畢業(yè)論文--汽車(chē)駕駛模擬器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　汽車(chē)駕駛模擬器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了汽車(chē)駕駛模擬器的操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，變速操縱機(jī)構(gòu)的工作原理，傳感器的選擇及其霍爾開(kāi)關(guān)相關(guān)知識(shí)。</p><p>　　在本課題的開(kāi)發(fā)中，筆者研究的內(nèi)容主要包含了汽車(chē)駕駛模擬器、變速操縱機(jī)構(gòu)和傳感器等幾個(gè)模塊。這些模塊對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的

2、功能、效果、成本等有著重要有決定作用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：汽車(chē)駕駛模擬器 變速操縱機(jī)構(gòu) 傳感器 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper presents a vehicle driving simulator of the manipulation of design, s

3、peed manipulation of the work of principle, the choice of sensor and the Hall switch knowledge. In the development of this topic, the author of the study include the main vehicle driving simulator, speed sensor and contr

4、ol agencies, and several other modules. These modules of the whole system functions, performance, cost, etc. have an important role in a decision.</p><p>　　Key words：Vehicle driving simulator Speed control

5、bodies Sensors </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　汽車(chē)，作為一種交通工具，影響和改變著人們的生活；作為一種產(chǎn)業(yè)，汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展直接推動(dòng)著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；作為一項(xiàng)科技成果，汽車(chē)的設(shè)計(jì)和研制凝聚著科技工作者和產(chǎn)業(yè)工人的智慧與勞動(dòng)。汽車(chē)的發(fā)展推動(dòng)著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展。</p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高

6、速增長(zhǎng)，人民生活水平的不斷提高，汽車(chē)行業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅猛，截止2007年，我國(guó)的民用汽車(chē)保有量超過(guò)3160萬(wàn)輛。汽車(chē)性能的提高，各種新技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用，道路條件的改善，使汽車(chē)的行駛速度大大提高，這些情況使公路交通呈現(xiàn)出車(chē)輛高速化、車(chē)流密集化和駕駛員非密集化的特點(diǎn)。汽車(chē)已經(jīng)越來(lái)越多地進(jìn)入人們的生活，汽車(chē)駕駛也成為人們提高工作效率和生活質(zhì)量的一項(xiàng)基本技能。汽車(chē)的進(jìn)一步普及，必將帶動(dòng)駕駛技術(shù)的普及。這就要求人們利用先進(jìn)的手段對(duì)駕駛員進(jìn)行培訓(xùn)，

7、對(duì)駕駛員進(jìn)行模擬駕駛訓(xùn)練，提高駕駛技能以減少在現(xiàn)實(shí)中存在的安全隱患。同時(shí)，通過(guò)模擬駕駛訓(xùn)練，可以使初學(xué)者了解汽車(chē)各操縱機(jī)構(gòu)的使用方法及其協(xié)調(diào)配合，為實(shí)際駕駛訓(xùn)練打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　因此，基于分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的汽車(chē)駕駛模擬器研究具有理論和實(shí)際意義，其研究開(kāi)發(fā)具有誘人的前景。但是還存在①開(kāi)發(fā)技術(shù)含量低，②汽車(chē)視景與操縱動(dòng)作脫節(jié)、遲后，③“沉浸感”、“交互性”與“實(shí)時(shí)性”不強(qiáng)，④價(jià)格偏高的不足。

8、還沒(méi)有真正意義上的一種大眾化的、容易普及的汽車(chē)駕駛模擬器產(chǎn)品。</p><p>　　本研究課題為“汽車(chē)駕駛模擬器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”。駕駛員對(duì)操縱裝置進(jìn)行操作，產(chǎn)生的擋位信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的汽車(chē)整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行快速實(shí)時(shí)運(yùn)算，從而真實(shí)的模擬出汽車(chē)的行駛。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 駕駛模擬器將不斷地得到完善, 仿真精度和逼真度不斷提高, 按其用途將來(lái)的

9、發(fā)展方向是：</p><p>　?。?）用于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)研究開(kāi)發(fā)型汽車(chē)駕駛模擬器可以對(duì)新車(chē)型或引進(jìn)車(chē)型進(jìn)行包括臨界、極限工況的全工況仿真試驗(yàn),以分析、預(yù)估和評(píng)價(jià)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性、安全性、制動(dòng)性、動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性；為設(shè)計(jì)師提供新車(chē)型結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配的最優(yōu)方案；為引進(jìn)車(chē)型的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)行性能比較和分析。</p><p>　　(2）用于人機(jī)工程的研究可用于對(duì)駕駛員行為、駕駛員心理和生理特征及車(chē)型

10、的駕駛適應(yīng)性的統(tǒng)計(jì)分析,為車(chē)輛的人性化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。</p><p>　　（3）用于交通安全教育和駕駛員培訓(xùn)要達(dá)到訓(xùn)練駕駛員的目的, 應(yīng)選擇高性能的硬件平臺(tái),研制高級(jí)軟件開(kāi)發(fā)工具,創(chuàng)建更為豐富、逼真的視景；選擇必須的自由度模擬行車(chē)體感；控制操縱系統(tǒng)能模擬更為逼真的手感和力感。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章

11、 FBS-08型汽車(chē)駕駛模擬器簡(jiǎn)介5</p><p>　　第二章 汽車(chē)駕駛模擬器操縱系統(tǒng)的總布置8</p><p>　　2.1 離合器操縱系統(tǒng)的功用和要求8</p><p>　　2.2 制動(dòng)器操縱系統(tǒng)的功用和要求8</p><p>　　2.3 加速操縱系統(tǒng)的功用和要求9</p><p>　　2.4

12、變速器操縱系統(tǒng)的功用和要求9</p><p>　　2.5 轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的功用和要求10</p><p>　　第三章 汽車(chē)駕駛模擬器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)要求12</p><p>　　3.2 主要操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)20<

13、/p><p>　　第四章 汽車(chē)駕駛模擬器傳感器的選擇24</p><p>　　4.1 傳感器簡(jiǎn)介24</p><p>　　4.2 傳感器的選擇25</p><p><b>　　總 結(jié)29</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p>

14、;<p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p>　　第一章 FBS-08型汽車(chē)駕駛模擬器簡(jiǎn)介</p><p>　　在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,行車(chē)高速化、駕駛員非職業(yè)化是必然趨勢(shì)。但是，由于我國(guó)人口眾多，交通設(shè)施狀況也還不盡人意，因而行車(chē)?yán)щy程度比較高，發(fā)生交通事故的概率也很大，尤其是新駕駛員發(fā)生事故的比例占50%以上。這說(shuō)明，在我國(guó)駕駛員

15、的培訓(xùn)還沒(méi)有達(dá)到很好的效果，駕駛員的素質(zhì)有待進(jìn)一步提高。另一方面，實(shí)車(chē)培訓(xùn)駕駛員需耗費(fèi)昂貴的油料，還要加上大量的車(chē)輛維修費(fèi)等，而且新駕駛員因操縱不當(dāng)而給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)噪音、廢氣等污染也比熟練駕駛員高得多。這些問(wèn)題都是非常現(xiàn)實(shí)的，迫切需要解決。為解決以上各種矛盾，針對(duì)性地開(kāi)發(fā)出FBS-07型汽車(chē)駕駛模擬器。</p><p>　　FBS-08型汽車(chē)駕駛模擬器（Vehicle Simulator）是一種能正確模擬汽車(chē)駕駛

