新型高越障性高安全性越野車的設(shè)計與模型制作

1、新型高越障性高安全性越野車的設(shè)計與模型制作孟保祿 劉旭 牛同鋒 鄧文昊機電學(xué)院一、課題研究目的1、 解決現(xiàn)代汽車越障性和安全性不夠高的問題。2、 基于對機電一體化的愛好，進一步激發(fā)對其興趣。3、 在此次設(shè)計及其制作過程中，學(xué)習(xí)有關(guān)汽車方面的知識和電子控制以及單片機控制的知識技能，拓展自己的知識面。4、 培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，認識團隊的真正意義。5、 培養(yǎng)善于動手動腦的習(xí)慣，提高實踐能力，理論與實踐結(jié)合，深入理解理論，學(xué)會應(yīng)用理論。6、 提高個人修養(yǎng)，豐富自己的課余生活。二、課題背景 隨著越來越多的汽車進入社會生活中，汽車給人們帶來了前所未有的方便，但是，隨之而衍生出來的社會問題也一天天的凸顯出來，

2、例如，交通愈來愈擁擠不堪，頻繁的交通事故等成為社會重大問題。尤其是在夜間，駕駛員的神經(jīng)興奮性比較低，駕駛車輛時注意力不夠集中，因此，夜晚是交通事故的頻發(fā)時段，例如，夜間漆黑的道路上，很難判斷后面駛來車輛的車速以及距自己車尾的距離，從而造成判斷錯誤，造成追尾現(xiàn)象。其次，雖然現(xiàn)在越野車的性能已有很大程度上的提升，最典型的就是悍馬。但是，距離完美仍有很長的路，例如，車輛在經(jīng)過傾斜角比較大的梯臺性障礙是，汽車的底座很容易被卡住，使汽車陷入進退兩不能的情況，這使一些地勢比較忐忑的地方無疑成了汽車的“禁區(qū)”，對一大批越野愛好者來說無疑是一大損失，在軍事領(lǐng)域，若能使用無所不能穿越的戰(zhàn)車，其價值是不可估量的。

3、三、課題研究主要內(nèi)容 為了解決汽車越障問題，我們首先研究越野車在不同路況下行駛可能遇到的困難。對于這些問題，我們首先進行以下學(xué)習(xí)。越野車的越障性：汽車在公路之外條件下行駛的能力,也就是汽車在復(fù)雜路面上的通過性；復(fù)雜路面包括：路面、松軟路面、光滑路面、坡度路面、狹窄路面和涉水路面及上述路面的合路面等；影響越野汽車越野性能的因素：輪胎數(shù)、輪胎花紋、輪胎氣壓、驅(qū)動型式、車架型式、驅(qū)動橋型式、變速器型式、軸數(shù)、整車的外形尺寸、比功率以及一些部件的安裝位置等。上述這些參數(shù)直接關(guān)系到汽車的爬坡度、涉水深度、車速、越壕溝能力、越垂直障礙能力、最小轉(zhuǎn)彎半徑、縱向和橫向通過半徑、側(cè)傾角等。（一）下面是在不同路面

4、上對車輛行駛性能的要求：（1）通過凹凸不平路面的要求汽車在凹凸不平路面上行駛時,影響其通過性的因素主要有整車的外形尺寸、輪胎直徑以及驅(qū)動型式等。整車尺寸中的接近角、離去角和最小離地間隙對汽車的通過性影響最大。它們必須適當(dāng)大,否則,汽車在行進過程中,或者由于接近角過小而插入地下;或者由于離去角過小而將后橋架起;或者由于最小離地間隙過小而將汽車?yán)卫谓O住;或者由于橫向和縱向通過半徑過大,而將汽車支起。這些現(xiàn)象均會引起汽車“擱淺”。裝用多個軸、縮短輪距或軸距等可使縱向或橫向通過半徑降低。采用大直徑輪胎,減小前懸、后懸,提高油箱、消聲器、發(fā)動機的油底殼等部件的位置,以及采用離地間隙大的輪邊減速橋等均可使

