智能差速器锁止系统设计说明书.docx

1、智能差速器锁止系统设计说明书智能差速器锁止系统设计说明书浙江理工大学 金鑫 任明一 设计背景：当今市面上，随着汽车的普及，人们对汽车的性能要求也越来越高，比如说汽车的安全性，以及汽车在较差路况上的通行能力，这些都是人们在选购汽车时首要考虑的因素。就这次罕见大雪的影响来说，可谓是对汽车通行能力的一个严格考验。有差速锁止系统以及全时四轮驱动系统的汽车来说，可以说是得心应手，操控型还是不错的，而对那些只安装普通差速器的汽车来说，可以把“趴窝”当成家常便饭了，而且其在冰雪路面上简直是在滑旱冰。这就体现了差速锁止系统在恶劣情况下的重要性了。 而我们如今用得最多的差速器，是结构最为简单的、性能比较可靠的对

2、称式齿轮差速器，这种差速器的广泛使用，是因为其比较经济，以及以后的维修比较便利，这就使得现在在路上跑的车上所安装的差速器几乎都是这种形式的，这种差速器功能较简单，在好的路面上也算游刃有余，可在有些恶劣情况下就不能适应了。当遇到左右或前后驱动轮与路面之间的附着条件相差较大的情况时，简单的对称齿轮式差速器将不能得到足够的驱动力，此时，只是附着较差的驱动轮高速滑转而汽车却不能前进，故需要解决此种情况的汽车应当采用防（限）滑差速器，而如今技术较为成熟的也只是几种半自动的或机械摩檫形式的锁止机构，他们的结构往往比较复杂，而且在价格上相对较高，不是一般消费者所能接受的，故只在有些高档车上才有使用。这时，我

3、们就萌发了设计智能差速器锁止系统的想法。目前，后轮驱动的汽车上广泛使用的差速器如图所示：当两侧的车轮以相同的转速转动时，行星齿轮绕半轴轴线转动公转，若两侧车轮阻力不同，则行星齿轮在作上述公转的同时，还将绕着自身轴线转动自转，因此，两半轴齿轮带动两侧的车轮以不同的转速转动。微型以及部分轻型载货汽车和大部分轿车的车桥，因主减速器输出转矩不大，故可用两个行星齿轮。因此，行星齿轮轴相应为一根直销轴，差速器壳也不必分成两部分，而制成整体式的，其前后两侧都开有大窗孔，以便拆装行星齿轮和半轴齿轮。现如今的差速器绝大部分是以这两种为模型，再经过适当的改进或附加一些新颖的功能，而所谓的防（限）滑差速器，一般都要

4、经过结构上的改进，属于技术垄断型，往往给用户带来较高的后续维修费用，广泛使用的可能性很小。因此，可不可以设计一种仅在现有使用的手动锁止差速器上经过适当改进就可以投入使用的智能锁止式差速器？我们知道差速器在差速的时候，靠的是行星齿轮的转动而实现两个轮子之间的差速，而我们如今设想已有一种装置可以将差速器锁止的机构，而我们如今所要做的只是如何判断两个轮子的转速不同，测知轮速后，经过计算和处理，得出此时车轮是在正常行驶状态，转弯状态，还是在滑转状态，此时再由单片机给出一个相关动作信号，促使差速器此时是要锁止还是释放，这样就可以实现差速器的智能控制了，而不像以前有的那种要通过手按按钮来实现这些操作，而且

5、以前的那种如果有误操作的话，将给用户带来难以预料的后果。二 设计目的：现在所用的差速器锁死机构大多才采用手动操作，这使驾驶者在使用过程中不可避免的容易出现误操作等人为事故。智能差速器锁止系统能自行实现差速器的锁死，使驾驶者在外出游玩时不至于因为汽车在郊外的通过性差而影响本来好的心情。也给人们提供了更好的游乐工具。三 作品简介： 3.1 作品名称：智能差速器锁止系统 3.2 作品功能： 车速自动检测 差速器自动锁止 提高汽车通行性能 3.3 作品特点： 自动检测 智能化判断路旷锁止差速器，避免人为故障 安全、可靠3.4 作品创新性 较手动操作的锁止差速器，具有智能化。四 技术实现4.1总体设计：

6、 智能差速器锁止系统由转速传感器、模数转换器、微处理器和执行部件构成，其独特之处在于：它摒弃了原有手动差速器锁止机构的缺点（误操作以及忘记复位等因素而造成车辆的意外损毁），它通过实时四轮轮速传感器测知各车轮的轮速，并通过微处理器的数据处理来判断汽车的运行状态，并通过软件控制驱动电路中的继电器闭和合来控制原手动差速器锁止系统中的开关部件，以此实现智能锁止功能，提高汽车在恶劣条件下的通过性，使汽车始终在最佳运行状态下运行。结构图如下： 4.2 硬件电路原理与设计 硬件电路由转速传感器模块，电压/频率转换器模块，A/D转换模块，单片机及外围电路模块，驱动电路模块构成。4.2.1 转速传感器 车轮转速

7、传感器通常是电磁感应式转速传感器，目前也有霍尔效应式车轮转速传感器，传感器功用是检测车轮的转速，并把转速信号转化为数字信号，然后送到微处理器，它安装在随车轮或驱动轮轴旋转的齿圈处，并与齿圈对准。这时齿轮的作用相当于一个集磁器，当齿圈处于图1-1a所示状态时，磁力线分散穿过霍尔元件的磁场相对较弱，当齿圈处于图1-1b 1-1a1-1示状态时，磁力线密集，穿过霍尔元件的磁场较强，引起霍尔电压的变化，通过齿轮的运动，霍尔元件输出的mv级的准正弦电压，若要将它变换为标准TTL脉冲电压，须通过放大，整形电路，以及相关调理电路来实现. 4.2.2 电压/频率转换器（V/F）V/F实现A/D结构框图频率计数