16、動(dòng)作，獲得實(shí)車(chē)駕駛感覺(jué)的仿真設(shè)備，故又稱(chēng)為汽車(chē)模擬駕駛仿真系統(tǒng)。是一種既能提高駕駛員水平,又降低各種費(fèi)用的最為有效的訓(xùn)練工具。由于它集成了傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、三維實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、等先進(jìn)技術(shù)。以計(jì)算機(jī)仿真和計(jì)算機(jī)三維成像等高技術(shù)為核心，能夠模擬汽車(chē)駕駛的運(yùn)行環(huán)境和操作效果,受訓(xùn)人員可以有駕駛汽車(chē)的真實(shí)感覺(jué)。顯然，汽車(chē)駕駛模擬器具有節(jié)能、安全、經(jīng)濟(jì)和培訓(xùn)不受時(shí)間、氣候、場(chǎng)地

17、的限制,訓(xùn)練效率高、培訓(xùn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。將它廣泛用于車(chē)輛駕駛培訓(xùn),非常適合中國(guó)市場(chǎng)需求。</p><p>　　在國(guó)外，汽車(chē)駕駛模擬器的研究開(kāi)始較早，汽車(chē)駕駛模擬器作為培訓(xùn)工具在發(fā)達(dá)國(guó)家早已普遍運(yùn)用，日本政府在1970年就以正式法律規(guī)定，汽車(chē)駕駛學(xué)校必須裝備汽車(chē)駕駛模擬器。美國(guó)在上一世紀(jì)70年中期就有500多所汽車(chē)駕駛學(xué)校裝備了汽車(chē)駕駛模擬訓(xùn)練器，大多數(shù)歐洲國(guó)家也相繼制定了使用汽車(chē)駕駛訓(xùn)練模擬器的法規(guī)。然而，在國(guó)內(nèi)，

18、在駕駛模擬器方面的研究起步較晚，經(jīng)歷了一個(gè)從引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品到自行研制的較漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。一些公司開(kāi)發(fā)了汽車(chē)駕駛訓(xùn)練模擬器，但與國(guó)際先進(jìn)水平相比，有較大的差距。還存在著開(kāi)發(fā)技術(shù)含量低，汽車(chē)視景與操縱動(dòng)作脫節(jié)、滯后，“沉浸感”，“交互性”，與“實(shí)時(shí)性”不強(qiáng)，價(jià)格偏高等不足。</p><p>　　FBS-08型汽車(chē)駕駛模擬器是基于分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是用高科技手段如高速圖形計(jì)算機(jī)、頭盔顯示器或其他三維視

19、覺(jué)通道、</p><p>　　維位置跟蹤器和立體聲音響等構(gòu)造出一種人工環(huán)境，它具有模仿人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感知功能的能力，具有使人可以親身體驗(yàn)沉浸在這種虛擬環(huán)境中并與之相互作用的能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下四個(gè)重要特征：</p><p>　　多感知性。所謂多感知性就是指除了一般計(jì)算機(jī)所具有的視覺(jué)感知外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知等，理想的虛擬現(xiàn)實(shí)就是應(yīng)該具有人所具有的感知功

20、能。</p><p>　　存在感。又稱(chēng)臨場(chǎng)感。它是指用戶(hù)感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶(hù)難以分辨真假的程度。</p><p>　　交互性。交互性是指用戶(hù)對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，用戶(hù)可以用手去直接抓取環(huán)境中的物體，這時(shí)手有握住東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視場(chǎng)中的物體也隨手的移動(dòng)而移動(dòng)。</p&

21、gt;<p>　　自主性。它是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作的程度。例如，用戶(hù)使用駕駛模擬器駕駛虛擬汽車(chē)時(shí)，用腳踩剎車(chē)時(shí)就有汽車(chē)停住并有一定慣性的感覺(jué)，視場(chǎng)中的物體也隨汽車(chē)的行駛而向后移動(dòng)。</p><p>　　分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（DVR）是基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中，位于不同物理環(huán)境位置的多個(gè)用戶(hù)或多個(gè)虛擬環(huán)境通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)結(jié)，每個(gè)用戶(hù)在一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，通過(guò)計(jì)算機(jī)與其他用戶(hù)進(jìn)行交互，并共

22、享信息。</p><p>　　設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)DVR系統(tǒng)時(shí)，必須考慮以下網(wǎng)絡(luò)信息因素：</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)帶寬，它是虛擬世界大小和復(fù)雜度的一個(gè)決定因素。當(dāng)參加者增加時(shí)，帶寬需要也隨著增加。</p><p>　　分布機(jī)制，它直接影響系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。其中多播機(jī)制能為駕駛模擬器系統(tǒng)提供一對(duì)多和多對(duì)多的消息發(fā)布服務(wù)。</p><p>　　延遲響應(yīng)，虛

23、擬環(huán)境交互和動(dòng)態(tài)特性的因素是延遲。如果要使分布式環(huán)境仿真真實(shí)世界，則必須實(shí)時(shí)操作，從而增加真實(shí)感。對(duì)于DVR系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)延遲可以通過(guò)使用專(zhuān)用聯(lián)結(jié)、對(duì)路由器和交換技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)、快速交換接口和計(jì)算機(jī)等來(lái)縮減。</p><p>　　可靠性，在增加通信帶寬和減少通信延遲這兩方面進(jìn)行折中時(shí)，這要考慮通信的可靠性問(wèn)題?？煽啃杂删唧w的應(yīng)用要求來(lái)決定。有些協(xié)議有較高的可靠性，則傳輸速度慢，反之亦然。</p><

24、;p>　　第二章 汽車(chē)駕駛模擬器操縱系統(tǒng)的總布置</p><p>　　2.1 離合器操縱系統(tǒng)的功用和要求</p><p><b>　　1．功用</b></p><p>　　（1）保證汽車(chē)平穩(wěn)起步</p><p>　　汽車(chē)起步之前，駕駛員先踩下離合器踏板，將離合器分離，使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系斷開(kāi)，再將變速器掛上檔，然后

25、緩速松開(kāi)離合器踏板，使離合器逐漸接合。在離合器逐漸接合過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)所受阻力矩也逐漸增加，故應(yīng)同時(shí)逐漸踩下加速踏板，增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終保持在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速以上而不熄火。由于離合器的接合緊密程度逐漸增大，驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩便逐漸地增加，到牽引力足以克服起步阻力時(shí)，汽車(chē)即開(kāi)始平穩(wěn)起步并逐步加速。</p><p>　　保證變速器換檔時(shí)工作平順</p><p>　　在汽車(chē)行駛過(guò)程中，

26、為了適應(yīng)不斷變化的行駛條件，變速器需要經(jīng)常換用不同檔位工作。普通齒輪式變速器的換檔一般是通過(guò)撥動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使原用檔位的齒輪副退出嚙合，另一檔位的齒輪副進(jìn)入工作。在換檔前必須踩下離合器踏板，中斷動(dòng)力傳遞，然后再進(jìn)行換檔操作，便于使原用檔位的嚙合齒輪副脫開(kāi)，同時(shí)有可能使新檔位嚙合齒輪副的嚙合部位的速度逐漸趨于相等（同步），這樣，進(jìn)入嚙合時(shí)的沖擊可以大為減輕。</p><p><b>　　2．要求&l

27、t;/b></p><p>　?。?）能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)接合。</p><p>　?。?）分離迅速?gòu)氐?接合柔和平順。</p><p>　?。?）工作可靠，操縱輕便。</p><p>　　2.2 制動(dòng)器操縱系統(tǒng)的功用和要求</p><p><b>　　1．功用</b></p><

