构的设计;控制系统的设计安装是指单片机硬件等各部分的固定安装及软件的编程调试，即实现单片机分析判断、发出指令功能的程序的编写和调试。 系统的基本工作原理:在驾驶者急踩油门操作过程完成之后，此系统开始工作。压力传感器收集在紧急情况下驾驶员踩踏油门踏板的压力数据，并传输到单片机，单片机通过预先设定的程序分析判断，然后发出指令，执行机构根据此指令做出相应的反应。 本论文的主要章节如下: 第一章 描述了防误踩装置的发展、国内外相关领域的研究现状及其发展、防误踩装置的发展趋势以及现有防误踩装置的不足，最后得出本设计的背景以及意义。 第二章 通过对富康轿车的变速系统和制动系统的研究，并对国内现有的汽车油门防误踩装置进行了详细的调查和研究，并搜集了大量的资料，通过进一步对国内外一些现 6 有的汽车油门防误踩装置专利的总体结构，功能实现的可行性以及技术要求综合分析，决定在富康轿车上采用智能化控制和机械执行的方案即单片机将压力开关传感器传递过来的数据，与单片机中预先设定的临界值比较，判断是否误踩，根据判断的结果，通过单片机控制电机转动，通过控制喷油器是否喷油并带动制动踏板牵引装置实现紧急制动，减少交通事故的发生。基于汽车本身的结构，此误踩装置采用外接式，方便安装和拆卸。 第三章 根据确定的富康轿车油门防误踩装置的方案，对本课题研究的防误踩装置的控制系统和执行系统进行设计研究，研究、设计并且计算本设计中需要用到的关键零件。 2富康汽车油门防误踩装置设计方案论证 2.1 富康汽车制动系统的组成 富康汽车的车轮制动器采用的是具有磨损间隙自动补偿功能的前盘后鼓式结构。左右前轮制动器是采用单活塞单浮动钳—盘式结构;左右后轮制动器是采用简单非平衡鼓式制动器。前后轮共用一套制动装置，并通过拉索拉动杠杆张开机构来实现来驻车制动的操纵。 富康汽车制动机构结构图示: 7 图2.1 富康汽车制动机构简图 蝶式刹车又叫盘式刹车，富康汽车的刹车系统则主要是采用普通刹车和通风刹车两种;其中，通风盘式刹车是在盘面上钻出许多圆形通风孔，或是在盘的端面上割出通风槽或预制出矩形的通风孔。通风盘式刹车利用风流作用，其冷却效果要比普通盘式刹车更好。总的来说通风盘式刹车利冷却效果比普通盘式刹车好。 下面是通风碟式刹车简图: 图2.2 碟式刹车示意图 通风蝶式刹车的工作原理，简单说来碟式刹车是通过静止的刹车盘片。来夹住刹车碟盘进而产生较大的摩擦力，其中摩擦片随着刹车转动。这样产生的摩擦力会使车轮转动速度降低或者停止转动起到制动的目的。当我们踩下刹车踏板时，推动总泵内的活塞做功，油路中的压力增大。压力通过液压油路传递到刹车分泵上面推动分泵活塞做功， 8 产生压力，使刹车片夹紧刹车盘，产生摩擦来实现汽车的减速和制动。 鼓式刹车的组成包括刹车底板、刹车分泵、刹车蹄片、连杆、弹簧、销钉、刹车鼓等 鼓式刹车的原理是利用液压将装置于刹车鼓内之刹车片往外推，使刹车片与随着车轮转动的刹车鼓之内面摩擦，而产生刹车的效果。 鼓式刹车简单结构图: 1.刹车人分裂 ，2.摩擦衬片，3间隙调节杆，4回位弹簧 图2.3 鼓式刹车简单结构示意图 在鼓式刹车中，形状像鼓的铸件是刹车鼓。刹车力矩位于鼓式刹车内面，在刹车力矩相同时，其刹车装置的直径远小于盘式刹车。鼓式刹车的原理则是刹车鼓中的刹车片摩擦和车轮一起装懂的刹车鼓，通过过程中产生的摩擦力来减低车速。 富康轿车采用了液压真空助力双管路对角分开式制动系统，使汽车行驶的安全性大大提高。在制动系统某部分失效时，系统仍能正常工作，并且能够保持一般的制动力。另外，富康轿车还配备了后轮制动液压比例阀，令前后轮制动力的分配更加合理，使得后轮不会完全抱死，即不会产生明显的车轮拖痕,从而减少因后轮抱死而侧滑的危险。 9 图2.4 富康汽车制动装置简单结构图 通过对资料的搜集可知，富康作为90年代的经典车型，其配置了比例阀的制动系统的表现在同时代的车型中是比较出色的。相对于同为“老三样”的桑塔纳，捷达，通过单纯增大制动力分配系数β已达到滞后后轮抱死时间的做法，比例阀的使用不仅避免了后轮抱死工况的出现，同时也令制动效率大幅提高，这无疑是较为先进的。