5、汽車的通過性得以提高。另外,采用大直徑輪胎,有利于提高越野汽車的越壕溝能力和越垂直障礙能力。我們知道,當(dāng)壕溝寬度大于輪胎直徑時,輪胎將墜入壕溝內(nèi),使汽車喪失行駛能力。輪胎直徑越大,其可越過的壕溝就越寬,能通過的垂直障礙就越高。所以,對于越野汽車,一般應(yīng)裝用大直徑輪胎。另外，多軸(橋) 車輛的越壕溝能力要比軸(橋) 少的車輛越野性強。（2）通過松軟路面的要求汽車在通過松軟路面時,由于輪胎比在硬路面上行駛時下陷的深度大,所以路面對輪胎產(chǎn)生的阻力就較大。如果使前輪距與后輪距相同,那么,后輪就可沿著前輪壓實的車轍行駛,使得后輪輪胎的滾動阻力大大降低。由于汽車的前輪一般為單胎,所以,要使后輪與前輪同轍,

6、那么后輪應(yīng)采用同一型號的單胎。為了使輪胎在松軟路面上行駛時下陷的深度小些,必須減少輪胎對地面的壓強,增大輪胎的接地面積是解決上述問題最理想的辦法之一。采用大直徑、寬截面輪胎,以及將輪胎內(nèi)的氣壓適當(dāng)降低,均會使輪胎與地面的接觸面積增大,使輪胎接地壓強降低。采用輪胎中央充氣放氣系統(tǒng),可使駕駛員在駕駛室內(nèi)就能方便地對輪胎充氣和放氣,隨時調(diào)節(jié)輪胎的氣壓。這樣既能使輪胎在松軟路面上處于低氣壓狀態(tài),增大輪胎與地面的接觸面積,又能使輪胎在硬路面上達到足夠的氣壓,減少輪胎與地面的摩擦力,避免輪胎過熱而損壞。合理地分配前、后橋軸荷,使其對地面的壓強趨于合理十分重要。這里的合理是指前輪輪胎的接地壓強應(yīng)稍微少于后輪

7、輪胎的接地壓強。這樣,當(dāng)汽車在松軟路面上行駛時,才能避免前輪處于“推”著路面前進的狀態(tài)。當(dāng)然,要求在所有負荷下都達到上述的合理軸荷分配是很難實現(xiàn)的。因此,這種合理的軸荷分配應(yīng)以汽車處于滿載時為主。當(dāng)汽車在松軟路面上陷入很深,以至于地面與汽車最下部接觸時,汽車將無法行駛。為避免此種現(xiàn)象發(fā)生,除采用大直徑、低壓、寬斷面輪胎外,還應(yīng)盡量減少汽車的自重,使輪胎的接地壓強接近或小于履帶車輛的接地壓強,并設(shè)法增大汽車的最小離地間隙。采用全輪驅(qū)動型式,使原來的從動輪變?yōu)楝F(xiàn)在的驅(qū)動輪,因此,就不存在從動輪與路面的摩擦力,大大減少汽車的行駛阻力。在松軟路面上,汽車低速行駛可減少輪胎“打滑”現(xiàn)象。假設(shè)由于某些原因

8、,使汽車的某些輪胎打滑或被架空時,全輪驅(qū)動型式可使其它與地面接觸較牢、附著力較大的輪胎繼續(xù)驅(qū)動,此時,掛上軸間和輪間差速器,并緩慢起步,低速行駛,可消除車輛的“打滑”現(xiàn)象,使汽車逃離困境。實現(xiàn)這種緩慢起步和低速行駛的措施是裝用大傳動比變速器和液力機械變速器,如液力偶合器和液力變矩器等。此外,采用越野花紋輪胎,可使輪胎與地面的附著力增大,從而使發(fā)動機的動力得以發(fā)揮,使汽車順利通過。（3）通過光滑路面與坡度路面的要求當(dāng)汽車在光滑路面上行駛時,由于輪胎與地面的附著力較小,所以汽車很難行駛。為了在此種路面上行駛,應(yīng)設(shè)法增加輪胎與路面的附著系數(shù),除采用越野花紋輪胎外,還可以在輪胎上安裝防滑鏈。另外,在這