8、器计数算法如下：f=D/T D是计数器 T是计数时间T=Ds/Fs Ds是定时计数器计数初值 Fs是基准频率故F=D*Fs/Ds定时/计数器可用单片机内部定时/计数器，也可用外接计数器，用单片机把计数值取入内存即可进行数据处理，故知道了D值就可以通过计算求得V/F转换器输出频率4.2.3 单片机处理系统：微处理器则选用当今较为流行的51系列单片机，此系列单片机具有稳定性高，价格低廉，实用性强，在自动化控制、国防工业、以及家用电器上到处可见其踪影。本电路中所使用的是89S52单片微处理器，其外形如图所示:单片机上电复位和按钮复位电路：4.2.4 执行驱动电路：继电器J由晶体管9013驱动，901

9、3可以提供高达300mA的驱动电流，适用于继电器线圈工作电流小于300mA的场合，在所设计的电路中，选用此电路比较合适，也留了一定的余量，这样工作的可靠性将更高。Vc电压范围为6-30v。光电耦合器使用TIL117，TIL117具有较高的电流传输比，最小值为50%，晶体管电流放大倍数大于50，当继电器线圈工作电流为300mA时，光电耦合器需要输出大于6.8mA的电流，其中9013基极对地电阻分流约为0.8mA，输入光电耦合器的电流必须大于13.6mA，才能保证行继电器提供300mA的电流，故光电耦合器的输入电流由7407来提供 ，电流约为20mA ，二极管的作用是保护晶体管，当继电器吸合时，二

10、极管截止，不影响电路工作，继电器释放时，由于继电器线圈存在电感，这时晶体管已经截止，所以会在线圈两端产生较高的感应电压，这个感应电压极性是上负下正，正端节在晶体管的集电极上，当感应电压与Vc之和大于晶体管的集电极的反向耐压时，晶体管就可能损坏，加上二极管后，继电器线圈产生的感应电流由二极管流过，因此不会产生很高的感应电压，晶体管得到保护，提高了整个电路可靠性。电路图如图所示：4.3 软件设计4.3.1 设计语言简介 目前较常用的51系列单片机开发语言有汇编语言和C51语言。汇编语言相当精简，可靠，因此本设计采用汇编语言设计。4.3.2 程序流程图4.3.3 程序体框架MOV RO #DATA1

11、 MOV R1 #DATA2MOV R2 #DATA3MOV R3 #DATA4 ；读取各端口送来转速数据MOV R4 06H ；将误差值放入寄存器MOV R5 0AH ；将门限值放入寄存器MOV A,RO SUBB A,R2 ；将左前与左后轮速作比较JNC NT1 CPL AINC ANT1: ；与误差值相比较 MOV R0,ASUBB A,R4JC N1MOV A,R0SUBB A,R5JNC N2JMP NEXT N1: MOV A,R1SUBB A,R3JNC NT2CPL AINC ANT2: MOV R1,ASUBB A,R4JC N2MOV A,R1SUBB A,R5 ；与门限值

12、比较JNC N2JMP NEXTNEXT:MOV A,P0 ；输出锁止信号SUBB A,#DATA5JZ NP1 JMP ENPPN2:MOV A,#DATA6MOV P0,ANP1: ；释放锁止MOV A,#DATA7MOV P1,AENPP:END五 可行性分析：在人们生活条件的日益改善的今天，车已经成为人们出行的主要交通工具之一。而随着日益强化的道路建设，车辆已不仅仅局限于在城市里行车，越来越多的城市人向往亲近大自然，而车是他们实现这一梦想的重要工具，通过调查发现超过60%（调查表如下图所示）的有车人群把车作为郊游的工具。这就对车辆的提出了更高的行驶要求。智能差速器锁止系统则能提高车辆的

13、性能，在车辆陷入泥泞的时候能更易脱离。较原有的手动锁止具有了自动化的特点，避免了人为带来的缺陷，提高了车辆的安全性！ 外出郊游使用工具比例图：六 总结： 本次大赛中，我们通过对汽车使用情况的调查、分析选择设计智能差速器锁止系统。在设计的过程中充分发挥了团队的创新思维，以及在学院老师的引导下，成功设计了智能差速器锁止系统。本系统使差速器具有了自行检测，自动锁止差速器的功能，避免了人为手动操作带来的差错。通过该系统的设计，不仅使我们扩大了自己的知识面，同时把自己所学习的知识运用到了实际当中，这个点是在课堂中所无法取得的，还锻炼了我们的团队协作能力，发现问题解决问题的能力。使我们的创新和实践能力有了一次提升，对此，我们感谢潍柴公司能给我们提供了这么一次机会。七 参考文献： 1 单片机原理及其借口技术 清华大学出版社 胡汉才编著 第二版 2 单片微机系统实用教程 机械工业出版社 蒋力培 曹建树 付小美 3 8051单片机彻底研究实习篇 人民邮电出版社 林伸茂 官继斌 白雁钧 4 汽车电器与电子技术 机械工业出版社 孙仁云 付百学 5 汽车构造 机械工业出版社 吉林大学 陈家瑞 第二版