28、;p>　?。?）保證汽車(chē)減速或停車(chē)</p><p>　　汽車(chē)以一定的車(chē)速行駛時(shí)具有一定的動(dòng)能。隨著汽車(chē)行駛速度的不斷提高，要使行駛中的汽車(chē)減速或停車(chē)，就必須強(qiáng)制地對(duì)汽車(chē)施加一個(gè)與汽車(chē)行駛方向相反的制動(dòng)力，駕駛員根據(jù)道路和交通等情況對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)一定程度的強(qiáng)制制動(dòng)，使汽車(chē)減速或停車(chē)。</p><p>　?。?）保證汽車(chē)下坡時(shí)維持穩(wěn)定的車(chē)速</p><p&g

29、t;　　汽車(chē)在下長(zhǎng)坡時(shí)，在重力的作用下，有不斷加速到危險(xiǎn)程度的趨勢(shì)，此時(shí)應(yīng)控制制動(dòng)力將車(chē)速限制在一定的安全值以?xún)?nèi)，并保持穩(wěn)定。</p><p>　?。?）保證汽車(chē)原地可靠停車(chē)</p><p>　　當(dāng)汽車(chē)停下來(lái)后，需要可靠的停車(chē)（包括在坡道上停車(chē)），使汽車(chē)可靠地駐留原地不動(dòng)。</p><p><b>　　2．要求</b></p>&

30、lt;p>　?。?）具備使行駛中的汽車(chē)減速或停車(chē)的行車(chē)制動(dòng)器（腳制動(dòng)）。</p><p>　?。?）具備使已停駛的汽車(chē)駐留原地不動(dòng)的駐車(chē)制動(dòng)器（手制動(dòng)）。</p><p>　　（3）行車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力的大小應(yīng)在一定范圍內(nèi)逐漸變化，駐車(chē)制動(dòng)器則無(wú)此必要。</p><p>　　(4)工作可靠，操縱輕便。</p><p>　　2.3 加速操縱

31、系統(tǒng)的功用和要求</p><p><b>　　1．功用</b></p><p>　　汽車(chē)在一定的使用條件下需要加速前進(jìn)或超車(chē)時(shí)，需要增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是加大節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是增加噴油泵的供油量。駕駛員根據(jù)需要，踩下加速踏板，增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。</p><p><b>　　2．要求</b>&

32、lt;/p><p>　　（1）發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率的大小應(yīng)在一定范圍內(nèi)逐漸變化，</p><p>　?。?）工作可靠，操縱輕便。</p><p>　　2.4 變速器操縱系統(tǒng)的功用和要求</p><p><b>　　1．功用</b></p><p>　?。?）改變傳動(dòng)比，改變汽車(chē)的行駛速度和牽引力。<

33、;/p><p>　　汽車(chē)的使用情況非常復(fù)雜，它要求汽車(chē)的牽引力和車(chē)速能在相當(dāng)大的范圍變化，而發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍小，為適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下（功率較高、油耗較低）工作，傳動(dòng)系中須設(shè)置變速器，并具備上述功用。</p><p>　?。?）使汽車(chē)能倒退行駛</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)不能反轉(zhuǎn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不變的情況下，汽車(chē)能倒退行駛

34、。</p><p>　?。?）利用空檔，切斷動(dòng)力傳遞</p><p>　　在汽車(chē)滑行、停車(chē)時(shí)，不必關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，便能切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞，或在汽車(chē)啟動(dòng)、怠速、換檔時(shí)，也能切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞。</p><p><b>　　2．要求</b></p><p>　?。?）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臋n位數(shù)和變速比，使汽車(chē)具有

35、良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，并能與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作匹配。</p><p>　?。?）應(yīng)設(shè)置有倒檔位和空檔位，使汽車(chē)能倒退行駛及切斷動(dòng)力傳遞。</p><p>　?。?）工作可靠，操縱輕便。</p><p>　　2.5 轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的功用和要求</p><p><b>　　1．功用</b></p><p>

36、　　（1）改變汽車(chē)的行駛方向</p><p>　　汽車(chē)在道路行駛時(shí)，駕駛員根據(jù)道路情況和交通狀況轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，轉(zhuǎn)向力矩通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變向及放大后使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，改變汽車(chē)的行駛方向。</p><p>　　（2）恢復(fù)汽車(chē)原來(lái)的行駛方向</p><p>　　在汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)往往會(huì)受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動(dòng)偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向，此時(shí)駕駛員也可以通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使轉(zhuǎn)向輪向相向

37、方向偏轉(zhuǎn)，使汽車(chē)恢復(fù)原來(lái)的行駛方向。</p><p>　?。?）使轉(zhuǎn)向盤(pán)自動(dòng)回正</p><p>　　在汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向輪會(huì)受到偶然出現(xiàn)的路面?zhèn)认蚍戳Χl(fā)生意外偏轉(zhuǎn)，使汽車(chē)意外地轉(zhuǎn)向，為了使汽車(chē)能穩(wěn)定地保持直線(xiàn)行駛方向，要求轉(zhuǎn)向輪偶然發(fā)生偏轉(zhuǎn)后能自動(dòng)回復(fù)到相應(yīng)于直線(xiàn)行駛的中立位置，這也相當(dāng)于轉(zhuǎn)向盤(pán)自動(dòng)回正。另一方面，汽車(chē)在完成轉(zhuǎn)向后需要恢復(fù)直線(xiàn)行駛時(shí)，自動(dòng)回正功能也能使汽車(chē)能輕便、穩(wěn)定

38、地恢復(fù)直線(xiàn)行駛方向。</p><p><b>　　2．要求</b></p><p>　　（1）有適當(dāng)?shù)淖兯俦?，將轉(zhuǎn)向盤(pán)較大的轉(zhuǎn)動(dòng)角度減小為轉(zhuǎn)向輪較小的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。</p><p>　?。?）有專(zhuān)門(mén)的機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向盤(pán)自動(dòng)回正，轉(zhuǎn)向盤(pán)回正時(shí)不打手。</p><p>　　（3）轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)?shù)與實(shí)車(chē)基本相同。</p>

39、<p>　?。?）工作可靠，操縱輕便。</p><p>　　第三章 汽車(chē)駕駛模擬器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1．汽車(chē)按車(chē)長(zhǎng)或載重量分為大、中、小型汽車(chē)，變速器分為手動(dòng)檔和自動(dòng)檔，在確定汽車(chē)仿真操縱系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，必須明確模擬的是哪種車(chē)型，哪種變速器。</p

40、><p>　　2．基于人機(jī)工程學(xué)的原理對(duì)操縱系統(tǒng)進(jìn)行總布置。</p><p>　　基于人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是對(duì)操縱系統(tǒng)進(jìn)行人性化的設(shè)計(jì)，使人體在控制操縱系統(tǒng)時(shí)感覺(jué)最輕松、方便、省力，符合人的生理和心理特征。</p><p>　?。?）駕駛員座椅必須滿(mǎn)足人機(jī)工程學(xué)的要求，座墊可前后上下調(diào)節(jié)，靠背角度也可自由調(diào)節(jié)。</p><p>　?。?）各種操

41、縱控制機(jī)構(gòu)全部在人體手腳合理的控制范圍之內(nèi)，且方便省力。 </p><p>　?。?）各操縱機(jī)構(gòu)彼此間要有合理的間距，以防止誤操作。</p><p>　?。?）各操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、大小和安裝位置要與實(shí)車(chē)相同或相似，</p><p>　　使駕駛員產(chǎn)生實(shí)車(chē)感覺(jué)，如轉(zhuǎn)向盤(pán)、踏板、駐車(chē)制動(dòng)器、組合開(kāi)關(guān)、</p><p>　　組合儀表、變速桿等。<

