《基于GPS導(dǎo)航的自主行駛智能車模型設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于GPS導(dǎo)航的自主行駛智能車模型設(shè)計(jì)（85頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目基于GPS導(dǎo)航的自主行駛智能車模型設(shè)計(jì)院系名稱機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)機(jī)電112姓名卞用方學(xué)號(hào)2011022508指導(dǎo)教師林海鵬職稱副教授2015年6月24日黑龍江科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名卞用方任務(wù)下達(dá)日期2014年12月8日設(shè)計(jì)開題日期2015年4月8日設(shè)計(jì)開始日期2015年4月9日中期檢查日期2015年5月13日設(shè)計(jì)完成日期2015年6月24日一、一般部分設(shè)計(jì)題目基于GPS導(dǎo)航的自主行駛智能車模型設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容主要完成基于GPS導(dǎo)航的自主行駛智能車模型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和減速器機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、硬件和軟件設(shè)計(jì)。三、設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)一輛模型四驅(qū)越野車結(jié)構(gòu)，尺寸約為500MM

2、300MM150MM，重量不超過(guò)3KG，能夠在較復(fù)雜路面行駛，行駛速度15M/S，通過(guò)GPS衛(wèi)星進(jìn)行自主導(dǎo)航行駛。指導(dǎo)教師院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)2015年12月6日黑龍江科技大學(xué)開題答辯及綜合評(píng)定書對(duì)調(diào)研報(bào)告評(píng)閱意見（10分）對(duì)可行性論證報(bào)告評(píng)閱意見（20）開題答辯委員會(huì)審核意見組長(zhǎng)簽字成員簽字年月日黑龍江科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合評(píng)定書指導(dǎo)教師評(píng)閱意見（10分）評(píng)閱成績(jī)指導(dǎo)教師簽字年月日審閱教師評(píng)閱意見（10分）答辯時(shí)準(zhǔn)備提出的問(wèn)題評(píng)閱成績(jī)審閱教師簽字年月日答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)（50分）答辯成績(jī)答辯委員會(huì)主任簽字副主任簽字答辯委員會(huì)委員簽字年月日開題成績(jī)（30分）評(píng)閱成績(jī)（10分）審閱成績(jī)（10分）答辯成績(jī)（

3、50分）綜合成績(jī)綜合評(píng)定本科畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要隨著世界科技與軍事發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。智能設(shè)備越來(lái)越在人類生活、工作等領(lǐng)域承擔(dān)重要角色，其中智能車輛自主駕駛技術(shù)興起之后，人們對(duì)智能車的關(guān)注度越來(lái)越高。本文對(duì)基于GPS導(dǎo)航的自主行駛智能車設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了探討，設(shè)計(jì)主要針對(duì)機(jī)械部分、硬件部分和軟件部分三個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和元件的選型。其中機(jī)械部分設(shè)計(jì)了一套四驅(qū)越野車模型，硬件部分以AVRATMEGA2560芯片作為處理器，搭配GPS模塊、傳感器模塊、電源模塊等。軟件部分采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫，分別對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行了算法設(shè)計(jì)及程序的編寫，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)自主行駛智能車模型的控制。關(guān)鍵詞智能車；GPS

4、導(dǎo)航；AVR單片機(jī)；導(dǎo)航算法本科畢業(yè)設(shè)計(jì)ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,ASWELLASMILITARYAROUNDTHEWORLD,MOBILEROBOTTECHNOLOGYHASACHIEVEDASTOUNDINGADVANCESINTELLIGENTDEVICESAREPLAYINGANINCREASINGLYIMPORTANTROLEINOURDAILYLIFEANDWORK,ANDOTHERFIELDSAMONGTHEM,AFTERTHEEMERGENCEOFAUTONOMOUSDRIVINGTECHNOLOGYOFI

5、NTELLIGENTVEHICLE,PEOPLEAREPAYINGMOREANDMOREATTENTIONTOINTELLIGENTVEHICLESTHEPAPEREXPLORESTHEDESIGNSCHEMEOFAUTONOMOUSDRIVINGINTELLIGENTVEHICLEWITHGPSNAVIGATIONTHEDESIGNMAINLYFOCUSESONTHREEPARTS,NAMELY,MECHANICALPART,HARDWAREPART,ANDSOFTWAREPART,INCLUDINGDESIGNCALCULATIONANDCOMPONENTSSELECTIONAMONGTH

6、EM,THEMECHANICALPARTDESIGNSAFOURWHEELDRIVESUVMODELTHEHARDWAREPARTSELECTSAVRATMEGA2560CHIPASTHEPROCESSOR,COMPLETEWITHGPSMODULE,SENSORMODULEANDPOWERMODULE,ETCTHESOFTWAREPARTISPROGRAMMEDBYCLANGUAGEALGORITHMDESIGNANDPROGRAMMINGARECONDUCTEDFOREACHMODULEEVENTUALLY,ITREALIZESCONTROLOFTHEAUTONOMOUSDRIVINGIN

7、TELLIGENTVEHICLEMODELKEYWORDSINTELLIGENTVEHICLEGPSNAVIGATIONAVRSINGLECHIPNAVIGATIONALGORITHM本科畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄摘要ABSTRACT第一部分調(diào)研報(bào)告111學(xué)生教師簡(jiǎn)介112調(diào)研實(shí)證113畢業(yè)設(shè)計(jì)背景2131車輛導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀2132智能車發(fā)展現(xiàn)狀314企業(yè)概況415調(diào)研分析416結(jié)論5參考文獻(xiàn)6第二部分可行性論證報(bào)告721設(shè)計(jì)目的722方案論證7221發(fā)動(dòng)機(jī)類型選擇8222電池類型選擇9223傳動(dòng)方案選擇1023最終設(shè)計(jì)方案11參考文獻(xiàn)12第三部分畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書1331電動(dòng)機(jī)選擇13311電動(dòng)機(jī)類型選擇1

8、3312電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算13313電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算14本科畢業(yè)設(shè)計(jì)32計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比15321車輛總傳動(dòng)比的計(jì)算15322傳動(dòng)比的分配1533運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算16331各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算16322各軸功率的計(jì)算16322各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算1634齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算17341圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算17342錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算2235傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)和選擇25351萬(wàn)向聯(lián)軸器樣式選擇25352傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)26353轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)26第四部分智能車硬件設(shè)計(jì)2941系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案29411ATMEGA256016U單片機(jī)介紹29412ATMEGA256016U最小系統(tǒng)30412ATMEGA25601