但是，随着技术的进步，ABS、ASR 等先进电子控制系统技术的发展和成熟，机械式调节已经愈发无法满足现代汽车的性能要求。总之，从目前的趋势来看，机械式调节系统必将也正在被方兴未艾的电子控制技术所取代。 2.2 富康汽车变速性能的总结和分析 对整个富康汽车来说自动种变速器产品占绝大部分市场份额。 自动变速器箱的组成包括:电子控制部分、液压控制部分和机械结构部分。 对整个变速箱来说，行星齿轮变速器是机械部分最主要的结构，变速器的性能和寿命都取决于它。 下面是富康汽车自动变速器图: 10 图2.5 富康汽车自动变速箱简单示意图 从图上我们可以看到，三个较大的纯机械部分构成了富康汽车自动变速器。在这三个部分中，发动机的壳体上固定有变矩器的泵轮，而且输入轴与涡轮是连接在一起的，而变矩器的作用则是保证能够将发动机产生的扭矩准确无误的传递到变速器的输入轴上面。大家都知道，两种不同工作状态下得变矩器有两种不同的功能实现方式。当变矩器是处于闭锁状态时，也就是非正常情况时，与之相连接的离合器电磁阀就会被锁定。这个时候，发动机的动力就会不经过其他而直接传递到输入轴上面，实现功能目的。而当变矩器的状态发生改变时，也就是从锁定状态变为变矩状态时，发动机的动力则会通过泵轮间接的传递给涡轮。 变速功能的实现是利用行星齿轮系来控制阀体;液压系统来控制离合器和控制器并保证液压系统控制离合器和控制器的电磁阀。 变速部件的安装在变速箱体的内部。 自动变速器的控制相对而言比较困难，为什么呢, 因为它本身就是一个既有多输入又有多输出的非线性动态系统。一旦控制不好，或是控制不稳定。驾驶人员的自身安全就会受到影响。目前富康车的自动变速装置采用的是通过模糊控制理论对发动机和变速器来双向控制的模糊控制技术。这种新型的技术能够根据路面的状况，车辆的行驶速度，驾驶人员的操作意识和外部环境，天气状况及汽车本身的载重量等进行中和的比较分析来实现自动换挡变速。优点很多，但是缺陷也大量存在。 2.3目前汽车配备的油门防误踩装置设计的简介 汽车油门防误踩装置的课题，关系人身安全，早已成为人们关注的焦点，然而却一直没能得到很好的解决。目前我国在这一领域研究还是比较落后的，至少在专利这一块，我们国家是不能与国外相比的。 现今，汽车市场上拥有有效的油门防误踩装置的车型十分罕见，只有极为少量的高档车配备了汽车油门防误踩装置，而且配备的成本较高。鉴于上述状况，许多种类的防误踩油门装置应运而生，相继提出了一些技术方案并申请了专利，这些国内已有的防误踩油门装置有的主要是依照机械原理开发的，这些装置存在一个共同的缺点:只要驾驶者急踩油，会导致紧急制动。然而，在现实生活中驾驶者在驾车过程中，急踩油门这一操作并不一定都是误踩油门，例如在高速上超车是经常发生的，驾驶者往往都是通过急踩油门来实现超车的。因此，现有的油门误踩装置就存在这样的一个重大缺陷:当驾驶者遇到需要超车或其他情况时，需要急加速时，如果车上安装了上述的防误踩油门装置，由于此装置为非智能的，无法判断驾驶者是误踩油门了还是需要急加速，其仍然采取紧急制动，阻止驾驶者加速，并且这样情况下的紧急制动很可能会使根本没有心理准 11 备的驾驶者受伤。此外，有的油门防误踩装置虽然利用传动器来判断驾驶者是否误踩油门，但设计成本高，对单片机系统可靠性要求高，且附加功能实际意义差，有的甚至对原车结构改变非常大。 下面是几种汽车油门防误踩装置的设计的简单介绍，如表示: 表2.3.1 油门防误踩装置的分析 控制方案 基本思路 特点分析 利用踏板油门踏板力度触发优点:基本原理简单 纯机械控制方案 紧急制动机构 缺点:对原车结构改造过 多，通用性差，不利于产品 化及 利用压力开关传感器控制多优点:对原车结构改造少， 触电继感器，并将电路连接控制原理和技术成熟，通用 成常规自锁电路，通过继电性好，利于产品化，成功率继电器自锁控制方案 器间接控制喷油器电路和制高 动踏板牵引装置 缺点:多触点继电器电气接 触点多，容易出现接触不良 故障，可靠性差 用压力开关传感器触发电子优点:对原车结构改造少， 控制电路，进而控制喷油器可靠性高，成本低，通用性机电一体化控制方案 电路和制动踏板牵引装置 好，利于产品化。 