9、種路面上行駛時,整車的重量應(yīng)盡量加在驅(qū)動輪上,以便增大驅(qū)動輪輪胎與地面的壓力。采用全輪驅(qū)動型式,可使整車所有重量都得到利用,這樣也可減少從動輪輪胎與地面的摩擦。為了使汽車能夠在大坡度路面上行駛,汽車應(yīng)具有較大的比功率,一般該值應(yīng)不小于10 kW/ t 。如德國MAN 5 t 4 ×4 軍車的比功率為12. 8 kW/ t 。另外,當(dāng)汽車在長坡度路面上行駛時,由于是爬坡,所以車速較低,而且處于大負荷狀態(tài)。此時,由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速低,風(fēng)扇轉(zhuǎn)速也低,使得風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)量加上汽車迎面來風(fēng),都很難滿足發(fā)動機的散熱要求,所以,散熱系統(tǒng)的設(shè)計顯得格外重要。雖然采用散熱面積大的散熱器以及高速風(fēng)扇可以解決散

10、熱問題,但是,還要防止發(fā)動機的過冷現(xiàn)象,采用硅油風(fēng)扇可解決這一矛盾。另外,要爬上大坡度的坡,汽車輪胎與地面的附著力必須足夠大。解決附著力問題,仍是采用越野花紋輪胎和全輪驅(qū)動型式等。汽車在側(cè)坡上行駛時,還應(yīng)防止汽車的側(cè)翻現(xiàn)象。防止汽車側(cè)翻的措施有降低汽車的重心位置、增大輪距等。一般軍用越野車的爬坡度應(yīng)大于30°,最大行駛側(cè)坡度應(yīng)大于20°。（4）涉水要求越野車應(yīng)能涉過較小河流的能力,即涉水能力。一般軍車的涉水深度應(yīng)在1 000 mm 以上。為了達到足夠高的涉水深度,必須采取相應(yīng)措施,提高一些部件的安裝位置,如消聲器排氣口的位置,空濾器、電瓶箱、電線、橋的出氣口、冷卻風(fēng)扇、發(fā)電

11、機等部件的位置或?qū)@些部件作相應(yīng)的改進和防水保護,保證汽車在涉水時,各部件均能正常工作。另外,從涉水方面講,越野車采用平頭駕駛室比較好。因為平頭駕駛室較高,距地面較遠,所以,在汽車涉水時,水不容易進到駕駛室內(nèi);另一方面,平頭駕駛室的視野也比長頭駕駛室好。（5）通過狹窄路面的要求在公路之外,雖然區(qū)域廣闊,但是,當(dāng)汽車行駛在森林、山區(qū)和隧道等區(qū)段時,能夠通過汽車的空間有時十分有限。要使汽車通過這些狹窄的區(qū)段,首先必須對汽車的外形尺寸進行限制,因為汽車的長、寬、高直接影響汽車通過這些狹窄區(qū)段的能力。另外,汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑同樣對汽車的機動性產(chǎn)生較大的影響。最小轉(zhuǎn)彎半徑與汽車的軸距、輪距、車輪的轉(zhuǎn)向角

