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某泊車平板車系統(tǒng)的整體設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u28812某泊車平板車系統(tǒng)的整體設(shè)計案例 1248301.1引言 155001.2總體方案設(shè)計 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)計方案 4106171.4.1驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 4126011.4.2輪系布局設(shè)計 6166301.4.3舉升系統(tǒng)的設(shè)計 733141.4.4舉升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 899351.4.5行駛受力分析 81.1引言當前,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,單行進路線和效率降低的問題。本章重點研究現(xiàn)問題,參考大量文獻,并研究具有遙控導(dǎo)航,強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)計的總體方案,并設(shè)計研究其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1.2總體方案設(shè)計通過結(jié)合現(xiàn)有的汽車尺寸和重量分類標準與平板車設(shè)計標準,以確定電動平車的尺寸。查詢輪距相關(guān)標準,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準,表2-2中顯示了輪距分類標準。表2-1德系分類標準表2-2轎車輪距分類標準根據(jù)表2-1和表2-2中車輛尺寸參數(shù),本文設(shè)計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,最高能達到2500kg以上,如途樂的七檔手自一體系列,因此設(shè)計車輛的寬度是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載重量,請參考轎車分類標準和設(shè)計的平板的重量,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械結(jié)構(gòu)設(shè)計采用模塊化設(shè)計概念,主要包括四個主要組件: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主要組件:無線遙控模塊和電機驅(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、轉(zhuǎn)向電機、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,使其能夠自由運動。2.舉升模塊主要包括升降電機,舉升機構(gòu),傳動機構(gòu)等相關(guān)元器件,以完成平板對負載的升降和轉(zhuǎn)移過程。3.充電模塊的充電裝置主要對蓄電池進行充電,蓄電池向電動平車提供足夠的電力以確保正常運行。4.車架則是平板車設(shè)計時的重要部分,因為驅(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的,因此車架部分的設(shè)計要謹慎認真。5.無線遙控模塊系統(tǒng)主要以PT2262/2272單片機為核心,按鍵輸入數(shù)據(jù),PT2262對數(shù)據(jù)進行處理,然后發(fā)送數(shù)據(jù)到PT2272,同時接收到無線信息,PT2272對接收的數(shù)據(jù)進行處理后,輸出相應(yīng)的信號到主單片機AT89C52。6.電機控制模塊則是由L298N和L9110芯片作為主要的電機驅(qū)動芯片,其中L298N芯片是主要對驅(qū)動電機和舉升電機進行控制的,而L9110芯片則是主要對轉(zhuǎn)向電機進行控制的。1.4平板車關(guān)鍵零部件設(shè)計方案1.4.1驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計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:由兩個對稱布置的驅(qū)動輪組成。每個驅(qū)動輪都單獨裝有驅(qū)動電機。轉(zhuǎn)向是通過控制兩個車輪使其擁有不同的速度來實現(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。當電動機旋轉(zhuǎn)車輪時,車輪繞固定軸旋轉(zhuǎn),并且每個被動輥都連續(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,每個被動輥都可以沿其軸自由移動。盡管這種結(jié)構(gòu)足以進行全向運動,但一個車輪在車輛行駛時會產(chǎn)生一個恒定的角度,因此在選擇麥加納姆車輪時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:舵輪同時執(zhí)行方位驅(qū)動和轉(zhuǎn)向驅(qū)動,通過控制電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)前后輪前進后退驅(qū)動,同時通過將轉(zhuǎn)向電機安裝在方向輪上實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。在運動過程中,舵輪的全向運動通過高度集成且高度適應(yīng)的齒輪傳動來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)向和驅(qū)動電機彼此獨立,因此控制過程不必擔心電機調(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動。實際的舵輪如圖2-4所示。圖2-4舵輪上述三個可移動機構(gòu),第一種機構(gòu)不能實現(xiàn)橫向運動。第二種機構(gòu)可以實現(xiàn)全圓周運動,但運動控制也非常復(fù)雜且繁重,車輪磨損更嚴重,不適合重型場合。第三種機構(gòu)可完成例如前后,左右橫向運動,旋轉(zhuǎn)運動,轉(zhuǎn)向馬達和驅(qū)動馬達不會互相干擾,易于控制運動。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)計輪系的布局對于將平板車停在狹窄的空間以及進行全方位運動尤為重要。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,以設(shè)計適合本設(shè)計的輪系。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)計中使用三輪車會導(dǎo)致承載能力不足,連接到主機無法正常工作。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。每個主動輪都有一個轉(zhuǎn)向馬達和驅(qū)動馬達,可使平板車完成全向運動,但是控制復(fù)雜,難以實現(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主動輪,用于驅(qū)動平板車的行駛。同時,可以實現(xiàn)水平運動和轉(zhuǎn)向運動。一輛泊車電動平板車,其左右兩側(cè)中央的兩個自由輪,負責承擔體重負荷和身體平衡。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,兩個主動輪于車身的前部,兩個自由輪位于車身的后部,以保持平衡。通過這種布局可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。對車身而言,卻無法實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動和橫向運動,運動空間相對較小。在圖2-6(d)中,兩個主動輪沿對角線放置在整個車輛上,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降落在地面上。為了確保輪子同時在地面上,必須首先使地面平坦度更高,然后使用適當?shù)姆桨敢源_保輪子同時在地面上,改善車身穩(wěn)定性,保證運行過程正常進行。綜上,本次設(shè)計的原則是用較小的電動平板完成較大負載的泊車任務(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)計舉升模塊的設(shè)計非常重要,塞拉式遙控泊車平板的額定負載為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:液壓升降機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:電動升降機通過電動傳動裝置驅(qū)動升降機構(gòu)。與液壓升降機相比,控制電動升降機相對容易。同時可以達到所需精度,另外,使用電動升降機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系統(tǒng)的控制來控制伺服電機對平板車舉升功能的精準控制。1.4.4舉升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)舉升機構(gòu)功能和形狀,可分為單柱,雙柱,四柱和剪式舉升機構(gòu)。單柱和雙柱舉升機構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性均較差。四柱式舉升機適用于3000kg負載的平板車。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蝸輪絲桿舉升機構(gòu)圖2-8蝸輪絲桿舉升機構(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行時的主要摩擦力矩有: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)

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