缺点:电路设计要求高 优点:对原车结构改造少， 用单片机检测压力开关传感可实现其它附加的智能控 器状态，通过单片机控制喷制，通用性好，调试简单。 智能化控制方案 油器电路和制动踏板牵引装缺点:设计成本高，对单片 置 机系统可靠性要求高，且附 加功能实际意义差。 2.4 富康轿车油门防误踩装置的设计方案的确定 汽车安全事故越来越多的成为关注的焦点，防误踩装置的迫切需要，也越来越多的人生安全问题被考虑到防误踩的研究范围内，虽然国内外相关研究人员做了大量研究工作，然而却一直没能得到很好的解决。综上所述，目前市面上的汽车油门防装置大多都存在以下缺陷: 1、纯机械式的油门踏板和制动踏板的结合设计，这种设计改变了驾驶人员本身的 12 操作习惯，使之难以适应这种操作方式，人为因素影响较大，不便于推广使用。 2、补救装置的设计，这种设计在不改变原有操作习惯的基础上，采用油门防误踩踏板直接紧急制动的纯机械补救装置设计，但是不便于安装、拆卸，结构复杂，反应缓慢。 3、超声波测障设计，这种设计反应灵敏，设计新颖，但对障碍物要求过高，不能对普通的情况有效，不能准确的判断操作行为。 4、部分功能的实现，这可以判断误踩情况，但是不能及时的实现制动功能。 对防误踩装置设计方面的大量资料的收集和查阅，我对这个领域有了初步的了解和大体的认识，也针对上述装置的不足，在前人研究方案的基础上，做了一些改进和延伸发展。我的设计汽车油门防误踩方案为了快速和准确的判断油门踏板的踩踏是否属于正常操作范畴，采用了机械构件和智能控制系统的结合设计，通过压力传感器采集到的信号传递给单片机进行分析和处理，在单片机预设程序的处理下，最快速的得出解决方案并控制机械执行系统实现防误踩功能。大体上来讲，就是单片机控制步进电机的转动来实现制动装置的紧急制动和油门喷油器的闭合。这样的设计更能体现误踩功能的正确实现，减少和避免交通事故的发生。 此外，目前很多国内的汽车所配备的防误踩装置大多属于内装结构，这样的安装方式对原车改动较大，增加了装置的成本和推广使用的难度。考虑到富康汽车本身的结构特点和内部刹车系统的复杂状况，我的设计为外装结构，不需要太多的改进，简单独立的装置设计，能更方便的安装和拆卸，方便维护等，从操作方面来说基本原理简单、对驾驶员踩踏油门的意图判断灵敏。此外，智能控制调试非常简单，通用性也教好，能更好地实现油门防误踩的功能。 富康汽车油门防误踩装置的工作原理大体情况如下图示: 图2.6 防误踩装置工作原理 2.5 本章小结 通过对富康轿车的变速系统和制动系统的研究，并对国内现有的汽车油门防误踩 13 装置进行了详细的调查和研究，并搜集了大量的资料，通过进一步对国内外一些现有的汽车油门防误踩装置专利的总体结构，功能的实现，技术的要求以及可行性等多方面进行考虑之后，采用智能化控制和机械执行的方案即单片机将压力开关传感器传递过来的数据，与单片机中预先设定的临界值比较，判断是否误踩，根据判断的结果，通过单片机控制喷油器和制动踏板牵引装置来实现防误踩的功能。此外，设计为外装结构，不需要太多的改进，简单独立的装置设计，能更方便的安装和拆卸，方便维护等，从操作方面来说基本原理简单、对驾驶员踩踏油门的意图判断灵敏。此外，智能控制调试非常简单，通用性也教好，能更好地实现油门防误踩的功能。 3富康轿车油门防误踩装置的设计 3(1 富康轿车油门防误踩装置设计思路 本设计利用压力传感器来检测油门踏板的压力大小，来判断油门是否为误踩操作来克服已有的汽车油门防误踩装置在防误踩的过程中，不能实现及时的制动或者是不能正确的判断是否是误踩行为的不足。然后通过单片机的预设程序来实现误踩装置的工作情况，最终实现控制制动系统和油门系统的及时性。