赛马轿车智能电动后视镜开关及控制线路优化设计.docx
《赛马轿车智能电动后视镜开关及控制线路优化设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《赛马轿车智能电动后视镜开关及控制线路优化设计.docx（40页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
赛马轿车智能电动后视镜开关及控制线路优化设计
摘要
汽车后视镜反映汽车后方、侧方和下方的情况，使驾驶者可以间接看清楚这些位置的情况，扩大了驾驶者的视野范围。
汽车后视镜的控制应简单可靠，并且可以依据驾驶员的要求随时进行调节。
此次设计针对机械触点式电动后视镜开关存在缺点，依据赛马轿车电动后视镜的结构进行必要的技术改进。
分析其触点烧蚀的原因，进行电路设计，实现对电动后视镜的控制。
结合单片机的发展及其在汽车上的应用，提出利用单片机控制电动后视镜转动的设计方案。
取消机械触点，并对控制电路进行优化设计以及部分改装，使控制线路简化，从而在保证实现电动后视镜控制，同时减少了原车电路复杂的控制线束。
在不破坏原车结构的同时，便于拆卸与安装，使用控制简单可靠。
具有很好的互换性。
关键词：
电动后视镜；单片机；控制电路；直流电动机；优化设计
ABSTRACT
Motorvehiclerear-viewmirrortoreflecttherear,sideandthebottomofthesituation,sothatdriverscanseeclearlythelocationoftheindirect,expandedthescopeofthevisionofmotorist.Therear-viewmirrorcontrolofthecarshouldbesimpleandreliable,andthedrivercanbebasedontherequestatanytimetoregulatebythedriver.
Thecontactisdesignedaccordingtotheshortcomingsofthemechanical-electricalswitchmirrors,basedonthestructureofthetheracecar’srear-viewmirrorsandcompletenecessarytechnicalimprovements.Analysisofthereasonfortheerosionoftheircontactsandtakethedesignationofthecircuit,sothatfinishtheimplementationofthemanipulationofelectricrearviewmirror.ThenjoinedthedevelopmentofSCMandconsideritsapplicationintheautomobile,andproclaimthedesignationbyusingSCMtocontrolrotatingelectricmirror.Howeverthisdesigncanceledthemechanicalcontactandoptimizethecontrolcircuitdesignandmakesomenewmodifications,inordertosimplifythecontrollines.Inordertoensurethattherealizationsofelectricalcontroloftherear-viewmirroroftheoriginalcaratthesametimeitcanreducethecomplexityofthecontrolcircuitwiringharness.Whilethecardoesnotdestroytheoriginalstructure.Fordemolitionandinstallation,theuseofsimpleandreliablecontrol.Andithasawonderfulinterchangeability.