9、6U最小系統(tǒng)30413I2C總線接口31414RS232C串口總線接口32415USB接口3342ATKNEO6MGPS模塊3343GY8610DOF傳感器模塊35431HMC5883L磁場(chǎng)傳感器35432MPU6050六軸陀螺儀36第五部分智能車軟件設(shè)計(jì)3851導(dǎo)航算法設(shè)計(jì)38511導(dǎo)航原理38512程序流程圖40513相關(guān)代碼40本科畢業(yè)設(shè)計(jì)52GPS程序設(shè)計(jì)42521NMEA0183協(xié)議42522程序流程圖45523相關(guān)代碼4553六軸陀螺儀程序設(shè)計(jì)47531基本原理47532程序流程圖50533相關(guān)代碼5154磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器程序設(shè)計(jì)52541基本原理52542程序流程圖56543相關(guān)代

10、碼5755舵機(jī)控制程序設(shè)計(jì)61551基本原理61552程序流程圖63553相關(guān)代碼63結(jié)論66致謝67參考文獻(xiàn)68本科畢業(yè)設(shè)計(jì)CONTENTS摘要ABSTRACT1RESEARCHREPORT111THEINTRODUCTIONOFSTUDENTSANDTEACHERS112EXAMINEOBJECTEVIDENCE113GRADUATIONDESIGNBACKGROUND2131CURRENTSITUATIONOFTHEDEVELOPMENTOFVEHICLENAVIGATIONSYSTEM2132THECURRENTSITUATIONOFTHEDEVELOPMENTOFINTELLIGEN

11、TVEHICLES314COMPANYPROFILE415RESEARCHANALYSIS416CONCLUSION5REFERENCE62FEASIBILITYREPORT721DESIGNGOAL722PORJECTAPPROACHMENT7221THEENGINETYPESELECTION8222THEBATTERYTYPESELECTION9223TRANSMISSIONSCHEMESELECTION1023THEFINALDESIGNSCHEME11REFERENCE123GRADUATIONDESIGNCALCULATION1331MOTORSELECTION13311MOTORT

12、YPESELECTION13312CALCULATIONOFMOTORPOWER13313THECALCULATIONOFMOTORSPEED1432CALCULATETHETOTALTRANSMISSIONRATIOANDDISTRIBUTIONRATIOATALLLEVELS15321THECALCULATIONOFGROSSVEHICLETRANSMISSIONRATIO15本科畢業(yè)設(shè)計(jì)322THEDISTRIBUTIONOFTHEVELOCITYRATIO1533THECALCULATIONOFMOTIONPARAMETERSANDDYNAMICPARAMETERS16331THECA

13、LCULATIONOFTHESHAFTSPEED16322THECALCULATIONOFTHESHAFTPOWER16322THECALCULATIONOFTHESHAFTTORQUE1634GEARTRANSMISSIONDESIGNANDCALCULATION17341CYLINDRICALGEARTRANSMISSIONDESIGNANDCALCULATION17342BEVELGEARTRANSMISSIONDESIGNANDCALCULATION2235THESHAFTDESIGNANDSELECTION25351UNIVERSALCOUPLINGSTYLECHOICE25352D

14、ESIGNOFTHESHAFT26353STEERINGMECHANISMDESIGN264SMARTCARHARDWAREDESIGN2941THESYSTEMHARDWAREDESIGN29411ATMEGA256016UCHIPINTRODUCTION29412ATMEGA256016UMINIMUMSYSTEM30413I2CBUS31414RS232CBUS32415USBPORT3342ATKNEO6MGPSMODULE3343GY8610DOFSENSORMODULE35431HMC5883LCOMPASSSENSOR35432MPU6050GYRO365SMARTCARSOFT

15、WAREDESIGN3851NAVIGATIONALGORITHMDESIGN38511NAVIGATIONPRINCIPLE38512PROGRAMFLOWCHART40513REFERENCECODE4052THEGPSPROGRAMDESIGN42521NMEA0183AGREEMENT42522PROGRAMFLOWCHART45本科畢業(yè)設(shè)計(jì)523REFERENCECODE4553SIXAXISOFGYROSCOPEPROGRAMDESIGN47531FUNDAMENTAL47532PROGRAMFLOWCHART50533REFERENCECODE5154THEINTENSITYOF

16、MAGNETICFIELDSENSORSPROGRAMDESIGN52541FUNDAMENTAL52542PROGRAMFLOWCHART56543REFERENCECODE5755THESTEERINGGEARCONTROLPROGRAMDESIGN61551FUNDAMENTAL61552PROGRAMFLOWCHART63553REFERENCECODE63CONCLUSION66THANKS67REFERENCE68本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1第一部分調(diào)研報(bào)告11學(xué)生、教師簡(jiǎn)介表11學(xué)生簡(jiǎn)介姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)卞用方機(jī)械電子工程機(jī)電1122011022508表12指導(dǎo)教師簡(jiǎn)介姓名工作單位職稱學(xué)校導(dǎo)師林

17、海鵬黑龍江科技大學(xué)副教授企業(yè)導(dǎo)師陳發(fā)展道通智能航空工程師12調(diào)研實(shí)證圖11在深圳道通科技有限公司實(shí)習(xí)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)213畢業(yè)設(shè)計(jì)背景畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于GPS導(dǎo)航的自主行駛智能車模型設(shè)計(jì)隨著世界科技與軍事發(fā)展，以及電子計(jì)算機(jī)，控制理論，人工智能等學(xué)科的長(zhǎng)足進(jìn)步，移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。特別是在我們賴以生存的陸地上，無(wú)人設(shè)備的研究十分廣泛，自主行駛智能車屬于陸地移動(dòng)機(jī)器人的一種，目前也是全世界研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)如今在航天領(lǐng)域，人類登陸地外行星已不是難事，而智能車可以在外星球進(jìn)行勘探，采集樣本，采礦等工作；在軍事領(lǐng)域，智能車可以代替士兵在高位地區(qū)完成偵查，救援，排雷等任務(wù)；在民用方面，自動(dòng)或輔助

18、駕駛可以減少駕駛員的工作量，避免疲勞駕駛，從而可以減少交通事故。智能車還可以讓殘疾人擁有自己的汽車，幫助他們自由行動(dòng)。由此看來(lái)無(wú)論從人類科技的發(fā)展，軍事或者民用領(lǐng)域上自主無(wú)人車研究都是大勢(shì)所趨。1131車輛導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀目前，車輛導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)比較成熟，尤其以美國(guó)發(fā)展最為先進(jìn)，相對(duì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家都已經(jīng)建立自己的ITS（INTELLIGENTTRANSPORTSYSTEM），我國(guó)智能交通系統(tǒng)發(fā)展在二十世紀(jì)九十年代，目前我國(guó)政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)也高度重視ITS的發(fā)展和建立，同時(shí)也設(shè)立了自己的ITS機(jī)構(gòu)2。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要有有美國(guó)的全球定位系統(tǒng)GPS（GLOBALPOSITIONINGSYSTE