在紧急情况下，由于情况的特殊，驾驶人员的情绪起伏较大，精神高度集中的情况下，踩踏油门踏板的踩踏力比平时正常行驶情况下的踩踏力要大得多，踩下去的加速度也比平常正常踩油门的加速度也要大的多，于是我们可以利用正常情况与紧急情况踩油门的踩踏力的不同来设计防误踩装置。在误踩情况下，当踩踏力大于某个值(据资料显示，正常踩踏的压力大约为120N而误踩状态的压力大约为400N左右)时，此防误踩装置控制油门不被踩下或者说是踩下无效或者是踩踏下后反而能实现紧急制动，并利用安全带的原理 ，减少事故的发生，实现安全行车的目标。 3.2 富康汽车油门防误踩刹车装置控制系统的设计 3.2.1 防误踩刹车装置控制系统设计原理 通过资料的搜集和查阅，对现有误踩刹车系统技术中的一些问题有了一定的了解， 14 本设计则是通过运用压力开感器收集汽车油门踏板压力的信号并及时将收集的信息传递给单片机，通过单片机信号的收集转换和分析来智能化的判断驾人员踩踏油门的操作的真正意图是否属于误踩范围。在解决防误踩油门的同时，依照智能化的系统解决机械装置无法判断驾驶者是误踩油门了还是需要急加速这个问题的，最终通过汽车误踩刹车装置的执行装置实现汽车紧急刹车的目的，从而更有效地减少交通事故的发生，使汽车操作更加方便、快捷、智能化，进一步完善，汽车安全系统，提高汽车安全性能。 本控制系统基本工作原理是:安装在油门踏板上的压力开关传感器收集踏板下的压力信号，然后将收集的信号通过A\D转换后传递到单片机中。单片机依照程序将接受到的信号进行分析处理。单片机完成信号分析处理后，发出命令信号，通过D\A转换信号传达到执行器步进电机中，步进电机工作使连接带拉动内箱体的轴向下运动，从而带动制动踏板运动，与此同时齿轮与带槽齿轮脱离啮合，进而阻断油路，开始停止供油。 本设计的控制系统的工作示意图: 图3.1 富康汽车油门防误踩装置控制系统流程图 3.2.2 油门防误踩装置传感器元件的选型 从我的设计思路可以看出，整个设计过程中最关键问题是必须要找到敏感的传感器元件。根据资料查阅，并对油门防误踩这方面的深入了解，为了保证结构简单和误踩装置效果的理想和控制功能的实现，我选择了电子传感器作为汽车油门防误踩装置的敏感元件。将传感器安装在油门踏板的下方，压力信号一直传递给单片机，通过单片机的预设程序来判断汽车油门的工作状态是否正常。 3.2.3 防误踩刹车装置控制系统软件的实现 单片机的选择如表3.2.1所示: 15 表3.2.1 单片机类型的选择 类型 AT89 系列的单片机 简介 ATMEL公司的8 位Flash 单片机系列 特点 在片内含有Flash 存储器 这种单片机，在汽车控制系统方面还有着广泛地应用。特别是在便携式是省电、信息保存系统等领域有着更大的用途。 控制系统软件框图如图所示: 图3.2 富康汽车防误踩装置控制系统软件框图 图中传感器收集到的油门踏板的压力信号值表示为F，单片机预设的压力传感值表示为F0，也就是压力参考值。F0的数值是根据系统安装成型后试验测量出来的，并且跟选用的车型有关。大量的试验数值和试验调试来确定F0的标准值对照表，针对不同车型来选择不同的标准值。 控制系统分析如表3.3.2所示: 表3.3.2 控制系统分析 正常情况 FF0 执行器执行控制系统的命 令，紧急制动 3.3 富康汽车油门防误踩刹车装置执行机构的设计 油门防误踩装置的执行机构的组成: 1外箱体和内箱体组成整个箱体，内箱体可以上下移动; 2内箱体的移动通过和它连接的复位弹簧来实现; 3内箱体上设置连接带三条，分别连接油门踏板连接带、电动机连接带、刹车系统连接带; 4内外箱体内部分别设有轴，两根轴都安装在轴承内，轴上分别套有带槽棘轮和此 16 轮; 5油门踏板连接带和电机连接带，刹车连接带分别套在棘轮上; 6内箱体的轴承固定在可沿竖直导轨通过弹簧上下滑动的滑块内。 具体安装情况如图示: 正常踩下油门时，装置设计的结构图: 图3.3 正常踩下油门时，装置设计的结构图 正常踩下油门时，装置的工作原理是:通过与油门踏板连接的连接带带动带槽棘轮转动。