Keywords：
ElectricRear-viewMirrors；Single-ChipMicrocomputer；ControlCircuits；DelectCurrentMotor；TheOptimizationDesign
第1章绪论
1.1引言
后视镜是汽车必备的安全装置之一,可以分为内后视镜、外后视镜和下后视镜等,本文特指的是位于车门附近的左右后视镜,这两个后视镜主要用来观察道路两侧后方的情况,要求能进行独立调节以满足不同视角的需要。
后视镜的动作是通过直流电动机控制,每个后视镜内装有2个直流电动机来分别控制其水平方向和垂直方向的旋转。
其调节的功能包括:
左后视镜水平方向旋转、左后视镜垂直方向旋转、右后视镜水平方向旋转、右后视镜垂直方向旋转[1]。
还有一个直流电动机是控制折叠和展开的旋转。
1.2研究的目的和意义
目前，赛马轿车电动后视镜开关采用即触点控制方式，在操纵电动后视镜时，经常出现触点烧蚀的现象，给驾驶员带来很多不便，为了解决上述问题，同时实现对汽车电动后视镜的方便控制，设计基于单片机控制技术控制开关。
采用单片机控控制开关后，降低了电动后视镜的故障率，从而降低行车安全事故的发生率，保障了人身安全，通过本次课程设计还能充分发挥我的创新思维，对培养创新思维及科学分析方法也十分有益。
1.3电动后视镜控制发展趋势
随着现代科学技术的发展，越来越多的电子科学技术在汽车上应用。
普通的电动后视镜已经不能满足用户的需求，人们需要电动后视镜具有更多的功能，如自动调节、记忆等。
于是更多的厂家将目光转投向电动后视镜的控制部分，使其具有自动调节、自动回位、记忆等功能。
电动后视镜控制将走向智慧化、人性化。
早期的电动后视镜大多采用机械触点开关，由于接触不良而导致烧蚀的现象经常发生，并且控制反应慢，不准确。
现在，大多数都采用电子芯片进行控制，不仅可以更稳定、可靠的工作，还具有记忆功能。
驾驶员预先调整好适合自己的后视镜位置并存储在相应的控制单元，开车时只需调出即可，免去了反复调节的麻烦。
因此这种具有记忆功能的电动后视镜适合于多个驾驶员不定期的开同一辆车[2]。
1.4设计的流程
现在，大多数驾驶员都不具备专业的汽车维修知识，对于汽车电器的维修知识更是匮乏。
因此，本次设计主要对原有电动后视镜的控制线路进行优化并根据原车位置对开关外型进行设计，使其便于接线、安装。
驾驶员购买后，不必到专门的汽车维修店，只需在家按照说明自己更换。
这样进一步降低了更换后视镜开关的成本。
此次设计的主要原则为依据理论分析进行试验分析，最终方案结果以试验数据为准。
设计思路见如下流程图。
图1.1设计思路流程图
1.5设计的主要内容
设计出基于单片机控制技术的智能电动后视镜开关。
以解决赛马轿车电动后视镜触点烧蚀现象。
通过对原车控制线路的优化设计，简化控制线路。
并进行后视镜开关外型的设计。
通过多方面查找数据，并结合其它典型电动机控制电路特点，完成如下工作：
首先学习单片机知识，进行知识储备，掌握电动后视镜工作原理。
整理设计思路，确定设计路线，拟出多种设计方案，并对设计方案进行比较、分析。
确定出最终方案并进行电路设计，进行实验分析。
确定出最终控制电路并给出电子元器件参数。
然后按照设计方案工作原理进行单片机编程。
最后实际测量赛马轿车电动后视镜控制开关安装位置及安装尺寸，在不改变原车结构的同时进行开关外形设计，利用CAD绘制工程图，利用Protel软件绘制电路图。
第2章赛马轿车电动后视镜及工作原理
2.1电动后视镜结构