42、/p><p>　　3.2 主要操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 離合器、制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖3－1 離合器、制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)</p><p>　　1－離合器踏板2－支架3－軸4－轉(zhuǎn)向桿支架</p><p>　　5－回位彈簧6－傳感器推桿7－腳制動(dòng)器踏板</p><p&g

43、t;　　圖3-1所示為一種離合器、制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是從踏板到傳感器推桿都由桿件組成。駕駛員踩下離合器踏板1或腳制動(dòng)器踏板7，踏板繞軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)杠桿原理，帶動(dòng)傳感器推桿6向前運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)傳感器產(chǎn)生信號(hào)。</p><p>　　這種操縱結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，布置容易，因此應(yīng)用較廣泛。加速操縱機(jī)構(gòu)也可以采用這種類(lèi)似結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.2.2 變速器操縱機(jī)構(gòu)</p

44、><p>　　圖3－2 變速器操縱機(jī)構(gòu)</p><p>　　1－變速桿2－頂蓋3－下蓋4－磁鋼5－干簧管6－電路板7－四、五檔撥叉軸8－四、五檔撥塊9－二、三檔撥叉軸10－二、三檔撥塊11－一、倒檔撥叉軸12－一、倒檔撥塊13－倒檔鎖銷(xiāo)14－倒檔鎖彈簧15－變速桿回位彈簧16－自鎖彈簧17－自鎖鋼球18－互鎖銷(xiāo)19－互鎖鋼球</p><p>　　圖3－2所示為一種變速器

45、操縱機(jī)構(gòu)，它是在東風(fēng)EQ1090E型汽車(chē)變速器操縱機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)而成。</p><p>　　三根撥叉軸7、9、11兩端支承于下蓋3兩端孔中，可以軸向滑動(dòng)。每根撥叉軸上固定有相應(yīng)的撥塊8、10、12，撥塊的頂部制有凹槽，空檔時(shí)各凹槽在橫向平面內(nèi)對(duì)齊。選檔時(shí)變速桿1繞其中部球形支點(diǎn)橫向擺動(dòng)，則其下端對(duì)準(zhǔn)與所選擋位對(duì)應(yīng)的撥塊凹槽，然后使變速桿縱向擺動(dòng)，帶動(dòng)撥叉軸向前或向后滑動(dòng)，撥叉軸兩端均裝有磁鋼4，當(dāng)磁鋼位于干簧

46、管5正上方時(shí)，電路導(dǎo)通，該檔位信號(hào)接通，當(dāng)磁鋼離開(kāi)干簧管后，電路斷開(kāi)，該檔位信號(hào)切斷。原裝變速器操縱裝置中設(shè)有防止同時(shí)掛入兩個(gè)檔位的互鎖機(jī)構(gòu)，還設(shè)有防止自動(dòng)脫檔的自鎖機(jī)構(gòu)（見(jiàn)A-A剖視圖），以及防止誤掛倒檔的倒檔鎖（由倒檔鎖銷(xiāo)13，倒檔鎖彈簧14組成）。變速桿回位彈簧15的作用是空檔時(shí)使變速桿處于垂直位置，為便于安裝傳感器，原裝變速操縱機(jī)構(gòu)的下蓋兩端被切去一部分。這種操縱機(jī)構(gòu)工作可靠，但結(jié)構(gòu)較大，只能模擬大型汽車(chē)的變速器操縱。</

47、p><p>　　圖3－3所示為另一種小型變速器操縱機(jī)構(gòu)。</p><p>　　圖3－3 小型變速器操縱機(jī)構(gòu)</p><p>　　1－變速桿2－選檔軸3－轉(zhuǎn)銷(xiāo)4－電路板5－支架6－撥叉軸7－撥叉軸座8－自鎖鋼球9－自鎖彈簧10－互鎖架11－導(dǎo)向板12－導(dǎo)桿支座13－磁鋼14－磁鋼座15－回位彈簧16－導(dǎo)桿17－回位桿18－選檔軸座19－霍爾開(kāi)關(guān)</p>&l

48、t;p>　　左中右三根撥叉軸6支承于撥叉軸座7中作軸向滑動(dòng)，撥叉軸的一端制有凹槽?？諜n時(shí)，各凹槽在橫向平面內(nèi)對(duì)齊，變速桿1下端的球頭伸入這些凹槽中，選檔時(shí)，變速桿連同選檔軸2繞選檔軸座橫向擺動(dòng)，變速桿下端球頭對(duì)準(zhǔn)與所選檔位相應(yīng)的撥叉軸凹槽，然后使變速桿繞轉(zhuǎn)銷(xiāo)3縱向擺動(dòng)，帶動(dòng)撥叉軸向前向后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)換檔。撥叉軸兩端的磁鋼座14中裝有磁鋼13，每個(gè)磁鋼對(duì)應(yīng)一只霍爾開(kāi)關(guān)19，當(dāng)磁鋼移向霍爾開(kāi)關(guān)達(dá)到一定距離時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)即產(chǎn)生檔位接通信號(hào)，

49、并將信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當(dāng)磁鋼離開(kāi)霍爾開(kāi)關(guān)達(dá)到一定距離時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)產(chǎn)生檔位切斷信號(hào)。該裝置具有三根撥叉軸，一、二檔，三、四檔，五、倒檔各共一根撥叉軸。</p><p>　　自鎖機(jī)構(gòu)由自鎖鋼球8，自鎖彈簧9組成， 每根撥叉軸的上表面沿軸向分布有三個(gè)凹槽，當(dāng)撥叉軸軸向移動(dòng)到空檔或某一工作檔位時(shí)，必有一個(gè)凹槽對(duì)準(zhǔn)自鎖鋼球，自鎖鋼球在自鎖彈簧的壓力作用下嵌入該凹槽內(nèi)，撥叉軸的軸向位置即被固定，不能自動(dòng)脫檔，實(shí)現(xiàn)了檔位

50、自鎖。換檔時(shí)，駕駛員必須通過(guò)變速桿對(duì)撥叉軸施加一定的軸向力，克服自鎖彈簧的壓力，將自鎖鋼球從撥叉軸的凹槽中擠出推回孔中，撥叉軸才能再進(jìn)行軸向移動(dòng)。</p><p>　　互鎖機(jī)構(gòu)即互鎖架10， 互鎖架由一塊底板和兩塊帶凹槽的豎板組成，豎板的凹槽形狀與撥叉軸端部的凹槽相同?？諜n時(shí)，撥叉軸的凹槽與豎板的凹槽在橫向平面內(nèi)對(duì)齊，兩豎板位于中間撥叉軸的兩側(cè)，將變速桿下端球頭的活動(dòng)區(qū)域分為左、中、右塊，只有整個(gè)球頭全部位于某個(gè)

51、區(qū)域之內(nèi)時(shí)，才能推動(dòng)任意一根撥叉軸作軸向移動(dòng)，當(dāng)球頭位于相鄰兩個(gè)區(qū)域的結(jié)合部時(shí)，豎板就會(huì)抵擋住球頭，不讓球頭推動(dòng)任何撥叉軸，因此換檔時(shí)，一次只能移動(dòng)一根撥叉軸，其余兩根撥叉軸不能移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了撥叉軸的互鎖，也就是檔位的互鎖。</p><p>　　變速桿空檔回位機(jī)構(gòu)由回位桿17、回位彈簧15、導(dǎo)桿16、導(dǎo)桿支座12組成，空檔時(shí)回位桿處于水平位置，變速桿處于垂直位置，駕駛員換檔時(shí)，變速桿帶動(dòng)選檔軸繞選檔軸座橫向擺動(dòng)，固