19、M）、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS（GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM、歐盟的伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)GALILEO（GALILEOSATELLITENAVIGATIONSYSTEM）和我國(guó)自主研發(fā)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BDS（BEIDOUNAVIGATIONSATELLITESYSTEM）。對(duì)于GPS系統(tǒng)而言，美國(guó)已經(jīng)制定出到2020年GPS的現(xiàn)代化規(guī)劃。目前全球約有2000萬(wàn)人在使用定位系統(tǒng)GPS來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航。代表當(dāng)今世界先進(jìn)水平本科畢業(yè)設(shè)計(jì)3的美國(guó)GPS導(dǎo)航衛(wèi)星有效載荷技術(shù)，已從第一代GPSBLOCK1衛(wèi)星發(fā)展到第二代的BLOCK2/2A、第三代的BLOCK2R、第四代

20、的BLOCK2F和正在計(jì)劃的第五代GPS3衛(wèi)星有效載荷技術(shù)。目前，美空軍已完成GPS3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與需求定義、需求分析研究、操作概念模式研究及通信網(wǎng)絡(luò)與星間鏈路論證等工作，并開發(fā)了一套性能強(qiáng)大的集成GPS仿真系統(tǒng)（IGPSS）軟件，進(jìn)行星座設(shè)計(jì)與系統(tǒng)性能分析3。132智能車發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)于智能車發(fā)展?fàn)顩r而言，美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DEFENSEAVANCEDRESEARCHPROJECTSAGENCY,DARPA）主辦的無(wú)人智能車挑戰(zhàn)賽，極大地推動(dòng)了無(wú)人駕駛汽車及相關(guān)技術(shù)在世界范圍內(nèi)的發(fā)展。谷歌公司的無(wú)人駕駛車是目前在真實(shí)交通環(huán)境中累積行駛里程最長(zhǎng)的無(wú)人駕駛車，這個(gè)項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者是來(lái)自斯坦福大學(xué)人工智

21、能實(shí)驗(yàn)室的SEBASTIANTHRUN，也是在他的帶領(lǐng)下斯坦福大學(xué)開發(fā)的無(wú)人智能車STANLEY在2005年DARPAGRANDCHALLENGE比賽中勇奪冠軍456。圖12谷歌公司研發(fā)的無(wú)人駕駛汽車國(guó)內(nèi)，由國(guó)家自然科學(xué)基金委主辦了“中國(guó)智能車未來(lái)挑戰(zhàn)賽”，積極促進(jìn)國(guó)內(nèi)各大高校與研究機(jī)構(gòu)對(duì)無(wú)人駕駛汽車的研發(fā)。國(guó)防科技大學(xué)研制的紅旗HQ3無(wú)人駕駛汽車有長(zhǎng)沙自主行駛至武漢，行車286公里，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)無(wú)人駕駛汽車的行駛里程的記錄78。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)414企業(yè)概況此次調(diào)查的道通智能航空有限公司是一家新興的無(wú)人機(jī)研發(fā)型企業(yè)，研發(fā)了包括VINTUREII、XSTAR3等自主飛行無(wú)人機(jī)，主要針對(duì)歐美市場(chǎng)進(jìn)行銷

22、售，在最近的美國(guó)拉斯維加斯CES2015INTERNATIONALCONSUMERELECTRONICS國(guó)際消費(fèi)電子產(chǎn)品展覽會(huì)上廣受好評(píng)。15調(diào)研分析由于無(wú)人機(jī)與智能車在導(dǎo)航算法和傳感器硬件等具有相似性，因此在公司實(shí)習(xí)期間，作為無(wú)人機(jī)測(cè)試人員，對(duì)GPS自主控制導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了深入的了解。目前小型智能設(shè)備在遠(yuǎn)距離自主運(yùn)動(dòng)控制中，分為慣性導(dǎo)航和GPS導(dǎo)航兩種算法。其中慣性導(dǎo)航作為早期導(dǎo)航算法應(yīng)用于導(dǎo)彈控制、火箭發(fā)射等，但是由于慣性導(dǎo)航對(duì)傳感器精度和控制算法要求較高，并且作為一種開環(huán)控制方式，誤差容易積累，因此目前廣泛使用GPS搭配地磁傳感器的方式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。目前，無(wú)人駕駛智能汽車的研發(fā)水平，美、德兩國(guó)

23、最為先進(jìn)，中國(guó)起步較晚，道路狀況復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用中還需突破更多的技術(shù)障礙。制約我國(guó)無(wú)人駕駛智能汽車發(fā)展的因素主要有1市場(chǎng)投入。據(jù)了解，國(guó)外無(wú)人駕駛智能汽車的研發(fā)依靠大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)投入，路面測(cè)試充分；而中國(guó)的研發(fā)與市場(chǎng)結(jié)合不僅，路面實(shí)驗(yàn)不是很充分。2感知準(zhǔn)確度。目前我國(guó)無(wú)人駕駛智能汽車在高性能傳感器技術(shù)和復(fù)雜環(huán)境感知技術(shù)等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的距離。以谷歌無(wú)人駕駛智能汽車為例，它以谷歌街景提供的精細(xì)3D地圖數(shù)據(jù)感知與識(shí)別目標(biāo)，識(shí)別難度低而且處理速度快，而我國(guó)的無(wú)人駕駛車輛僅依靠所搭載的攝像機(jī)等傳感器來(lái)完成自然環(huán)境感知。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)53成本有待下降。感知準(zhǔn)確度的提高必須依賴昂貴的傳感器，例如，目

24、前我國(guó)研制的無(wú)人駕駛智能汽車的激光雷達(dá)都是進(jìn)口的，國(guó)內(nèi)并沒(méi)有自主研發(fā)出替代產(chǎn)品。這就使得成本上升，不利于商業(yè)化推廣。4法律責(zé)任。無(wú)人駕駛智能汽車發(fā)生事故的法律責(zé)任需要界定；無(wú)人駕駛車安全設(shè)計(jì)原理以保護(hù)車內(nèi)乘客為優(yōu)先選擇，而這可能會(huì)對(duì)行人的安全造成更大的隱患。5外觀設(shè)計(jì)。無(wú)人駕駛智能汽車外觀上要解決儀器隱蔽的問(wèn)題。6電腦系統(tǒng)安全性。無(wú)人駕駛智能汽車運(yùn)行高度依賴行車電腦，一旦受到病毒入侵或是遠(yuǎn)程控制，后果不堪設(shè)想。16結(jié)論隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來(lái)越受關(guān)注。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，結(jié)合科研題目，采用處理速度較為快速的AVRATMEGA2560作為控制核心，可以應(yīng)用在機(jī)器人，