电动后视镜的背部都装有两套电动机和驱动器。
可控制其上下及左右运动。
通常垂直方向的运动由一个电动机控制，水平方向倾斜运动由另一个电动机操控。
并且均为永磁型电动机。
如图2.1所示为电动后视镜结构图，它由后视镜、后视镜调整器构成[3]。
图2.1电动后视镜结构图
2.2后视镜功能介绍及其种类
汽车后视镜属于重要安全件，它的镜面、外形和操纵都颇讲究。
后视镜的质量及安装都有相应的行业标准，不能随意。
后视镜以安装位置划分，分为外后视镜、下后视镜和内后视镜。
以用途划分，外后视镜反映汽车后侧方，下后视镜反映汽车前下方，内后视镜反映汽车后方及车内情况。
用途不一样，镜面结构也会有所不同。
一般后视镜镜面主要有两种，一种是平面镜，顾名思义镜面是平的，用术语表述就是“表面曲率半径R无穷大”，这与一般家庭用镜一样，可得到与目视大小相同的映像，这种平面镜常用做内后视镜。
另一种是凸面镜，镜面呈球面状，具有大小不同的曲率半径，它的映像比目视小，但视野范围大，好像相机“广角镜”的作用，这种凸面镜常用做外后视镜和下后视镜。
轿车及其它轻型乘用车一般装配外后视镜和内后视镜，大型商用汽车（大客车和大货车）一般装配外后视镜、下后视镜和内后视镜。
后视镜有一个视界的问题，也就是指镜面所能够反映到的范围。
业界有视界三要素的提法，即驾驶者眼睛与后视镜的距离；后视镜的尺寸大小和后视镜的曲率半径。
这三要素之间具有一定的关系，当后视镜的距离和尺寸相同时，镜面的曲率半径越小，镜面反映的视界越大。
当镜面的曲率半径相同时，镜面的尺寸越大，镜面反映的视界越大。
但是，事物总有两重性，虽然镜面的曲率半径越小视野范围越大，但同时镜面反映的物体变形程度也越大，这有些像“哈哈镜”，往往会造成驾驶者的错觉。
从行车安全的角度出发，有一个映像失真率的问题。
行业标准规定，平面镜的失真率不得大于3%，凸面镜的失真率不得大于7%，要求不能反映有歪曲变形的实物图像。
因此，镜面的曲率半径就有一个限制范围，行业标准规定外后视镜的曲率半径为R1200，内后视镜的曲率半径为无限大（平面镜）。
同时，后视镜也有一个反射率指标。
反射率越大镜面反映的图像越清晰。
反射率的大小与镜内表面反射膜材料有关。
汽车后视镜反射膜一般用银和铝为材料，它们的最小反射率为80%。
高反射率在一些场合会有副作用，例如夜间行车在后面汽车前大灯的照射下，经内后视镜的反射会使驾驶者产生眩目感，影响行车安全。
因此内后视镜一般采用棱形镜，虽然镜面也是平的，但其截面形状是棱形，它利用棱形镜的表面反射率与里面反射率不一样的特点，达到无眩目要求。
白天采用反射率为80%的银质或铝质里面反射膜，晚上则用反射率只有4%左右的表面玻璃。
为此，晚上只需略为将白天位置的内后视镜转动一下角度就行了。
目前有一种自动变色的内后视镜，它的电子感光检测器能自动分辨外界的自然光和强加光源，通过电流变化在几秒钟内调节镜内的变色材料，从无色变到有色以调节内后视镜的反射率，从而解决眩目问题。
驾驶者眼睛与后视镜的距离，也就是后视镜的安装位置，直接影响到后视镜的视界、清晰程度和汽车轮廓尺寸，对行车安全很重要。
因此，后视镜的安装位置要求达到行业标准的视界要求；后视镜应尽可能靠近驾驶者的眼睛，应方便驾驶者观察，头部及眼球转动尽量小；后视镜应安装在车身上下振动最小的位置上。
以现在的轿车为例，外后视镜主要装配在前车门上，控制方式有电动式和手动式。
电动式外后视镜的镜片后面装有驱动机构，它由小型可逆式直流电动机、减速齿轮、电磁离合器组成，驾驶者在车内控制开关对外后视镜进行上下左右调整，调整范围30度以内，并可以折叠。
手动式外后视镜多采用杠杆式，驾驶者在驾驶座上摆动车门上相应的小手柄，即可上下左右调整镜面角度，这种手动后视镜的结构比较简单，一般装配在经济型轿车上。
外后视镜外形轮廓不但影响到车身的外观，也影响到车身尺寸，行业标准有轿车外后视镜的安装位置不得超出汽车最外侧250毫米的规定。