52、定在選檔軸上的回位桿同時(shí)也作橫向擺動(dòng)，并通過(guò)導(dǎo)桿壓縮回位彈簧。當(dāng)從某工作檔位退出時(shí)，在回位彈簧的作用下，回位桿恢復(fù)水平位置，回位桿帶動(dòng)變速桿恢復(fù)至垂直位置。</p><p>　　導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由兩塊導(dǎo)向板11組成， 導(dǎo)向板安裝在左右撥叉軸帶凹槽一端的兩側(cè)，選檔或換檔時(shí)，變速桿端部球頭撞擊撥叉軸凹槽，容易使撥叉軸作橫向旋轉(zhuǎn)，影響變速操縱，導(dǎo)向板的作用就是使撥叉軸只能作軸向移動(dòng)。</p><p>　

53、　3.2.3 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖3－4 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)</p><p>　　1－角度位移傳感器2－傳感器支架３－擋圈４－軸承５－小齒輪６－輸入軸７－殼體８－中間軸９－限位螺栓1０－鍵11－輸入軸12－扭簧固定銷(xiāo)1３－扭簧1４－大齒輪1５－蓋板</p><p>　　圖3－4所示為一種轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。輸入軸6、中間軸8、輸出軸11通過(guò)軸承4裝配在殼體7上

54、，輸入軸上端與連接轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向桿固定，下端的齒輪與小齒輪5嚙合，通過(guò)鍵10使小齒輪與中間軸固定，中間軸上端的齒輪再與大齒輪14嚙合，大齒輪通過(guò)鍵與輸出軸固定，輸出軸的兩端分別通過(guò)扭簧固定銷(xiāo)12固定一只扭簧13，輸出軸的下端通過(guò)傳感器支架2與角度位移傳感器1相連。</p><p>　　轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，轉(zhuǎn)向力矩通過(guò)轉(zhuǎn)向桿經(jīng)輸入軸、小齒輪、中間軸、大齒輪減速后傳給輸出軸，輸出軸帶動(dòng)角度位移傳感器產(chǎn)生轉(zhuǎn)向信號(hào)。

55、輸出軸在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，壓縮其中一端的扭簧。完成轉(zhuǎn)向后，扭簧的反向力矩經(jīng)輸出軸再逆向傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)，使轉(zhuǎn)向盤(pán)自動(dòng)回正。大齒輪和殼體上分別裝有限位螺栓，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限角度時(shí)，兩只限位螺栓接觸，阻止轉(zhuǎn)向盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，確保了轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的總?cè)?shù)不超過(guò)一定圈數(shù)，又保護(hù)了扭簧不因過(guò)度壓縮而損壞。</p><p>　　3.2.4 駕駛員座椅的布置</p><p>　　在以人為中心的汽車(chē)駕駛模擬器座椅艙布置中

56、，座椅的布置對(duì)駕駛員的坐姿舒適性，視野舒適度，操作方便性以及艙內(nèi)部空間具有重要的影響。</p><p>　　汽車(chē)駕駛模擬器通常采用的H點(diǎn)人體模型，H點(diǎn)人體模型中的H點(diǎn)是人體身軀與大腿的連接點(diǎn)，即跨點(diǎn)（Hip Point）,它是與操作 </p><p>　　圖3－5 駕駛員關(guān)節(jié)舒適角度</p><p>　　方便性及坐姿舒適性相關(guān)的車(chē)內(nèi)尺寸的

57、基準(zhǔn)點(diǎn)。駕駛員以正常姿勢(shì)入座后，其體重的大部分通過(guò)臀部由座椅和座墊來(lái)支撐，一部分通過(guò)背部和腰部由靠背來(lái)承受。另一部分通過(guò)左右手作用于方向盤(pán)上。在這種特定的約束坐姿下，駕駛員在操作時(shí)身軀上部的活動(dòng)必然是繞通過(guò)實(shí)際H點(diǎn)的橫向水平軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。人機(jī)工程學(xué)專(zhuān)家從多方面進(jìn)行了研究表明為了減輕駕駛員駕駛時(shí)的疲勞，駕駛員身體各部分之間的夾角應(yīng)當(dāng)保持在某一合理的范圍之內(nèi)， 這些角度稱(chēng)為舒適角（見(jiàn)圖3－5 ）,為了便于駕駛員操作，駕駛室操縱件與駕駛員身體不

58、能發(fā)生干涉，同時(shí)H點(diǎn)高度必然會(huì)影響人的視野舒適度，所以H點(diǎn)的分布區(qū)域的約束條件有如下幾方面：</p><p>　　(1) 下肢舒適性約束，以駕駛員下肢的關(guān)節(jié)角度的舒適性作為約束來(lái)計(jì)算H點(diǎn)分布區(qū)域。</p><p>　　(2) 上肢舒適性約束，以駕駛員上肢的關(guān)節(jié)角度的舒適性作為約束來(lái)計(jì)算H點(diǎn)分布區(qū)域。</p><p>　　(3) 視野約束，以保證駕駛員視野舒適性為約束

59、條件計(jì)算H點(diǎn)分布區(qū)域。</p><p>　　我們還應(yīng)遵循幾個(gè)特性：</p><p>　　(1)目標(biāo)駕駛員群體的統(tǒng)計(jì)特性</p><p>　　圖3－6 駕駛室設(shè)計(jì)流程</p><p>　　對(duì)座椅位置起主要影響的統(tǒng)計(jì)特性指標(biāo)是肢體(尤其是下肢)長(zhǎng)度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。肢體越長(zhǎng)，需要的車(chē)內(nèi)布置空間越大，座椅越靠后。</p><p&g

60、t;　　(2)汽車(chē)駕駛模擬器駕駛員座椅結(jié)構(gòu)特性</p><p>　　在汽車(chē)駕駛模擬器中，駕駛員座椅艙可以相對(duì)比實(shí)際汽車(chē)車(chē)型車(chē)內(nèi)的空間大，所以在設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以駕駛員腿部空間也相對(duì)更寬敞些。</p><p><b>　　(3)靜態(tài)視野特性</b></p><p>　　在實(shí)際汽車(chē)駕駛中，駕駛員的視野是動(dòng)態(tài)的，頭部和眼睛都是在不停轉(zhuǎn)動(dòng)的而在汽車(chē)駕駛模擬

61、器中，駕駛員所面對(duì)的是電腦或電視屏幕，視野是長(zhǎng)期的，靜態(tài)的，所以視野校核時(shí)應(yīng)采取靜態(tài)視野校核。</p><p>　　3.3 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　汽車(chē)駕駛模擬器變速操縱機(jī)構(gòu)安裝于駕駛員座位附近的駕駛艙底板上，駕駛員可直接操縱，如圖1所示。 </p><p>　　圖1 變速器操縱機(jī)構(gòu)</p><p>　　1－變速桿2－選檔軸3

62、－轉(zhuǎn)銷(xiāo)4－電路板5－支架6－撥叉軸7－撥叉軸座8－自鎖鋼球9－自鎖彈簧10－互鎖架11－導(dǎo)向板12－導(dǎo)桿支座13－磁鋼14－磁鋼座15－回位彈簧16－導(dǎo)桿17－回位桿18－選檔軸座19－霍爾開(kāi)關(guān)</p><p>　　左中右三根撥叉軸6支承于撥叉軸座7中作軸向滑動(dòng)，撥叉軸的一端制有凹槽，空檔時(shí)，各凹槽在橫向平面內(nèi)對(duì)齊，變速桿1下端的球頭伸入這些凹槽中。選檔時(shí)，變速桿連同選檔軸2繞選檔軸座18橫向擺動(dòng)，變速桿下端球頭