25、無(wú)人飛行器等領(lǐng)域。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)6參考文獻(xiàn)1紀(jì)超基于ARM的無(wú)人車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D西安西安工業(yè)大學(xué)20135102張其善，吳今培，楊東凱智能車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用M北京科學(xué)出版社,20021253ANTONIOUMICHAIL，CHERNIAKOVMIKHAIL，SPACESURFACEBISTATICSYNTHETICAPERTURERADARWITHNAVIGATIONSATELLITETRANSMISSIONLAREVIEWJSCIENCECHINAJUNE2015134URMSON,CHRIS，JANDREWBAGNELL，CHRISTO

26、PHERRBAKER，MARTIALHEBERT，ALONZOKELLY，RAJRAJKUMAR，PAULERYBSKIETALTARTANRACINGAMULTIMODALAPPROCAHTOTHEDARPAURBANCHALLENGE20075MONTEMERLO,MICHAEL,JANBECKER,SUHRIDBHAT,HENDRIKDAHLKAMP,DMITRIDOLGOV,SCOTTETTINGER,DIRKHAEHNELETALJUNIORTHESTANFORDENTRYINTHEURBANCHALLENGEJJOURNALOFFIELDROBOTICS2008，VOL23,NO9

27、,5695976THRUN,SEBASTIAN,MIKEMONTEMERLO,HENDRIKDAHLKAMP,DAVIDSTAVENS,ANDREIARON,JAMESDIEBEL,PHILIPFONGETALSTANLEYTHEROBOTTHATWONTHEDARPAGRANDCHALLENGEJJOURNALOFFIELDROBOTICS,VOL23,NO920066616927孫振平自主駕駛汽車智能控制系統(tǒng)D國(guó)防科技大學(xué)博士學(xué)位論文，20048孫兆斌自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與控制中的增強(qiáng)學(xué)習(xí)方法研究D國(guó)防科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，20109唐有根，李文良鎳氫電池M北京化學(xué)工業(yè)出版社，2007510

28、王大康，盧頌峰機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M北京北京工業(yè)大學(xué)出版社,2009121311深圳市好盈科技有限公司深圳市好盈科技有限公司EB/OL，HTTP/WWWHOBBYWINGCOM/CN/PRODUCT_SHOWASPID308，2015412李振剛,機(jī)械設(shè)計(jì)M,哈爾濱哈爾濱工程大學(xué)出版社,20138本科畢業(yè)設(shè)計(jì)7第二部分可行性論證報(bào)告21設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)一種四驅(qū)越野車結(jié)構(gòu)的智能車機(jī)械結(jié)構(gòu)平臺(tái)，尺寸約為重量不超過(guò)4KG，能夠在較為復(fù)雜的路面上行駛，行M150350駛速度約為15M/S，采用GPS的方式進(jìn)行自主導(dǎo)航行駛。22方案論證221發(fā)動(dòng)機(jī)類型選擇根據(jù)智能車尺寸大小，因此選擇動(dòng)力方式依據(jù)目前市場(chǎng)上可見的

29、RC模型車使用的動(dòng)力方案，RC模型車較為常見動(dòng)力類型有以下三種1汽油動(dòng)力RC模型用二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理與摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理一致，使用9097號(hào)之間的汽油，并混合機(jī)油即可。汽油動(dòng)力有以下優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，行駛時(shí)間長(zhǎng)。缺點(diǎn)調(diào)整復(fù)雜，體積重量大，噪音巨大，有一定危險(xiǎn)性。圖21汽油發(fā)動(dòng)機(jī)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)82甲醇動(dòng)力RC模型甲醇二沖程風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，使用專用合成燃料，以甲醇為主，混合蓖麻油，硝基等化學(xué)物質(zhì)，使用點(diǎn)火器點(diǎn)火，屬于熱火式發(fā)動(dòng)機(jī)。甲醇動(dòng)力有以下優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比體積小，重量輕，轉(zhuǎn)速較高。缺點(diǎn)調(diào)整復(fù)雜，燃料昂貴，噪音更大，并且壽命較短。圖22甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)3電動(dòng)力RC模型用無(wú)刷電機(jī)

30、，以電池作為動(dòng)力，輸出電能到無(wú)刷電機(jī)上，使用電子調(diào)速器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。無(wú)刷電機(jī)具有以下優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)便于調(diào)整，體積小，轉(zhuǎn)速高，噪音小，壽命長(zhǎng)，較為安全。缺點(diǎn)續(xù)航能力弱，控制較為復(fù)雜。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)9圖23無(wú)刷電機(jī)根據(jù)以上優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，在犧牲一定續(xù)航的情況下，選用體積小，噪音小，安全性高的動(dòng)力輸出更為適合，因此選用電動(dòng)力作為動(dòng)力輸出。222電池類型選擇作為無(wú)人車關(guān)鍵部分，動(dòng)力電池對(duì)整車動(dòng)力性，可靠性有重大影響，動(dòng)力電池需要具備能量密度高、輸出功率高、壽命長(zhǎng)、低內(nèi)阻、無(wú)記憶效應(yīng)、可靠性高、成本低等特性。表21常用車動(dòng)力電池參數(shù)和性能比較9電池種類比能量（WH/KG）比功率（W/KG）壽命（次）成本（美

31、元）溫度（）優(yōu)點(diǎn)突出問(wèn)題鉛酸408050080040價(jià)格低，可靠比特性差鎳氫601201000200040比能量高價(jià)格高鋰離子100250600150450比能量高高溫啟動(dòng)根據(jù)表21，較為可行的三種電池分別為鉛酸蓄電池，鎳氫電池，鋰離子電池。1鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池作為動(dòng)力型電池的應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，具有技術(shù)成熟、成本售價(jià)低廉、可靠性好、原材料易得等優(yōu)點(diǎn)，是目前最為常見的一種車用蓄電池。但是鉛酸蓄電池的比能量和比體積都較小，這導(dǎo)致其一次充電的行程短，運(yùn)行效率低。2鎳氫電池鎳氫電池是繼鎳鎘電池之后的新一代高能二次電池。由于它具有高容量、大功率、無(wú)污染等特點(diǎn)而備受人們的青睞，是當(dāng)今二次電池重要的發(fā)展方向之

32、一。但是充放電較為麻煩，自放電現(xiàn)象嚴(yán)重，性能比鋰電池差。3鋰離子電池鋰離子電池是20世紀(jì)開發(fā)成功的新型高能電池，是電池行業(yè)繼鎳氫電池之后的又一次技術(shù)上的重大突破。鋰是金屬中最輕的元素，且標(biāo)準(zhǔn)電極電位為3045V，是金屬元素中電位最負(fù)的一個(gè)元素。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)10與鉛酸電池和鎳氫電池相比，鋰離子電池具有以下優(yōu)點(diǎn)工作電壓高達(dá)每節(jié)32V42V，相當(dāng)于3節(jié)鎳鎘或鎳氫電池串接起來(lái)的電壓值，能減少電池組合體的數(shù)量，從而使因單體電池之間的電壓差所造成的電池故障的概率減少許多，也就是說(shuō)大大延長(zhǎng)了電池組合體的壽命；能量密度高，是鎳氫電池的兩倍，幾乎是鎳鎘電池的153倍；能量效率高，鋰離子電池可達(dá)99以上，遠(yuǎn)高于鎳