同时，由于一般轿车的速度提高，风阻和噪声是设计者要考虑的重要问题，因此外后视镜外形轮廓要符合空气动力学，用圆滑的线条尽量减少风阻及风噪。
后视镜还有一些其他的分类方法，如：
按后视镜的镜面形状可分为平面镜、球面镜和双曲率镜面三大系列。
另外还有一种棱形镜，棱形镜的镜表面平坦，但其横截面为棱形，通常用作防眩目的内后视镜。
按制镜时涂用的反射膜材料可分为铝镜、铬镜、银镜，兰镜等4种。
按后视镜的调节方式可分为车外调节和车内调节2种。
（1）车外调节式；
这种方式式在停车状态下，通过用手直接调节境况或镜面的位置的方式来完成视角的调节，该方式费时费力，和难方便地一次性完成，驾驶员需要在座位上用手伸出车窗外调节，在行车，雨天等情况下很不方便。
一般的大型汽车，载货汽车和搭档客车都采用外调节方式，以降低成本。
（2）车内调节式；
这种方式可为驾驶员在行驶过程中调节后视镜，观察后视野提供较为方便的条件。
中、高档轿车大都采用内调节方式，该方式又分为手动调节式（钢丝索传动调节或手柄调节）和电动调节2种。
电动后视镜为驾驶员提供更便捷、更舒适的操作条件。
它式目前中、高档轿车普遍采用的标准装备。
2.3后视镜发展趋势
目前一些汽车的外后视镜还具有除霜除雾功能和洗涤功能。
由于外后视镜最外端面也就是汽车最宽的位置，所以有些车上外后视镜前端还增加了侧面转向灯，可以醒目提示汽车转弯方向。
至于内后视镜的附加功能就更加多了，在内后视镜后面装置集成芯片，利用液晶显示可将倒车雷达、来电显示、内外温度、汽车速度、胎压、CD及GPS显示等等信息在内后视镜上反映出来。
随着科技的发展，用摄像系统取替后视镜已经成为一些厂家今后的新目标。
它通过车辆两侧和车尾的摄像装置及红外线装置，将摄到的图像在后视显示屏上显示出来。
例如第七届北京国际车展上日产ideo概念车没有传统的后视镜，四周一共安装了14个摄像机（8个平面视图摄像机和6个环视摄像机），其作用除了能够帮助驾驶员确保行驶安全外，还能用来扩展信息和收集图像。
整个仪表板是一个显示屏，显示了汽车后面及两侧的图像，取替了后视镜的作用[3]。
2.4赛马轿车电动后视镜
众所周知，要对某一个部件进行设计，首先要了解其工作原理，工作环境及工作特点。
因此，本节主要针对赛马轿车电动后视镜的结构，控制线路，端子接口情况进行介绍。
2.4.1赛马轿车电动后视镜结构及工作原理
目前赛马轿车电动后视镜采用和大多数车型一样的结构，其背后装有两套电动机和驱动器，可操纵反射镜上下及左右转动。
通常上下方向的转动用一个电机控制，左右方向的转动由另一个电机控制。
通过改变电机的电流方向，即可完成后视镜的上下及左右调整。
有的车型电动后视镜还带有伸缩功能，有伸缩开关控制伸缩电机工作，使整个后视镜回转伸出或缩回。
2.4.2赛马轿车电动后视镜控制线路及工作原理
如图2.2所示为赛马轿车伸缩式电动后视镜控制系统电路图。
在进行调整时，首先通过左右调整开关选择好要调整的后视镜，如图调整左后视镜时，开关打向左侧，
图2.2赛马轿车电动后视镜控制电路
此时开关分别与7、8接点接通，再通过控制开关即可进行该后视镜的上下或左右调整。
如图2.2所示为赛马轿车电动后视镜端子结构图，在开关后面共有11各端子。
其工作原理如表3.1所示，当调节左侧后视镜向上转动时，将端子1与端子6相连，端子9与端子10相连。
当需要其向下转动时，则将端子6与端子9相连，端子6与端子11相连。
图2.3赛马轿车电动后视镜开关端子
图2.4开关位置与端子连接情况逻辑关系图
图2.4所示为控制一侧电动后视镜运动的逻辑关系。
我们都知道，汽车车身大部分是金属，所以汽车电气采用单线制，多数为负极搭铁。
但是为了控制电动后视镜的两个电动机正反转，后视镜的电动机为双线。