63、對(duì)準(zhǔn)與所選檔位相應(yīng)的撥叉軸凹槽，然后使變速桿繞轉(zhuǎn)銷(xiāo)3縱向擺動(dòng)，推動(dòng)撥叉軸軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)換檔。撥叉軸兩端的磁鋼座14中裝有磁鋼13，每個(gè)磁鋼對(duì)應(yīng)一只霍爾開(kāi)關(guān)19，當(dāng)磁鋼移向霍爾開(kāi)關(guān)達(dá)到一定距離時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)即產(chǎn)生檔位接通信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當(dāng)磁鋼離開(kāi)霍爾開(kāi)關(guān)達(dá)到一定距離時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)產(chǎn)生檔位釋放信號(hào)。該裝置具有三根撥叉軸，一、二檔，三、四檔，五、倒檔各共一根撥叉軸。</p><p>　　自鎖裝置由自鎖鋼球

64、8、自鎖彈簧9組成（見(jiàn)圖1）。每根撥叉軸的上表面沿軸向分布有三個(gè)凹槽，當(dāng)撥叉軸軸向移動(dòng)到空檔或某一工作檔位時(shí)，必有一個(gè)凹槽對(duì)準(zhǔn)自鎖鋼球，自鎖鋼球在自鎖彈簧的壓力作用下嵌入該凹槽內(nèi)，撥叉軸的軸向位置即被固定，不能自行脫檔，實(shí)現(xiàn)了檔位自鎖。換檔時(shí)，駕駛員必需通過(guò)變速桿對(duì)撥叉軸施加一定的軸向力，克服自鎖彈簧的壓力，將自鎖鋼球從撥叉軸的凹槽中擠出推回孔中，撥叉軸才能再進(jìn)行軸向移動(dòng)。</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)凹槽的深度和

65、自鎖彈簧的壓力必須合理選擇，否則彈簧壓力不夠，易產(chǎn)生跳檔，或彈簧壓力過(guò)大，使變速桿操縱不輕便。</p><p>　　互鎖裝置也稱(chēng)為互鎖架10，由一塊底板和兩塊帶凹槽的豎板組成，如圖2所示。</p><p>　　豎板的凹槽形狀與撥叉軸端部的凹槽相同。圖 2 互鎖裝置</p><p>　　空檔時(shí)，撥叉軸的凹槽與豎板的凹槽在橫向平面內(nèi)對(duì)齊，兩豎板位于中間撥叉軸的兩側(cè)

66、，將變速桿下端球頭的活動(dòng)區(qū)域分為左、中、右三部分，只有整個(gè)球頭全部位于某個(gè)區(qū)域之內(nèi)時(shí)，才能推動(dòng)任意一根撥叉軸作軸向移動(dòng)，當(dāng)球頭位于兩個(gè)區(qū)域的結(jié)合部時(shí)，豎板就會(huì)抵住球頭，不使球頭推任何撥叉軸，因此換檔時(shí)一次只能移動(dòng)一根撥叉軸，其余兩根撥叉軸不能移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了撥叉軸的互鎖，也就是檔位的互鎖。</p><p>　　變速桿空檔回位裝置由回位桿17、回位彈簧15、導(dǎo)桿16、導(dǎo)桿支座12組成（見(jiàn)圖1）?？諜n時(shí)回位桿處于水平位置

67、，變速桿處于垂直位置，駕駛員換檔時(shí)，變速桿帶動(dòng)選檔軸繞選檔軸座橫向擺動(dòng)，固定在選檔軸上的回位桿同時(shí)也作橫向擺動(dòng)，并通過(guò)導(dǎo)桿壓縮回位彈簧。當(dāng)從某工作檔位退出時(shí)，在回位彈簧的作用下，導(dǎo)桿推動(dòng)回位桿恢復(fù)水平位置，回位桿帶動(dòng)變速桿恢復(fù)垂直位置。</p><p>　　導(dǎo)向裝置如圖3所示。導(dǎo)向板11安裝在左右撥叉軸帶凹槽一端的兩側(cè)，選檔或換檔時(shí)，變速桿端部球頭撞擊撥叉軸凹槽，使撥叉軸作橫向旋轉(zhuǎn)，影響換檔，導(dǎo)向板的作用就是使撥

68、叉軸只能作軸向移動(dòng)。</p><p><b>　　圖3 導(dǎo)向裝置</b></p><p>　　檔位傳感裝置由電路板4,霍爾開(kāi)關(guān),磁鋼,磁鋼座,撥叉軸等組成（見(jiàn)圖1）。電路板固定在操縱機(jī)構(gòu)支架5的兩端。左、中、右三 根拔叉軸的兩端各安裝有一個(gè)磁鋼座，磁鋼 固定在磁鋼座內(nèi)。電路板中裝有3只相同的霍爾開(kāi)關(guān)，其位置與磁鋼一一對(duì)應(yīng)。霍爾開(kāi)關(guān)是由霍爾片和 它的信號(hào)處理電路集成的

69、芯片。換 檔時(shí)，撥叉軸軸向移動(dòng)帶動(dòng)磁鋼向霍爾開(kāi)關(guān)接近，在磁鋼磁場(chǎng)的作用下，霍爾開(kāi)關(guān)接受的磁感應(yīng)強(qiáng)度B超過(guò)其導(dǎo)通管閥值BOP時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)輸出管導(dǎo)通，輸出低電平，即工作檔位接通信號(hào)。永磁磁之后即使B再增加，仍保持導(dǎo)通狀態(tài)。退回空檔時(shí)，撥叉軸帶動(dòng)磁鋼逐漸遠(yuǎn)離霍爾開(kāi)關(guān)，B逐漸減小，當(dāng)降到BRP時(shí)，輸出管截止，輸出高電平，即工作檔位釋放信號(hào)。BOP稱(chēng)為檔位工作點(diǎn)，</p><p>　　BRP稱(chēng)為檔位釋放點(diǎn)，BOP-BRP=

70、BH稱(chēng)為回差，回差的存在使開(kāi)關(guān)電路的抗干擾能力增強(qiáng)。其輸出特性見(jiàn)圖4。因?yàn)閭鞲衅鞑捎玫氖卿搧?lái)產(chǎn)生工作磁場(chǎng)，且霍爾開(kāi)關(guān)電路需要工作電源，因此設(shè)計(jì)時(shí)將霍爾開(kāi)關(guān)位置固定，而將磁鋼隨撥叉軸移動(dòng)。</p><p>　　在空氣隙中，霍爾開(kāi)關(guān)接受的磁感應(yīng)強(qiáng)度B會(huì)隨氣隙長(zhǎng)度的增加而迅速下降。為保證工作可靠，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)論證在兩種檔位狀態(tài)下的氣隙長(zhǎng)度。</p><p>　　通過(guò)汽車(chē)駕駛模擬器變速操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，

71、將汽車(chē)變速器的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)省去，其功用由實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的汽車(chē)整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行快速實(shí)時(shí)運(yùn)算來(lái)代替。這樣的設(shè)計(jì)降低了成本、縮小了體積、簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、也有利于操作，如在互鎖裝置方面利用互鎖架代替互鎖鋼球、互鎖銷(xiāo)達(dá)到了互鎖要求。通過(guò)大量的實(shí)踐證明該型汽車(chē)駕駛模擬器變速操縱機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生信號(hào)干涉，穩(wěn)定性好，信號(hào)產(chǎn)生時(shí)無(wú)機(jī)械接觸，耐久度強(qiáng)，符合人體操縱以及信號(hào)傳輸要求。</p><p>　　第四章 汽車(chē)駕駛模擬器傳感器的選擇