棘轮再带动内箱体轴转动，带动轴上通过键连接的齿轮转动，并带动与齿轮啮合的外箱体上的轴和棘轮转动，拉动顶端的油门连接带带动油门正常加速，实现汽车最终正常行驶的目的。 误踩了油门踏板时，即为非正常情况下油门防误踩装置的结构如下图示: 17 图3.4 误踩时，非正常情况下结构简图 在突发状况时，非正常情况下，踩踏油门的压力值通过压力传感器检测较大，信号在单片机中分析结果则是F,F0，单片机的处理结果则是让步进电机转动，带动带槽棘轮转动。此时，由于向下的牵引力的提供。复位弹簧受力，带动滑块沿导轨向下移动。棘轮向下运动和内箱体上的固定棘轮啮合。内箱体同时也被拉动向下移动。带动刹车连接带，使汽车本身的刹车系统工作。由于内箱体向下滑动，此轮与外箱体上的此轮松开，油门连接带不被拉动，此时汽车才完成整个刹车动作。防误踩装置生效。 传动的选择: 1，齿轮传动的选择和其特点: (1)在本设计中用于传递两个平行轴见的回转运动; (2)传动稳定，传动效率较高; (3)结构简单紧凑，不需要带传动和链传动那么大的传动空间; (4)传动比稳定;具有优良的传动性能; (5)工作十分可靠、寿命比其它传动长; 2，棘轮传动的选择和其特点: (1)棘轮机构本身机械结构简单明了; (2)它的步进量易于调节; (3)成本低，方便制造，运动简单可靠; (4)从动棘轮转角能够并且容易实现有级调整。 目前，国内外很多的汽车防误踩装置都是采用的汽车内部安装。这样的方式会造成原车很多的本身结构会受到较大的改动，增加了防误踩装置的成本，不利于应用和推 18 广。我的设计方案则是采用的外接式，这种方式不会对富康车的原有结构进行改变，而且安装和拆卸都非常的方便。 富康汽车防误踩装置安装图: 图3.5 防误踩装置安装简图 3.4 富康汽车油门防误踩装置主要机构的设计和计算 3.4.1 齿轮的设计和计算 根据库康轿车防误踩装置的的工作需要，经计算后可知设计的汽车油门防误踩装置选择的电机型号如表3.4.1所示 表3.4.1 电机的型号 电机型号 额定功率 额定电流 额定转速 效率 质量 (kw) (A) (rpm) (%) 34 Y112M-2 4 8.2 2890 85.5 1.选择齿轮精度等级 汽车油门防误踩装置是工作速度不高的机构，由表得用8级精度即可。 2.选材与热处理 该齿轮传动情况简单，没有什么特殊要求，为了方便生产制造，外箱体轴上套的齿 19 轮选用软齿面。内箱体轴上套的齿轮选用硬齿面。根据疲劳强度的查表可得，齿轮均采 用40Cr。 3对齿轮进行设计和计算 前面装置方案的确定可知，闭式传动，失效形式主要是。疲劳点蚀，因此可以按齿 面接触疲劳强度来计算。设计完成过后再照齿根弯曲疲劳强度来校核。 齿面接触疲劳强度设计公式如下: ,limFY= ,,,NFSF 查表有:=240MPa,=220MPa; ,,Flim1Flim2 由图可知:弯曲疲劳寿命系数如下: (3)校核计算。 3.4.2 轴的设计 (1)输出轴的转速 (2)材料及热处理方法。 (3)估算轴的最小直径 其中考虑到了估计齿轮的轴上键槽的影响。 (4) 轴的结构设计 图3.6 内箱体上的轴图 图3.7 外箱体上的轴图 20 3.4.3 轴承的选择 本设计的富康轿车油门防误踩装置的轴承选用滚动轴承。由于滚动轴承的类型很多，而结构又各不相同，适应的载荷速度以及安装情况又有很大差异，应根据具体的情况选择，一般应考虑一下几个因素: 1)载荷情况; ( (2)运转速度; (3)选择轴承时，应该考虑安装在轴两端的轴承有一端发热时可以自由移动。 (4)一般轴直径小时，选用球轴承，因为轴尺寸小，承载能力也小，轴径尺寸大时，选用滚子轴承; (5)选用分离型轴承。 分析上述要求所以本装置选择滚动轴承中的深沟球轴承。 这种轴承的优点: 1能在高转速环境下运行稳定，且耐用，不易损坏; 2摩擦系数较小，本身结构非常简单，制造成本相对较低; 3形式变化多、尺寸范围大、应用领域广; 4生产制造容易达到较高精度; 5主要能承受较大的径向载荷。 根据轴承在齿轮轴上所处的位置的轴直径的大小，参照工作需要，查表可知富康轿车防误踩装置轴所用的轴承型号为:FAG61804 轴承装配时的注意事项: (1) 在低于100度的环境下热装; (2) 卡住歪斜现象在外圈和半圆孔之间应该杜绝; (3) 外圈和定位端的轴承盖端面的接触要均匀; (4) 只有在垫了紫铜棒或者是铝棒等情况下才能使用锤击; (5) 采用润滑脂的轴承，装配后应注入相当于轴承空腔容积约50%的符合