33、氫電池5565的平均水平；自放電率小，一般自放電率小于6；循環(huán)壽命長(zhǎng)，可循環(huán)充電1000次以上；無(wú)任何記憶效應(yīng)；不含重金屬及有毒物質(zhì)，不污染環(huán)境，是真正的綠色電源；還可以進(jìn)行大電流充放電。因此選擇鋰離子電池方案更為合適。223傳動(dòng)方案選擇車輛常用兩種傳動(dòng)方案。1皮帶傳動(dòng)1電機(jī)2球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器3軸承4直齒輪5皮帶6車輪圖24皮帶傳動(dòng)方式皮帶傳動(dòng)方式由電機(jī)1帶動(dòng)減速齒4，通過(guò)前后雙皮帶帶動(dòng)輪胎運(yùn)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，行駛速度快，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是皮帶不具有密閉性，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)11容易在行駛過(guò)程中進(jìn)入灰塵，顆粒等物體造成齒輪損壞，并且皮帶容易老化變形，可維護(hù)性差。2軸傳動(dòng)1電機(jī)2球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸

34、器3軸承4直齒輪5皮帶6車輪7錐齒輪圖25軸傳動(dòng)方式軸傳動(dòng)方式先由電機(jī)1帶動(dòng)減速齒4，通過(guò)前后傳動(dòng)軸帶動(dòng)錐齒輪減速齒轉(zhuǎn)動(dòng)，最后帶動(dòng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是密閉性好，傳動(dòng)比大，扭矩大，適合爬坡等復(fù)雜路面。缺點(diǎn)是速度較慢，傳動(dòng)效率低。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，車輛要在一定復(fù)雜路況上行駛，因此在犧牲傳動(dòng)效率的情況下，選擇軸傳動(dòng)方式更合適。23最終設(shè)計(jì)方案通過(guò)上述方案比較，最終確定以鋰離子電池作為動(dòng)力帶動(dòng)電機(jī)，軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖25。控制方式采用AVRATMEGA2560芯片控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向，通過(guò)ATK6MGPS模塊獲取GPS信息和GY86模塊獲取磁場(chǎng)信息。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)12參考文獻(xiàn)1紀(jì)超基于ARM的無(wú)人車GPS導(dǎo)

35、航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D西安西安工業(yè)大學(xué)20135102張其善，吳今培，楊東凱智能車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用M北京科學(xué)出版社,20021253ANTONIOUMICHAIL，CHERNIAKOVMIKHAIL，SPACESURFACEBISTATICSYNTHETICAPERTURERADARWITHNAVIGATIONSATELLITETRANSMISSIONLAREVIEWJSCIENCECHINAJUNE2015134URMSON,CHRIS，JANDREWBAGNELL，CHRISTOPHERRBAKER，MARTIALHEBERT，ALONZOKELLY，RAJRAJKUMAR，PAULER

36、YBSKIETALTARTANRACINGAMULTIMODALAPPROCAHTOTHEDARPAURBANCHALLENGE20075MONTEMERLO,MICHAEL,JANBECKER,SUHRIDBHAT,HENDRIKDAHLKAMP,DMITRIDOLGOV,SCOTTETTINGER,DIRKHAEHNELETALJUNIORTHESTANFORDENTRYINTHEURBANCHALLENGEJJOURNALOFFIELDROBOTICS2008，VOL23,NO9,5695976THRUN,SEBASTIAN,MIKEMONTEMERLO,HENDRIKDAHLKAMP,

37、DAVIDSTAVENS,ANDREIARON,JAMESDIEBEL,PHILIPFONGETALSTANLEYTHEROBOTTHATWONTHEDARPAGRANDCHALLENGEJJOURNALOFFIELDROBOTICS,VOL23,NO920066616927孫振平自主駕駛汽車智能控制系統(tǒng)D國(guó)防科技大學(xué)博士學(xué)位論文，20048孫兆斌自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與控制中的增強(qiáng)學(xué)習(xí)方法研究D國(guó)防科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，20109唐有根，李文良鎳氫電池M北京化學(xué)工業(yè)出版社，2007510王大康，盧頌峰機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M北京北京工業(yè)大學(xué)出版社,2009121311深圳市好盈科技有限公司深圳市好盈科

38、技有限公司EB/OL，HTTP/WWWHOBBYWINGCOM/CN/PRODUCT_SHOWASPID308，2015412李振剛,機(jī)械設(shè)計(jì)M,哈爾濱哈爾濱工程大學(xué)出版社,20138本科畢業(yè)設(shè)計(jì)13第三部分畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書31電動(dòng)機(jī)選擇311電動(dòng)機(jī)類型選擇使用RC模型車廣泛使用的車用無(wú)刷電機(jī)，具有調(diào)速能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。312電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算根據(jù)要求可知車輛重量4KG，常用輪胎直徑為80MM輪胎，計(jì)算車輛在運(yùn)行中所受摩擦力。其中（式31）RMGUF式中車重，4000G；M重力加速度，10M/S；G摩擦系數(shù)，005；U計(jì)算得到車輛運(yùn)行中所受摩擦力，50N。F根據(jù)要求可知車輛行駛速度大

39、約5M/S，計(jì)算車輛功率。其中（式32）VPW式中車輛運(yùn)行中所受摩擦力，50N；F車輛行駛速度，15M/S；V計(jì)算得到車輛功率為。W750W由圖25查得滾動(dòng)軸承4對(duì)，閉式圓柱齒輪1對(duì)，閉式圓錐齒輪4對(duì)，聯(lián)軸器12個(gè)，因此總傳動(dòng)效率計(jì)算式為（式33）2431根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)和摩擦副的效率概率值表10可知本科畢業(yè)設(shè)計(jì)14滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率，098；1閉式圓柱齒輪傳動(dòng)效率，097；2閉式圓錐齒輪傳動(dòng)效率，096；3萬(wàn)向聯(lián)軸器傳動(dòng)效率，098；4計(jì)算總傳動(dòng)效率。60電動(dòng)機(jī)額定功率與車輛實(shí)際功率關(guān)系為（式34）DWP電機(jī)額定功率，420W。DP因此計(jì)算出電動(dòng)機(jī)額定功率為420W。313電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算計(jì)算車輪