72、</p><p>　　4.1 傳感器簡(jiǎn)介</p><p>　　傳感器是將被測(cè)量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于應(yīng)用的某種物理量的裝置。通常將傳感器看作是一種把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電量的裝置。傳感器位于測(cè)控系統(tǒng)的首段,是獲取標(biāo)準(zhǔn)可靠信息的關(guān)鍵裝置。</p><p>　　由于被測(cè)量遍及各學(xué)科和工程的各方面,所以傳感器的種類(lèi)繁多,分類(lèi)方法也很多。按</p><p&g

73、t;　　被測(cè)量的種類(lèi)也就是按傳感器的用途分類(lèi)可分為:位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等。按工作原理分類(lèi)可分為電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式等。習(xí)慣上常把兩者結(jié)</p><p>　　合起來(lái)命名傳感器,比如電阻應(yīng)變式傳感器,電感式位移傳感器,壓電式加速度傳感器等。</p><p>　　按被測(cè)量的轉(zhuǎn)換特征可分為結(jié)構(gòu)型和物性型。結(jié)構(gòu)型傳感器是通過(guò)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的。如電容式

74、傳感器依靠極板間距離變化引起電容量的變化。有些結(jié)構(gòu)型傳感器,通過(guò)彈性敏感元件的受力變形,將力扭矩壓力等轉(zhuǎn)換成應(yīng)變或位移 ,再利用傳感元件如電阻應(yīng)變片等將其轉(zhuǎn)換成電量。物性型傳感器是利用一些材料本身的性質(zhì)隨被測(cè)量變化的特性而實(shí)現(xiàn)參數(shù)的直接轉(zhuǎn)換。它具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于集成等特點(diǎn)，是傳感器的發(fā)展方向之一。</p><p>　　按照能量的傳遞方式可分為能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型傳感器兩種。能量控制型傳感器

75、輸出能量由外部供給,但受被測(cè)輸入量的控制如電阻應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器等。能量轉(zhuǎn)換型傳感器的輸出量直接由被測(cè)量能量轉(zhuǎn)換而得，如壓電式傳感器，熱電式傳感器等。</p><p>　　能夠利用傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的被測(cè)量很多，如各種物理量、化學(xué)量、生物量等。常見(jiàn)的機(jī)械量也就是機(jī)械參數(shù)有以下幾類(lèi)：力學(xué)參數(shù)，包括拉力、荷重、壓力、應(yīng)力、扭矩等；運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括位移、速度、加速度等；振動(dòng)參數(shù)，包括各類(lèi)振動(dòng)的參數(shù)、系統(tǒng)

76、的振型及動(dòng)態(tài)響應(yīng)物性。工程中其他有關(guān)的物理量有溫度、濕度、流體的流量等。</p><p>　　傳感器的輸出有機(jī)械量、光學(xué)量、電量等。傳統(tǒng)的機(jī)械儀表往往將力、壓力、和溫度等轉(zhuǎn)換為彈性變形，這種變形經(jīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)放大、傳遞后成為儀表指針的偏轉(zhuǎn)或移動(dòng)，借助刻度盤(pán)指示出被測(cè)量的大小。而這類(lèi)機(jī)械式儀表必須在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，而且由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的慣性大，一般只能用于檢測(cè)靜態(tài)量或緩慢變化的被測(cè)量，不能滿(mǎn)足生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要。因此，在現(xiàn)

77、代測(cè)試系統(tǒng)中，越來(lái)越多的利用傳感器把被測(cè)非電量變換為電量，然后進(jìn)行測(cè)量，成為非電量電測(cè)法。傳感器直接作用于被測(cè)量，作為信息探測(cè)、感知和捕獲的器件是測(cè)試系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵部件。</p><p>　　人類(lèi)用眼、耳等感覺(jué)器官接受信息，彼此之間通過(guò)語(yǔ)言、文字和圖象來(lái)交流信息。通常信息是通過(guò)一定形式的信號(hào)來(lái)傳遞的。如聲、光、電等物理信號(hào)。信號(hào)是信息的載體，</p><p>　　信息總是蘊(yùn)涵在某些信

78、號(hào)之中。測(cè)試的基本任務(wù)是獲取被測(cè)對(duì)象的有關(guān)信息，而傳感器輸出的是某種形式的信號(hào)，往往需要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析處理，從信號(hào)中提取所需信息。信號(hào)的分析和處理可用專(zhuān)用的信號(hào)分析和信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行，而目前已經(jīng)主要由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。</p><p>　　4.2 傳感器的選擇</p><p>　　汽車(chē)駕駛模擬器有方向盤(pán)、離合器、制動(dòng)器、油門(mén)、6個(gè)擋位、手剎、各個(gè)信號(hào)燈的信號(hào)需要采集，使用的傳感器包括開(kāi)關(guān)

79、傳感器、位移傳感器、角位移傳感器三類(lèi)。方向盤(pán)采用角位移傳感器；離合器、剎車(chē)、油門(mén)采用位移傳感器；檔位、手剎等采用開(kāi)關(guān)傳感器。</p><p>　　對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)、離合器和油門(mén)采用直線(xiàn)位移傳感器</p><p>　　型號(hào)：TWZ-DY 量程：40mm 輸出：1～5V 精度：0.5%FS</p><p>　　電源：+12Vdc 測(cè)桿形式：彈簧復(fù)位 使

80、用溫度：-10~60℃</p><p>　　測(cè)桿伸出長(zhǎng)度L3：11.5mm 輸出信號(hào)：5v</p><p>　　測(cè)桿伸出長(zhǎng)度L3：51.5mm 輸出信號(hào)：1v</p><p>　　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選擇角位移傳感器</p><p>　　型號(hào)： DWQ-BZ-V±45º 量程： DWQ-BZ-V±45 &

81、#177;45º</p><p>　　輸出： 1～5V 輸出： +12VDC</p><p>　　分辨率：0.005º 45º輸出： 1V</p><p>　　中點(diǎn)輸出：3V -45º輸出： 5V</p><p>　　在汽車(chē)駕駛模擬器的控制系統(tǒng)中，檔位、駐車(chē)制動(dòng)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)等開(kāi)

82、關(guān)量需要采集。這些開(kāi)關(guān)量的采信對(duì)傳感器的要求比較高，經(jīng)過(guò)分析，我們采用霍爾器件作為采集這些開(kāi)關(guān)量的傳感器。</p><p>　　針對(duì)汽車(chē)駕駛模擬器中開(kāi)關(guān)量采集的要求，和霍爾元件的特性，我們選用DIP封裝，型號(hào)為AH20的霍爾磁傳感器，如圖7。</p><p>　　霍爾器件還不能夠單獨(dú)作為傳感器使用，我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的電路。</p><p>　　霍爾開(kāi)關(guān)電路又稱(chēng)霍爾數(shù)字

83、電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成。在外磁場(chǎng)的作用下，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)導(dǎo)通閾值BOP時(shí)，霍爾電路輸出管導(dǎo)通，輸出低電平。之后，B再增加，仍保持導(dǎo)通態(tài)。若外加磁場(chǎng)的B值降低到BRP時(shí)，輸出管截止，輸出高電平。我們稱(chēng)BOP為工作點(diǎn)，BRP為釋放點(diǎn)，BOP－BRP=BH稱(chēng)為回差?；夭畹拇嬖谑归_(kāi)關(guān)電路的抗干擾能力增強(qiáng)?；魻栭_(kāi)關(guān)電路的功能框見(jiàn)圖8，圖8(a)表示集電極開(kāi)路(OC)輸出，(b)表示雙輸出。它們的輸出特性見(jiàn)圖