规定

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的清洁润滑脂，凡稀油润滑的轴承，不准加润滑脂; (6) 在拆卸后，必须严格按原来的位置装好，切记装反和混乱装配。 21 3.4.4 棘轮的设计 (1)齿数: (2)模数:(3)齿顶圆直径: (4)齿间距: (5)齿顶高: (6)齿顶弦长: 由公式,代入数值得:mm a,m,2a,m (6)齿偏角: ,,20: (7)棘轮宽度: 有公式，代入数值得:=8mm b,4mb,4m,4，2 (8)棘轮结构草图如所示: 图3.8 棘轮简图 3.4.5弹簧的设计 资料中得出，不断的测试下，油门踏板正常踏下的压力大约为100~130N，误踩下油门踏板的压力大约为350~400N。因此，设计中可以体现出来弹簧是整个装置中最‘脆弱’的地方，也就是说容易失效，损坏等。因此，计算对象的易损件为预紧弹簧。 取 F0=120N F1=400N 其中，F0为弹簧预紧力，F1为误操作的最大工作载荷 两个弹簧对称设计，每个弹簧只需要承受一般的力，即F=200N即可 受力分析如图所示: 22 图3.9 弹簧图 “在对圆柱螺旋弹簧作设计计算时，弹簧丝直径可按外力及弹簧丝的许用应力值d 从有关公式中计算出来，但因弹簧丝的许用应力又由弹簧丝直径而定，因此只能采用试算的方法。” 那么，在弹簧设计过程中就需要先估算一个d然后查表得出应力值。通过公式计算出弹簧的实际直径D然后再与原来的估算值相比较，差距较大则重新选取再计算，差距若相等或是较小就直接取用即可。 ,,640Mpa直接选用65mn弹簧B级，对应旋绕比为c,7.2，。 由曲度系数公式 4c,10.615K,， 4c,4c 将旋绕比为c,7.2代入上式得: 又弹簧直径

计算公式

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式中:曲度系数表示为k，最大工作负荷表示为F，旋绕比表示为c，为最大切应[,]力。 将 则弹簧的内径D2、中径D、外径D1分别为: Fmaxk,由式(刚度计算公式)式中为。最大工作载荷，是最大轴向变形F,maxmax,max 量，则 由弹簧的有效圈数计算公式可知: 式中:切变模量是D;65Mn弹簧丝的直径为d;旋绕比c。刚度k，将上述各值代入上式，得 由间距、总圈数以及自由高度计算公式可知: 将上述各值代入上式得: 23 ,max ,,,2.8mm,0.8n n,n，2,8.61 H,n,，(n,0.5)d,46.2mm01 3.4.5 箱体的设计 1. 箱体的主要功能:支承和包容零件(齿轮、轴、轴承等)、储存润滑剂从而实 保护操作人员安全;连接和独立，形成单元，方便制造、拆装、现润滑;密封和安全 维修;造型，使机械结构美观大方，比例协调;隔振、隔热、隔音。 2. 箱体设计的注意事项如表3.4.2所示: 表3.4.2 箱体设计的主要事项 满足强度要求 当箱体承受较大载荷的时候，强度是一满足刚度要求 个重中之中的问题。但，绝大多数箱体 主要考虑影响传动零件正常工作和工作 精度的刚度就可以了 散热性能分析 箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变热变形问题的考虑 化，影响其润滑性能;温度升高使箱体 产生热变形，尤其是温度不均匀分布的 热变形和热应力，对箱体的精度和强度 有很大的影响 结构设计是否合理 如，支点的安排、筋的布置、开孔位置 和连接结构的设计等。