为了减少导线的数量，两个电动机有一个公共端（即表中导线端口1），及只需要三根导线，导线1、3控制一个电动机运动，，当埠1接负极，埠3接正极时，电动机正转，后视镜向上转动，反之则相反。
同理，1、2控制电动机左右运动。
进行向上调整时可将控制开关推向上策，此时控制开关分别与向上接点、左上接点结合，电路为蓄电池→熔断器→点火开关→控制开关向上接点→左右调整开关→接点7→左侧电动机→接点1→电动镜开关接点2→控制开关左上接点→电动镜开关接点3→蓄电池负极，左侧后视镜电动机运转，完成调整过程。
其它调整过程与向上调整过程类似，通过接通不同的开关即可完成。
其他后视镜动作关系见图2.5[4]。
图2.5连接件连接及后视镜动作逻辑关系图
2.5赛马轿车电动后视镜开关特点
和大多数车型一样，目前赛马轿车的电动后视镜依旧采用普通的触点开关，它具有结构简单、成本低、容易实现两组电动机的正反转，因此成为众多汽车厂家的首选。
但是，由于普通触点开关具有反应延缓，容易出现虚接等现象，所以经常出现触点烧蚀的现象，给广大司机带来很多不必要麻烦，造成安全隐患。
通常，在汽车的正常使用期限内，需要多次更换，从而提高了维修成本，造成不必要的浪费。
另外，我们知道，汽车驾驶控制面板的面积十分宝贵，所以，在满足人机工程学原理的基础上，应大大减少各部件的使用空间。
但是，由于普通机械触点开关触电有很大的电流通过，所以，触点横截面积不能过小。
因此，整个开关需要占用很大的空间。
因此，重新调整控制原理，控制线路，控制开关的结构时十分必要的。
2.6后视镜折叠及加热除雾功能
在生活中，在泊车时，经常会遇到空间不足，冰雪、多雾天气下，后视镜面覆盖冰雪雾水，擦来擦去无法清洁干净，影响行车安全，为此本设计对后视镜进行折叠及加热除雾等功能控制的设计，以实现方便安全的使用。
图2.4陶瓷加热片
图2.4为为实现加热除雾功能所选用的陶瓷加热片。
2.7本章小结
本章在一开始介绍了赛马轿车电动后视镜结构及其工作原理，并结合其控制电路对电动后视镜的调节过程进行了介绍，通过对原有电路的解析，了解了其分别实现四个电动机正反转工作的控制原理。
并且，详细介绍了赛马轿车电动后视镜开关的端子接口情况。
通过对其控制原理的分析，初步确定了线路控制部分改进的主题思路，对下一章线路优化设计工作做了铺垫。
第3章线路优化及开关设计
3.1设计原则
1、接线布局合理，线路连接可靠。
2、尽可能不破坏原有电路接线，便于安装调试
3、电路中增加必要过载保护装置。
依据上述设计原则，结合赛马轿车控制线路特点，制定设计方案。
3.2控制线路优化方案
汽车时当代交通必不可少的交通工具，对于短途运输，旅行都是最佳选择。
随着人们精神生活的不断提高，就需要汽车有更多的功能以满足乘客和驾驶员的需求。
然而，这样的代价就是汽车复杂的结构和本身的体重，为此，使汽车在满足人们精神需求的同时最简化成为当代大多汽车设计师追求的目标。
对于汽车而言，我们始终追求的都是以最简单的结构实现最复杂的功能。
因此在汽车电气中，引用了总线技术，这样，大大减少了布线的麻烦。
虽然如此，各个部分的线路还是很难尽如人意。
因此，线路优化是必不可少的一项重要任务。
由上一章可以知道，控制电动后视镜工作，其实就是分别控制安装在左右两个后视镜的四个直流电动机正反转。
因此，就要求控制电路能够实现电流的双向导通，在以往的电动机控制电路中，经常用到的有双电源法，桥式电路法等。
尽管单片机本身具有一定的驱动能力，但其输出电流较小，不足以直接驱动电动机这类负载较大的器件，所以必须设计电动机驱动电路，即电动机和单片机之间的接口电路来驱动电动机工作。
总之，无论用什么办法来控制，控制直流电动机正反转的基本方法就是改变电动机两端的电势差。
3.2.1触点烧蚀原因的分析
原来的赛马轿车电动后视镜采用普通机械触点开关进行控制，其通过的电流较大，并且，由于机械触点的结合过程中，两个金属触点的接触面积是一个从少到多的过程，因此，在最开始，容易出现虚接的现象；另外，金属触点由于长时间使用导致磨损，也会出现接触不良的现象。