40、轉(zhuǎn)速使用公式為（式35）DVNW106式中車輪直徑，80MM；D計(jì)算得到車輪轉(zhuǎn)速為35828R/MIN。計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為（式36）21I（式37）WDN（式38）UP根據(jù)常用減速器類型及特點(diǎn)表可知10一級(jí)圓柱齒輪減速器減速比常用范圍，15；1I一級(jí)錐齒輪減速器減速比常用范圍，13；2電壓，2S電池約為84V，3S電池約為126V；U電機(jī)KV值轉(zhuǎn)速（RPM/V），2S電池約為639786KV，3S電池約PN為426524KV。好盈電機(jī)數(shù)據(jù)11表31好盈電機(jī)數(shù)據(jù)表型號(hào)PNKV（RPM/V）適用鋰電內(nèi)阻最大輸出功率（W）空載電流（A）馬達(dá)級(jí)數(shù)重量（G）主要用途QUICRUN24353040401

41、00014500KV23S0049845015273118和116電本科畢業(yè)設(shè)計(jì)15越/卡車/大腳車?yán)m(xù)表31QUICRUN3656304040200013800KV23S00055420234232110電房/卡車/電越/大腳車QUICRUN4074304040300012000KV23S00065260031439318卡車/大腳車根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率等信息查表31，可知選擇QUICRUN3656電機(jī)更合適。32計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比321車輛總傳動(dòng)比的計(jì)算按照2S電池計(jì)算傳動(dòng)比。車輛總傳動(dòng)比公式為（式39）WMANI（式310）UP式中2S電池電壓，84V；U根據(jù)表31信息，電機(jī)KV值

42、，3800KV；PN計(jì)算得到總傳動(dòng)比為89，電機(jī)轉(zhuǎn)速為31920R/MIN。AIMN322傳動(dòng)比的分配根據(jù)總傳動(dòng)比分配中間圓柱齒輪傳動(dòng)比和前后錐齒輪傳動(dòng)比，查表分配各級(jí)傳動(dòng)比根據(jù)常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能及使用范圍表10，暫取本科畢業(yè)設(shè)計(jì)16，253圓柱齒輪I52錐齒輪I33運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算331各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算如圖25，小齒輪軸I轉(zhuǎn)速等于電機(jī)轉(zhuǎn)速，軸II轉(zhuǎn)速和軸III轉(zhuǎn)速根據(jù)（式311）、（式312）求出MIN/319201RNMI/5482I圓柱齒輪623R錐齒輪332各軸功率的計(jì)算電機(jī)軸W4201DP圓柱齒輪減速器到錐齒輪減速器傳動(dòng)軸38097822412P錐齒輪減速器到車輪7609306

43、43643123車輪W258274434P333各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算根據(jù)功率計(jì)算各軸輸出轉(zhuǎn)矩本科畢業(yè)設(shè)計(jì)17（式311）NPT950各軸輸出轉(zhuǎn)矩為MN1309241611NPT58059262346239733MNN08015946434齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算341圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算由于齒輪減速器傳遞功率不大，根據(jù)表32，大齒輪選擇45號(hào)正火鋼，硬度168127HBS，小齒輪選擇45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，硬度229286HBS，精度等級(jí)8，齒面粗糙度。MRA2361表32齒輪常用材料、熱處理方式及其力學(xué)特性12強(qiáng)度極限屈服極限硬度材料牌號(hào)熱處理方法B/MPAB/MPAHBSHRC（齒面）正火588294169217

44、調(diào)質(zhì)64737322928645表面淬火405035SIMN調(diào)質(zhì)78551022928642SIMN表面淬火4555調(diào)質(zhì)73558822928638SIMNMO表面淬火4555調(diào)質(zhì)73553924128640CR表面淬火485538CRMOA1A調(diào)質(zhì)890834229氮化HV85020CR滲碳淬火637392566220CRMNTI滲碳淬火10798345662取小齒輪齒數(shù)201Z大齒輪6532I圓柱齒本科畢業(yè)設(shè)計(jì)18由圖8912查得齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，MPAH5901LIM大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限。MPAH4702LIM計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，按照1800小時(shí)計(jì)算911043183

45、960HJLNN91272504圓柱齒I由圖81112查得接觸疲勞壽命系數(shù)1HNK9502HN計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1，安全系數(shù)S1MPASHN35901LIM1KH4672LI2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算小齒輪分度圓直徑TD1（式312）32112HEDTZUT其中試選載荷系數(shù)，13；K小齒輪轉(zhuǎn)矩，130NMM；1T選取齒寬系數(shù)，04；D材料彈性影響系數(shù)，1898；EZMPA區(qū)域系數(shù)，25；H代入較小值，4465MPA；取，325。U圓柱齒I本科畢業(yè)設(shè)計(jì)19數(shù)據(jù)代入得。M7210TD計(jì)算齒寬比（式313）TDB1得出齒寬B429MM。計(jì)算齒寬與齒高之比（式314）1ZDMTT（式31

46、5）TH25（式316）BG得出齒寬與齒高比G355。計(jì)算圓周速度V（式317）106NDVT得出圓周速度，由此查機(jī)械設(shè)計(jì)圖81412查得動(dòng)載荷系數(shù)M/S917V直齒輪，由機(jī)械設(shè)計(jì)表8312查得。351VKFHK251AK根據(jù)表33，8級(jí)精度、小齒輪懸臂布置查得；873H表33接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算用齒輪齒向載荷分布系數(shù)精度等級(jí)小齒輪相對(duì)支撐的布置KHB對(duì)稱KHB111018015B非對(duì)稱KHB111018106015B6懸臂KHB111018167015B對(duì)稱KHB112018023B調(diào)質(zhì)齒輪7非對(duì)稱KHB112018106023B本科畢業(yè)設(shè)計(jì)20懸臂KHB112018167023B8對(duì)稱KHB1

47、15018106031B非對(duì)稱KHB115018106031B調(diào)質(zhì)齒輪8懸臂KHB115018167031B續(xù)表33精度等級(jí)限制條件小齒輪相對(duì)支撐的布置KHB對(duì)稱KHB105026010B非對(duì)稱KHB105026106010BKHB134懸臂KHB105026167010B對(duì)稱KHB099031012B非對(duì)稱KHB099031106012B5KHB134懸臂KHB099031167012B對(duì)稱KHB105026016B非對(duì)稱KHB105026106016BKHB134懸臂KHB105026167016B對(duì)稱KHB10031019B非對(duì)稱KHB10031106019B硬齒面齒輪6KHB134懸臂

48、KHB10031167019B由G355，查圖81912得；873H6F綜上，載荷系數(shù)K為53871352HVA按實(shí)際的載荷系數(shù)校核的分度圓直徑本科畢業(yè)設(shè)計(jì)21（式318）31TTKD求得。M3618D計(jì)算模數(shù)M9203618ZD取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)M07。計(jì)算分度圓直徑、中心距、齒寬M142071ZD562M91A計(jì)算齒寬BM651401DB取，。M5162計(jì)算載荷系數(shù)K125063512FAVA根據(jù)表8612齒形系數(shù)與應(yīng)力校正系數(shù)圓柱小齒輪，；821FAY1SA大齒輪，。6274計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力由圖8812查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；MPA215LIMF本科畢業(yè)設(shè)計(jì)22大齒輪的彎曲疲勞極限。M