均要有利于提高 箱体的强度和刚度 工艺性是否够好 毛坯制造、机械加工及热处理、装配调 整、安装固定、吊装运输、维护修理等 各方面的工艺性都要教好 造型是否好 简单 美观 大方 质量小 零件内外布置关系 保证各个零部件能正常工作 3. 箱体草图的绘制: 24 图3.10 箱体图 3.5 本章小结 根据本设计研究的富康轿车油门防误踩装置的需要，为实现控制系统的功能，选择了相应的传感器、单片机以及步进电机，进一步根据传感器与单片机之间以及单片机与步进电机之间的需要，选择相应的A/D和D/A转换器，并根据控制系统的设计意图，对单片机主程序、各传感器的信号收集及传输、驱动电路、A/D转换等程序的编写，最后对富康轿车油门防误踩装置的执行机构进行了设计，并进一步对相关重要零件进行了一些设计计算及验证。 25 4 设计总结 通过对汽车油门防误踩领域的资料的收集和阅读,对汽车油门防误踩有了一个新的认识。了解了国内外防误踩装置的研究现状和发展趋势。认识到依照机械原理开发出来的现有的国内防误踩装置设计存在一些共同的缺点:当驾驶人员急踩油门的时候，汽车就会实现紧急制动。但是，现实生活中，很多情况下的急踩油门都不一定是属于误操作，也就是不一定是误踩油门，例如高速公路上的超车等，都是通过急踩油门来实现的。这样的防误踩装置的有一些缺陷: (1)大多数空有理论，尚未制成实物; (2)成本过高，不易普及; (3)没有切实考虑汽车结构的方案可行性仍然有待考证。 (4)判断情况不明，实现的功能不齐全。 在总结前人经验的基础上，本次设计的防误踩装置是利用压力传感器来检测油门踏板的压力大小，来判断油门是否为误踩操作来克服已有的汽车油门防误踩装置在防误踩的过程中，不能实现及时的制动或者是不能正确的判断是否是误踩行为的不足。然后通过单片机的预设程序来实现误踩装置的工作情况，最终实现控制制动系统和油门系统的及时性。 这样的设计创新之处在于，实现了智能控制方案和纯机械方案的结合，这样的设计总体来说有如下一些优点: 1控制系统简单，便于操作; 2机械结构简单，避免了对原车的较大改动; 3实现了智能控制，能够准确及时的判断误踩状态; 4可靠性高，成本低，通用性好，利于产品化。 但是，这样的结合方式也会给设计留下许多缺陷: 1控制电路设计要求较高; 2必须要单独的压力值数据库，不利于推广; 3不同的车型需要调试不同的控制程序; 4对汽车的速度、汽车前方的物体距离等未能实现更全面的检测。 26 结 论 在毕业设计的过程中,分析和探讨了目前国内外汽车油门防误踩装置的现状与发展趋势，并结合当前国外汽车油门防误踩装置专利上的经典结构，针对国内市场及企业生产加工的实际需求，设计与研究了富康轿车油门防误踩装置，所作的主要工作如下: 搜集了大量的资料，并通过进一步对国内现有的汽车油门防误踩装置系统的总体结构，功能的实现等，考虑之后，认为富康轿车油门防误踩装置采用智能化控制和机械执行的方案即单片机将压力开关传感器传递过来的数据，与单片机中预先设定的临界值比较，判断是否误踩，根据判断的结果，通过单片机控制电机转动，从而实现单片机的智能控制防误踩机构的工作，达到汽车油门防误踩的目的。 通过对这个领域的了解,我觉得目前汽车油门防误踩装置还需要进一步设计、优化、增强与完善，通过运用更多的传感器收集汽车的各种状态参数，通过的单片机中预设的程序智能的判断驾驶者踩油门的操作的真正意图，在解决防误踩油门的同时，依照智能化的系统最终解决误踩油门的现象，更有效地减少交通事故的发生，提高汽车安全性能。这对汽车行业的发展有很重要的意义，由于自身知识的不足与能力的欠缺，我的设计还存在很多不足之处. 我觉得还可以通过对汽车的速度、汽车前方的物体距离以及驾驶员踩踏油门踏板的加速度等参数进行实时监测，并将这些参数传递给单片机，通过的单片机中预设的程序智能的判断驾驶者踩油门的操作的真正意图，这样就使汽车防误踩装置的智能化判断更加可靠，更有效地减少交通事故的发生。 致 谢 本设计及毕业论文在喻俊馨老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深的感染和激励着我。