汽车模拟驾驶系统

运动模拟器：运动模拟器的实质为工业机器人，下面对工业机器人进
行简单的介绍。
• 人机交互系统是 使操作人员参与 机器人控制与机 器人进行联系的 装置，此图为人 机信息交流大闭 环系统示意图 • 本设计中的运动 模拟器为六自由 度运动模拟器， 由六个液压缸组 成，液压缸为交 叉排列，六个液 压缸与底板的连 接点在一个同心 圆上。
d = 0.5×0.04 = 0.02m
4 4
• （3）单杆活塞液压缸推力F F1 = P1 A1 × 103 ）单杆活塞液压缸推力 π π 2 3 A = D2 = ×( 0.04) =0.001256m2 F =7.8×0.001265×10 ≈9.8KN 1 1 • （4）单杆活塞式液压缸的拉力 F2 = P2 A2 ×103 ）
题目：汽车模拟驾驶系统的设计
作 者：陈亮 指导教师：孙上媛
汽车模拟驾驶系统的设计
1.本文设计的主要目的、意义、范围、国内外发展状况 以及需要解决的问题。 2.设计方案的分析、比较以及方案采取的措施等，将用 图表和文字进行说明。 3.机械元件的设计与计算，元件的组成及元件的参数性 能指标，此部分进行概述说明。 4.此篇设计的重要部分，硬件设计、软件主程序流程及 各子程序流程及控制程序，包括控制程序设计、各种电 气控制线路设计及功能电路设计 。 5.概括说明本设计的情况和价值，对特色、创新、性能 进行总结及今后的发展状况。
本设计中大量的参考了国内外论文及研究成果， 由于时间仓促以及本人的专业水平有限，本文的研 究结论如下：
(1)将建立的汽车动力学模型应用到视景软件程序中，实现 了汽车模拟驾驶系统的功能。 (2)在Windows操作系统环境下，利用 MierosoftVisualC6.0 的开发环境，通过 单片机系统软件，调用 3DSMAX7建立和 处理的模型来完成的子系统的建立。 （3）子系统解决了视景仿真中的地形跟随、碰撞检测等问 题，能够给人以真实的视觉效果。 （4）在模拟驾驶椅上进行模拟驾驶，模拟驾驶系统能够跟 随计算机中汽车模型的行驶动作，如汽车驾驶过程中的启动、 制动、加速、减速和转向等，并能实现前后闯动等功能。
一、驾驶模拟系统的分类与发展及模拟器的介绍 • 汽车模拟驾驶系统是利用计算机技术、控制技术、声像技 术、机械工程技术和车辆工程技术等多种技术对车辆的行 驶及相关环境进行模拟，使学员可以在室内进行逼真的车 辆驾驶学习。 • 本文主要论述了汽车驾驶模拟系统设计的实现，研究内容 主要包括汽车模拟驾驶系统的组成和六自由度运动模拟器 系统的设计及其他们之间的数据通信等。 • 汽车模拟驾驶系统从功能可分为训练型和研究型两种 ， 根据视景系统分为被动式和主动式，根据运动机构可分为 座位固定式、整车转鼓式和座位可动式 。 • 使用驾驶模拟系统有如下优点：1安全性高 2再现性好 3容易设定各种条件，经济性高。 • 驾驶模拟器的历史及现状 ，主要介绍的是本文中使用的 六自由度模拟器的组成及发展状况。
三、系统各部分的设计与计算
• 本系统中的机械部分的设计主要是运动模拟器的 设计，其中需要计算的部分为液压缸的选择和活 塞杆稳定性的计算。 • 液压缸主要几何尺寸的计算 ：（1）液压缸内径D 9.8 2 F 2 的计算 D=3.57×10 =3.57×10 × =0.04m P 7.8 v2 • (2) 活塞杆直径 的计算 取d/D=0.5 φ = = 1.33 活塞杆直径d的计算 v1
单片机控制系统硬件电路原理图
汽车驾驶模拟系统的计算机 控制系统由单片微型计算机简称
单片机各功能部件：中央处理器 CPU、随机存储器RAM、只读存储器 ROM、I/O接口电路、定时器/计数 器以及串行通讯接口等部件制作在 一块集成芯片中，构成一个完整的 微型计算机。
• 单片机控制系统硬件 电路设计 见图单片机 控制装置的总体设计。
程序设计设计部分：该程序主要用于实现单片机与PC机 ： 程序设计
的通信功能。从而能够使单片机与PC机之间实现数据的互 相交换。该程序运用汇编语言进行编写。一个完整的汇编 语言源程序通常由若干个逻辑段（segment）组成，包括 数据段、附加段、堆栈段和代码段，它们分别映射到存储 器中的物理段上。在设计中我用了单片机编程的程序形式， 进行程序设计，同时从多篇论文及设计中整合而成。
活塞杆稳定性验算: 活塞杆稳定性验算:液压缸承受轴向压缩载荷时，当活塞杆直径d与活塞
杆长度之比大于10时，应校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。本设计中 液压缸承受偏心载荷，此时
经计算，得到的活塞杆直径小于20，则取活塞杆直径20符合要求。
四、系统原理总设计
• 此图为模拟机的系统流程 图，模拟机总控模块位于 软件系统的顶层，总体管 理图形实时生成系统、训 练考核系统、模拟驾驶专 家系统的工作 • 数据采集与执行系统作为 模拟训练机的人机输入接 口和执行输出接口，模拟 机总控模块需要管理协调 数据采集与执行系统
MCS-51单片机的引脚描述及片外总线结构 MCS-51单片机的引脚描述及片外总线结构
• 单片机选择的型号是 8031 • 值得强调的是，P3口 的每一条引脚均可独 立定义为第一动能的 输入输出或第二功能。 • MCS-51单片机的片外 总线结构
电气元件及型号
：控制系统的器件组成有：单片机
（型号：AT89C51）、A/D转换芯片（型号：ADC0809），地 址锁存器（型号：74LS373），双组驱动器/接收器（型号： MAX232）以及开关等。本设计在此部分中队各个重要器件进 行了详细的介绍。
二、系统的总体设计方案
• 系统的工作过程及汽车动力学概述 ：系统的工作过程
如下:驾驶员对操纵控制装置的方向盘、档位、油门、刹车等 部件进行操作，相关信号经单片机采集后，通过串口传递给各 系统。此图为汽车动力学结构图
模拟驾驶系统应该由三大部分组成 ：驾驶模拟器 拟器 处理器
运动模
• 驾驶模拟器硬件构成 ：包括油门、刹车、离合踏板中的 压力传感器，方向盘中的扭矩传感器以及变速箱中的行程 开关。 • 汽车驾驶模拟驾驶系统的软件构成
A1 =
π
4
(D − d ) =
2 2
π
4
来自百度文库
× ( 0.042 − 0.022 ) = 0.000942m 2
• 液压缸主要零件的材料 :（1） 缸体的材 料：液压缸缸体的常用材料为20、35、45 号无缝钢管 （2） 缸盖的材料：选用35、 45号锻钢或ZG35、ZG45铸钢或HT200、 HT300、HT350铸铁等材料。 （3） 活塞的 材料：耐磨铸铁、灰铸铁（HT300、HT350） 及铝合金等。 （4） 活塞杆材料：本设计 中因为是实心活塞杆，因此选用45钢
最后向给予帮助和鼓励我的指导 教师，孙上媛老师表示忠心的感 谢，同时也感谢给予我意见的在 座各位老师，谢谢~！