49、PA1902LIMF校核公式（式319）FSTNFYKLIM其中彎曲疲勞安全系數(shù)，13；FS彎曲疲勞安全系數(shù)，20；TY由圖81012查得彎曲疲勞壽命系數(shù)FNK8901FNK；920FN得出，。MPA7581FPA85372F校核公式（式320）MBDYKTSAFF11（式321）122SAF得出，。MPA92081FP982F因?yàn)?，所以齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。342錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算材料選用，大齒輪選擇45號(hào)正火鋼，硬度168127HBS，小齒輪選擇45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，硬度229286HBS，精度等級(jí)8；取16Z40521612錐齒輪I計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)9211018980HJLNN本科畢業(yè)設(shè)計(jì)238

50、91210245錐齒IN由圖81112取接觸疲勞壽命系數(shù)，。1HNK952HN由圖8912按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，MPA01LIM大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限。MPAH4702LIM計(jì)算疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1，安全系數(shù)S1（式321）HNSKLIM其中取失效概率為1，安全系數(shù)，1；HS得出，MPA531MPAH5462試算小齒輪分度直徑，代入較小值（式322）3221501850/RRHETIZTKD錐齒輪其中小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩，36949NMM；2T初步選載荷系數(shù),13；TK區(qū)域系數(shù)，25；HZ取齒寬系數(shù)，03；R得出。M941TD計(jì)算圓周速度，同式316，得出。VM/S109V

51、查表8312可知，。251AK計(jì)算齒寬B本科畢業(yè)設(shè)計(jì)24（式323）211UDBTR求得M036B因此齒高M(jìn)22H齒寬與齒高比74G由圖81412查得動(dòng)載荷系數(shù)，；51VK42H因此82HVAK按實(shí)際的載荷系數(shù)校核軸的的分度圓直徑（式324）31TTKD得出M3219D模數(shù)9701Z取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)分度圓直徑為M161ZD4022計(jì)算錐齒距（式325）1221錐齒輪IDR得出錐齒距R2154MM。計(jì)算齒寬M4652130RB本科畢業(yè)設(shè)計(jì)25取齒寬M56B計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件（式326）5018FSAFRTFYBK（式327）TDT21（式328）COSZV（式329）121錐齒輪錐齒輪I（式33

52、0）COS22錐齒輪I（式331）LIMFNS其中，表8612齒形系數(shù)與應(yīng)力校正系數(shù),297,152；1FAYS，表8612齒形系數(shù)與應(yīng)力校正系數(shù),240,117；2，圖8812查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限1LIMF2LI215MPA，190MPA；，由圖81012查得彎曲疲勞壽命系數(shù),089,092；1FNK2取彎曲疲勞安全系數(shù)，13；S求得，因此滿足齒根彎曲強(qiáng)度。1F35傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)和選擇本科畢業(yè)設(shè)計(jì)26351萬(wàn)向聯(lián)軸器樣式選擇萬(wàn)向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實(shí)現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。萬(wàn)向聯(lián)軸器最大的特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)有較大的角向補(bǔ)償能

53、力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高。不同結(jié)構(gòu)型式萬(wàn)向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般在545之間。低扭矩車常用萬(wàn)向節(jié)形式為，傳動(dòng)軸搭配萬(wàn)向節(jié)杯，兩端齒輪箱限位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于更換零件。圖31傳動(dòng)軸和萬(wàn)向節(jié)352傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)軸的材料選擇常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)。初算軸徑根據(jù)表10312查得，取中間值1078C12C計(jì)算孔直徑最小值MNPCD7935498210332MI本科畢業(yè)設(shè)計(jì)27由于軸兩端打孔，因此孔的直徑MDH2最后軸徑為DH7953MIN1軸長(zhǎng)按照車模常用傳動(dòng)軸長(zhǎng)選擇，為84MM、86MM、87MM。353轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)車輛轉(zhuǎn)向完全依靠前方轉(zhuǎn)向杯帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向，因此可以通過(guò)連桿將轉(zhuǎn)向杯旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。

54、圖32轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖32，其中去掉虛約束，活動(dòng)構(gòu)件數(shù)AE為5，低副數(shù)17為7。計(jì)算自由度（式331）HLPNF23其中活動(dòng)構(gòu)件，5；N低副，7；LP高副，0。H本科畢業(yè)設(shè)計(jì)28得出F自由度為1，但是由于車輛在顛簸路面行駛，防止搖臂折斷或脫落，則需要將自由度放寬至3，如圖33。圖33轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖最終機(jī)構(gòu)立體效果圖圖34轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)立體圖本科畢業(yè)設(shè)計(jì)29第四部分智能車硬件設(shè)計(jì)硬件電路是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)，由于整個(gè)系統(tǒng)的所完成的功能和整體的性能在很大程度上依賴于硬件設(shè)計(jì)，所以在課題研究過(guò)程中硬件電路的設(shè)計(jì)占有舉足輕重的地位。41系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案411ATMEGA256016U單片機(jī)介

55、紹核心處理器AVR13；內(nèi)核位數(shù)8位；速度16MHZ；連通性EBI/EMI，I2C，SPI，UART/USART；外圍設(shè)備欠壓檢測(cè)/復(fù)位，POR，PWM，WDT；輸入/輸出數(shù)86；程序存儲(chǔ)器容量256KB256KX8；程序存儲(chǔ)器類型FLASH；EEPROM大小4KX8；RAM容量8KX8；電壓電源VCC/VDD45V55V；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器A/D16X10B；工作溫度4085；封裝/外殼100TQFP,100VQFP。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)30412ATMEGA256016U最小系統(tǒng)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)31圖41ATMEGA256016U最小系統(tǒng)413I2C總線接口由于GY86傳感器模塊采用I2C總線，因此需要使用A

56、TMEGA2560SDA，SCL口。I2C串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上14。為了避免總線信號(hào)的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時(shí)必須是漏極開路（OD）輸出或集電極開路（OC）輸出。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時(shí)鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)，一方面要通過(guò)SCL輸出電路發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，另一方面還要檢測(cè)總線上的SCL電平，以決定什么時(shí)候發(fā)送下一個(gè)時(shí)鐘脈沖電平

57、；作為接受主機(jī)命令的從機(jī)，要按總線上的SCL信號(hào)發(fā)出或接收SDA上的信號(hào)，也可以向SCL線發(fā)出低電平信號(hào)以延長(zhǎng)總線時(shí)鐘信號(hào)周期。總線空閑時(shí)，因各設(shè)備都是開漏輸出，上拉電阻RP使SDA和SCL線都保持高電平。任一設(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號(hào)線變低，也就是說(shuō)各設(shè)備的SDA是“與”關(guān)系，SCL也是“與”關(guān)系?？偩€對(duì)設(shè)備接口電路的制造工藝和電平都沒(méi)有特殊的要求（NMOS、CMOS都可以兼容）。在I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送率可高達(dá)每秒十萬(wàn)位，高速方式時(shí)在每秒四十萬(wàn)位以上。另外，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)以其電容量不超過(guò)400PF為限。總線的運(yùn)行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機(jī)控制。所謂主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動(dòng)