从课题的选择， 27 资料的查找，方案得确定，实际得的操作等，喻老师都始终给我细心的指导和不懈的支持，在这毕业设计的过程中，喻老师不仅在学习上给我精心的指导，同时还在思想和生活上给我无微不至的关怀，在此，谨向喻老师致以我诚挚的谢意和崇高的敬意～ 在此，我还要感谢，陪我一起度过愉快学习和生活的同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个个困难，解决一个个疑惑，直至本设计的顺利完成。 在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有很多可敬的师长，同学，朋友给了我无言的帮助和支持。在这里，请接受我诚挚的谢意! 最后，还要感谢含辛茹苦把我养大的父母，谢谢你们～ 参考文献 [1] 曹家喆. 汽车电子控制技术基础[M]. 北京:机械工业出版社, 2007.9. [2] 冯渊. 汽车电子控制技术[M]. 北京:机械工业出版社, 2005.7. [3] 孟立凡，蓝金辉. 传感器原理与应用[M]. 北京:电子工业出版社，2007.8 [4] 李春明. 汽车发动机电控燃油喷射技术[M]. 北京:国防工业出版社，2009.1 [5] 李自广. 汽车电路检测顺序和检测方法的探讨[M]. 汽车电器, 2001,(3) [6] 李春亮. 汽车电路及线束的识别与维修[M]. 汽车维修, 2009,(05). 28 [7] 齐晓杰,等. 液压、液力与气压传动. 北京:化学工业出版社.2007. [8] 谭浩强. C程序设计.3版. 北京:清华大学出版社，2005. [9] 李平,等. 单片机入门与开发. 北京:机械工业出版社.2008 [10] 杨居义. 单片机原理与工程应用[M]. 北京:清华大学出版社，2009.3 [11] 张钦，金圭. 汽车误踩油门纠错装置的设计. 汽车电器.2008,8:4-6 [12] 贾佳鹏. 防误踩油门装置的设计构想. 汽车电器.2006.8:9-10 [13] 陈雪梅，高利，魏中华. 紧急避障驾驶员制动操纵特性研究. 北京工业大学报.2007.6:604- 607 [14](美)哈奇. 汽车发动机计算机控制系统解析[M].北京:机械工业出版社，2007.5 [15] 梅哲文，李晓佳，王明环，彭伟. 汽车油门防误踩紧急刹车装置. 浙江工业大学.机械设计与 制造.2010.10(10). [16] SUN Z, BEB IS B, M ILLER R. On2road vehicle detection: A review [ J ]. IEEE Trans Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2006, 28 (5) : 694 - 711. [17] Alvarez L(Emergency braking control in automated highway systems with underestimation of friction coefficient[A](Proceedings of the American Control Conference[C](Chicago，June，2000(574—579( [18] 孙桓,陈作模. 机械原理. 高等教育出版社(第五版),1996. [19] 石固欧. 机械设计基础. 高等教育出版社,2003. [20] 彭文生. 机械设计. 高等教育出版社,2002 [21] 陈庭吉. 机械设计基础. 机械工业出版社,2005石出第1版. [22] 薛慧芳. 曲柄滑块机构的运动分析. 南京化工大学学报，1998. [23] 杨基厚. 机构运动学与动力学. 机械工业出版社,1987. [24] 石固欧. 机械设计基础. 高等教育出版社,2003. [25 ]彭文生. 机械设计. 高等教育出版社,2002. 29