3.2.2控制线路优化设计方案一
如图3.1所示为控制线路优化方案一，其主要控制原理是，控制电路给控制程序一个控制信号，经控制程序判断四个电动机运动状态，然后分别向1、2、3、4、5等接口输出相应信号，逻辑关系见表格。
由于控制程序输出的信号较小，不能够直接驱动电动机转动，故在五个接口和电动机之间接有放大电路。
表3.1所示为本方案控制逻辑关系，当需要电机A正转时，控制程序向几口1输出高电平信号，向其它接口输出低电平信号，并经放大电路放大，这样，在电动机两端就会出现电势差，因此电流由1接口流经电动机A回到界面5，从而实现电动机A的正向运转。
反之若要电动机A反转，则控制程序向几口5输出高电平信号，向其它接口输出低电平信号，并经放大电路放大，这样，在电动机两端就会出现电势差，因此电流由1接口流经电动机A回到界面5，从而实现电动机A的反向运转。
表3.1方案一逻辑关系
电机状态
1界面
2界面
3界面
4界面
5界面
A正转
1
0
0
0
0
B正转
0
1
0
0
0
C正转
0
0
1
0
0
D正转
0
0
0
1
0
A反转
0
0
0
0
1
B反转
1
0
1
1
1
C反转
1
1
0
1
1
D反转
1
1
1
0
1
3.2.3控制线路优化设计方案二
在电工电子中，经常用到很多的控制开关，有普通的触点开关，有电磁开关，还有用电子元器件的，如三极管，晶闸管等，还有各种类型的继电器。
考虑到普触电开关的动作时靠人为控制，经常出现接触不牢靠的现象，所以用继电器来代替普通触点开关。
如图3.2所示为控制线路优化方案二。
这样，控制开关的控制电流就很小，只需使继电器闭合即可，当驾驶员需要对电动后视镜进行调整时，及需要对某个电动机进行控制，例如若要控制如图所示电动机A正转时，只需让控制程序控制继电器1、4闭合时，电流流经继电器A,经过电动机，经继电器B回到电源负极。
若需要控制电动机A反转时，只需让控制程序控制继电器3、2闭合时，电流流经继电器A,经过电动机，经继电器B回到电源负极
这种方法简单易懂，但是我们大家都自动，继电器的体积大多未电磁继电器，因此，其体积相对较大，因此不便于安装和布置。
在汽车上，往往将大多数继电器装在一起，制作成继电器盒，安装在特定的位置。
图3.1方案一工作原理图
图3.2方案二工作原理图
如上面所述，普通触电开关需要流过很大的电流，这样，当接触不牢靠时就会容易出现烧蚀，造成危害。
而继电器体积又相对较大，不便于安装，所以，可以考虑用其它的元器件来代替继电器，如三极管，晶闸管等。
但由于晶闸管不能通过人为控制来断电，因此考虑到可断晶闸管。
但由于其价格较高，不益于市场竞争。
因此选用相对较便宜的三极管。
其原理如图3.3所示，当需要电动机A正向运转时，只需控制三极管Q1和Q4导通即可。
这样，电流经电源正极流经三极管Q1，进入电动机A，然后经三极管Q4回到电源负极。
当需要电动机A反向转动时，只需控制三极管Q2和Q3导通即可。
这样，电流经电源正极流经三极管Q3，进入电动机A，然后经三极管Q2回到电源负极[5]。
3.2.4控制线路优化设计方案三
图3.3方案三工作原理图
考虑到单片机的工作电流较小，此次设计采用桥式电路来驱动后视镜电动机进行运动视镜的一个电机正反转的原理图。
在图3.3中,每个电动电动机由2个NPN和2个PNP构成桥式电路,给各个电阻适当的选值,使NPN和PNP均工作在饱和状态,即作开关来使用[6]。
当Q1和Q4导通时,S电动机A正转,当Q2和Q3导通时,电机A反转,从而实现了电机的正反转。
而Q1、Q2、Q3、Q4的导通和截止是由控制程序输出电平决定的,即单片机通过这个引脚实现对电机正反转的控制。
3.3方案分析选择
通过上
升级会员 