58、信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號(hào)的設(shè)備，通常主機(jī)都是微處理器。被主機(jī)尋訪的設(shè)備稱為從機(jī)。為了進(jìn)行通訊，每個(gè)接到I2C總線的設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)尋訪。主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到從機(jī)，也可以由從機(jī)發(fā)到主機(jī)。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)32I2C總線上允許連接多個(gè)微處理器以及各種外圍設(shè)備，如存儲(chǔ)器、LED及LCD驅(qū)動(dòng)器、A/D及D/A轉(zhuǎn)換器等。為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳送，任一時(shí)刻總線只能由某一臺(tái)主機(jī)控制，各微處理器應(yīng)該在總線空閑時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，為了妥善解決多臺(tái)微處理器同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（總線控制權(quán)）沖

59、突，以及決定由哪一臺(tái)微處理器控制總線的問(wèn)題，I2C總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備。多臺(tái)設(shè)備之間時(shí)鐘信號(hào)的同步過(guò)程稱為同步化15。圖42I2C總線電路414RS232C串口總線接口由于GPS模塊采用串口通信，因此需要ATMEGA2560TXD1RXD1口。RS232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ELECTRONICINDUSTRYASSOCIATION）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接

60、收線及一條地線。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)33RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500PF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150PF/M的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15M；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20M以內(nèi)的通信。具體通訊距離還與通信速率有關(guān)，例如，在9600PBS時(shí)，普通雙絞屏蔽線時(shí)，距離可達(dá)3035米。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)使用和

61、發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)而形成的。所以，以RS232C為主來(lái)討論。RS232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA（電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000B/S范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線功能、電氣特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用1617。415USB接口使用MEGA16U2USB控制器實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)下載和與計(jì)算機(jī)的串口通訊。圖43USB程序下載調(diào)試電路本科畢業(yè)設(shè)計(jì)3442ATKNEO6MGPS

62、模塊GPS模塊用于接收衛(wèi)星定位信號(hào)，計(jì)算出車輛所在位置。本系統(tǒng)采用UBLOX公司的NEO6M模組，模塊自帶高性能無(wú)源陶瓷天線，并自帶可充電后背電池（以支持溫啟動(dòng)或熱啟動(dòng)，后備電池在主電源斷電后，可以維持半小時(shí)左右的GPS接收數(shù)據(jù)保存）。模塊通過(guò)串口與外部系統(tǒng)連接，串口波特率支持4800、9600、38400、57600等不同速率，兼容5V/33V單片機(jī)系統(tǒng)。表41ATKNEO6MGPS參數(shù)表項(xiàng)目說(shuō)明接口特性TTL，兼容33V/5V單片機(jī)系統(tǒng)接收特性50通道，GPSL1（157542MHZ）C/A碼，SBASWAAS/EGNOS/MSAS定位精度25MCEPSBAS20MCEP更新速率最大5HZ

63、捕獲時(shí)間冷啟動(dòng)27S溫啟動(dòng)27S熱啟動(dòng)1S捕獲追蹤靈敏度161DBM通信協(xié)議NMEA（默認(rèn)）/UBXBINARY串口通信波特率4800、9600、38400（默認(rèn)）、57600模塊尺寸255MM31MM本科畢業(yè)設(shè)計(jì)35圖44ATKNEO6MGPS模塊原理圖43GY8610DOF傳感器模塊GY86是多模塊集成模塊，同時(shí)包含了MPU6050六軸陀螺儀模塊，HMC5883L磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器模塊，和MS5611氣壓傳感器模塊。通過(guò)IIC總線連接，本系統(tǒng)僅適用前兩個(gè)模塊。431HMC5883L磁場(chǎng)傳感器霍尼韋爾HMC5883L是一種表面貼裝的高集成模塊，并帶有數(shù)字接口的弱磁傳感器芯片應(yīng)用于低成本羅盤和磁場(chǎng)

64、檢測(cè)領(lǐng)域。HMC5883L包括最先進(jìn)的高分辨率HMC118X系列磁阻傳感器，并附帶霍尼韋爾專利的集成電路包括放大器、自動(dòng)消磁驅(qū)動(dòng)器、偏差校準(zhǔn)、能使羅盤精度控制在12的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)易的IIC系列總線接口。HMC5883L是采用無(wú)鉛表面封裝技術(shù)，帶有16引腳，尺寸為30X30X09MM。HMC5883L的所應(yīng)用領(lǐng)域有手機(jī)、筆記本電腦、消費(fèi)類電子、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)。HMC5883L采用霍尼韋爾各向異性磁阻AMR技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是其他磁傳感器技術(shù)所無(wú)法企及。這些各向異性傳感器具有在軸向高靈敏度和線性高本科畢業(yè)設(shè)計(jì)36精度的特點(diǎn)傳感器帶有的對(duì)于正交軸低敏感行的固相結(jié)構(gòu)能用于測(cè)量地球磁場(chǎng)

65、的方向和大小，其測(cè)量范圍從01高斯到8高斯18。圖43HMC5883L磁場(chǎng)傳感器模塊原理圖432MPU6050六軸陀螺儀MPU6050是全球首例9軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器。它集成了3軸MEMS陀螺儀，3軸MEMS加速度計(jì)，以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器DMP（DIGITALMOTIONPROCESSOR），可用I2C接口連接一個(gè)第三方的數(shù)字傳感器，比如磁力計(jì)。擴(kuò)展之后就可以通過(guò)其I2C或SPI接口輸出一個(gè)9軸的信號(hào)。MPU6050也可以通過(guò)其I2C接口連接非慣性的數(shù)字傳感器，比如壓力傳感器。MPU6050對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)分別用了三個(gè)16位的ADC，將其測(cè)量的模擬量轉(zhuǎn)化為可輸出的數(shù)字量。為了精確跟蹤快速和慢速的運(yùn)動(dòng)，傳感器的測(cè)量范圍都是用戶可控的，陀螺儀可測(cè)范圍為250，500，1000，2000/秒（DPS），加速度計(jì)可測(cè)范圍為2，4，8，16G。一個(gè)片上1024字節(jié)的FIFO，有助于降低系統(tǒng)功耗。和所有設(shè)備寄存器之間的通信采用400KHZ的I2C接口或1MHZ的SPI接口。對(duì)于需要高速傳輸?shù)膽?yīng)用，對(duì)寄存器的讀取