84、9，圖9(a)表示普通霍爾開(kāi)關(guān)，(b)表示鎖定型霍爾開(kāi)關(guān)的輸出特性。</p><p>　　(a) 單OC輸出 (b)雙OC輸出</p><p>　　圖8 霍爾開(kāi)關(guān)電路的功能框圖</p><p>　　(a)開(kāi)關(guān)型輸出特性 (b)鎖定型輸出特性</p><p>　　圖9 霍爾開(kāi)關(guān)電路的輸出特性</p><p>　　一般規(guī)定

85、，當(dāng)外加磁場(chǎng)的南極(S極)接近霍爾電路外殼上打有標(biāo)志的一面時(shí)，作用到霍爾電路上的磁場(chǎng)方向?yàn)檎?，北極接近標(biāo)志面時(shí)為負(fù)。 </p><p>　　表1-1 霍爾開(kāi)關(guān)電路的特性參數(shù)</p><p>　　鎖定型霍爾開(kāi)關(guān)電路的特點(diǎn)是：當(dāng)外加場(chǎng)B正向增加，達(dá)到BOP時(shí)，電路導(dǎo)通，之后無(wú)論B增加或減小，甚至將B除去，電路都保持導(dǎo)通態(tài)，只有達(dá)到負(fù)向的BRP時(shí)，才改變?yōu)榻刂箲B(tài)，因而稱(chēng)為鎖定型。霍爾開(kāi)關(guān)電路的性

86、能參數(shù)見(jiàn)表1-1。</p><p>　　霍爾開(kāi)關(guān)電路的輸出級(jí)一般是一個(gè)集電極開(kāi)路的NPN晶體管，其使用規(guī)則和任何一種相似的NPN開(kāi)關(guān)管相同。輸出管截止時(shí)，輸漏電流很小，一般只有幾nA，可以忽略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓最高不得超過(guò)輸出管的擊穿電壓（即規(guī)范表中規(guī)定的極限電壓）。輸出管導(dǎo)通時(shí)，它的輸出端和線(xiàn)路的公共端短路。因此，必須外接一個(gè)電阻器（即負(fù)載電阻器）來(lái)限制流過(guò)管子的電流，使它不超過(guò)最大允許值（

87、一般為20mA），以免損壞輸出管。輸出電流較大時(shí)，管子的飽和壓降也會(huì)隨之增大，使用者應(yīng)當(dāng)特別注意，僅這個(gè)電壓和你要控制的電路的截止電壓（或邏輯“零”）是兼容的。</p><p>　　圖10表示與各種電路的接口：（a）TTL電路；(b)與CMOS電路；(c)與LED；(d)與晶閘管。 </p><p>　　圖10 霍爾開(kāi)關(guān)與電路接口舉例</p><p>　　若受控的電

88、路所需的電流大于20mA，可在霍爾開(kāi)關(guān)電路與被控電路間接入電流放大器?；魻柶骷拈_(kāi)關(guān)所需的電流大于20mA，可在霍爾開(kāi)關(guān)電路與被電路間接入電流放大器。 </p><p>　　霍爾器件的開(kāi)關(guān)作用非常迅速，典型的上升時(shí)間和下降時(shí)間在400nS范圍內(nèi)，優(yōu)于任何機(jī)械開(kāi)關(guān)。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)

89、計(jì)對(duì)汽車(chē)駕駛模擬變速傳感裝置有了深刻的了解。明白了汽車(chē)行車(chē)制動(dòng)變速裝置各檔位變化的工作原理，在設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了人機(jī)械設(shè)計(jì)、公差，機(jī)械制圖，機(jī)械工程原理以及傳感器原理等多方面的知識(shí)。在繪圖設(shè)計(jì)中我們?cè)龅搅朔N種困難，在構(gòu)想上我們花了不少功夫，也包括對(duì)Pro\E等繪圖軟件的使用。對(duì)以前學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)加以綜合應(yīng)用，也培養(yǎng)了我們自己動(dòng)手實(shí)踐的能力。</p><p>　　設(shè)計(jì)期間，我充分利用圖書(shū)館和計(jì)算機(jī)機(jī)房的資源，以及借用同

90、學(xué)的電腦。這些為設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。盡管如此在我們的設(shè)計(jì)中也會(huì)有許多不足之處，深信待后會(huì)逐步改進(jìn)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中我們的指導(dǎo)老師也付出了不少心血，沒(méi)有他們的嚴(yán)格要求和精心指導(dǎo)，就不可能完成各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)。在此，深深的感謝指導(dǎo)老師給予我們的支持和幫助!同時(shí)也感謝指導(dǎo)老師能和我們度過(guò)這段艱苦而有所獲的日子!</p><p><b>　　致 謝</b><

91、;/p><p>　　本次關(guān)于《汽車(chē)駕駛模擬器變速傳感裝置設(shè)計(jì)》的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在機(jī)電工程學(xué)院XXX老師的精心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。關(guān)于汽車(chē)駕駛模擬器變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，涉及到較多的專(zhuān)家器方面的理論知識(shí)，因此對(duì)資料的搜集與分析整理就變得尤為重要。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題、開(kāi)題、設(shè)計(jì)和最后的論文撰寫(xiě)中，自始至終得到了幾位老師對(duì)我悉心的教導(dǎo)和熱情幫助，設(shè)計(jì)的每一個(gè)成果都凝聚著老師的心血和汗水。</p><p>　　

92、在課題的研究過(guò)程中，XX老師在教學(xué)工作繁忙的情況下自始至終對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)非常地關(guān)心，不辭辛苦的幫我搜集資料和論證分析，給予了多方面的指導(dǎo)和幫助。可以這么說(shuō)，沒(méi)有老師們的指導(dǎo)與幫助，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)不會(huì)如此順利的完成，也不會(huì)在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中有如此多的收獲，在此我表示衷心的感激！</p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中得到過(guò)很多的幫助與支持，在此對(duì)他們表示忠心的感謝！感謝我們?cè)O(shè)計(jì)小組的XX等同學(xué)給予過(guò)我的很大的幫助才讓

93、我順利地完成此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　最后，衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的專(zhuān)家教授與老師們。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 尹念東等．“基于分布式虛擬技術(shù)的汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)的研究”申報(bào)材料（湖北省科技攻關(guān)項(xiàng)目，編號(hào)：2004AA105B04）</p><p

94、>　　2 汽車(chē)工程手冊(cè)編寫(xiě)組．汽車(chē)工程手冊(cè)（設(shè)計(jì)篇）．人民交通出版社，2001年第1版</p><p>　　3 陳家瑞等．汽車(chē)構(gòu)造（第3版）．人民交通出版社</p><p>　　4 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　5 謝志萍主編．傳感器與檢測(cè)技術(shù)．電子工業(yè)出版社，2004年第1版</p><p>　　6 Op

95、enGVS Programming Guide (Version 4.4)．U.S.A：Quantum3D Inc.，2001</p><p>　　7 MultiGen-Paradigm Inc.．MultiGen Creator User′s Guide (Version 3.0)．U.S.A：MultiGen-Paradigm Inc.，2004</p><p>　　8 中華人民共

96、和國(guó)交通部．中華人民共和國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員培訓(xùn)教學(xué)大綱．北京：民交通出版社，2004</p><p>　　9 陳定方等．分布式虛擬駕駛模擬器研究．系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005年第2期，347-350</p><p>　　10 曾建超， 俞志和．虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)及其應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社， 1996.</p><p>　　11 魏明等．駕駛訓(xùn)練模擬器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)．計(jì)算機(jī)仿真