12、、轉(zhuǎn)向軸數(shù)等有關(guān),所以必須根據(jù)車輛可能行駛的區(qū)域情況,以及車輛的用途對上述參數(shù)進行精心的設(shè)計。（二）越野車輛的自救、環(huán)境溫度氣壓適應(yīng)、續(xù)航能力等由于軍用越野車行駛的路面十分復(fù)雜,而且時常夜間行駛,難免在行駛過程中會發(fā)生意外,如陷入稀泥中或墜入深溝中等。在這種情況下,軍用越野車應(yīng)能利用自身的裝置進行自救或被其它車輛救助。因此,汽車的前后端應(yīng)安裝牽引鉤,整車應(yīng)裝用絞盤,隨車應(yīng)備有千斤頂、牽引桿、通過障礙物用的厚木板等。另外,汽車應(yīng)能適應(yīng)從- 40 + 40 的環(huán)境溫度。裝用起動加濃裝置和火焰預(yù)熱裝置均有利于汽車在低溫條件下順利起動;裝用散熱面積大的散熱器和轉(zhuǎn)速高、直徑大的風(fēng)扇,均有利于發(fā)動機在高溫

13、條件下散熱。裝用大容量燃油箱也是十分必要的。因為在野外,特別是在作戰(zhàn)時,很少有時間、有機會給汽車加油,所以汽車應(yīng)有長時間、長距離不用加油的能力,這就是通常所講的“連續(xù)行駛里程”。該值一般應(yīng)大于700 km。在高原地區(qū),由于氣壓低,空氣稀薄,自然吸氣發(fā)動機無法達到其額定功率,引起動力性下降。為了使汽車在此種情況下仍能得到足夠高的動力,軍用越野車應(yīng)裝用廢氣渦輪增壓發(fā)動機。因為增壓發(fā)動機能夠?qū)⒖諝獾拿芏忍岣?使進入發(fā)動機氣缸內(nèi)的空氣量增加,從而可使發(fā)動機充分燃燒更多的燃料,以產(chǎn)生更多的能量,使發(fā)動機功率增大。（三）汽車的高穩(wěn)定性新型環(huán)保減震器 現(xiàn)在應(yīng)用的減震器 減震器對于汽車來說是十分重要的。減振器

14、并不是用來支持車身的重量，而是用來抑制彈簧吸震后反彈時的震蕩和吸收路面沖擊的能量。如果你開過減振器已壞掉的車，你就可以體會汽車通過每一坑洞、起伏后余波蕩漾的彈跳，而減振器正是用來抑制這種彈跳的。沒有減振器將無法控制彈簧的反彈，汽車遇到崎嶇的路面時將會產(chǎn)生嚴(yán)重的彈跳，過彎時也會因為彈簧上下的震蕩而造成輪胎抓地力和循跡性的喪失。最理想的狀況是利用減振器把彈簧的彈跳限制在一次左右。盡可能減小車凈重的情況下，不管是空載還是重載，經(jīng)過調(diào)節(jié)減震強度后，都可使車輛保持最佳減震效果；更好地保護車身，延長車輛的使用壽命。 現(xiàn)在汽車上應(yīng)用的減震器從產(chǎn)生阻尼的材料這個角度劃分主要有液壓和充氣兩種，還有一種可變阻尼的

15、減震器，但它們?nèi)际强繙p震器內(nèi)的高濃度油來散失彈簧吸震后反彈時的震蕩和吸收路面沖擊的能量，但這個過程緩慢并且能量全都一熱的形式散失，這無疑也是一種能源浪費，就此，設(shè)計了一種新型環(huán)保減震器，它既能在極短的時間內(nèi)，將彈簧吸震后反彈時的震蕩和吸收路面沖擊的能量散失掉，并且能量不會像現(xiàn)在減震器一樣白白浪費掉，我們將其作為發(fā)電機的能量來源，即將減震器設(shè)計成一個發(fā)電機，利用在坎坷路面行駛時車身的上下震蕩作為其發(fā)電的動能，將其動能轉(zhuǎn)化為電能給一蓄電池充電，然后將電能用到汽車需要電的地方。例如，車內(nèi)空調(diào)，收音機等用電設(shè)備。這樣，不僅減震效果更好，還能實現(xiàn)能量的合理利用。四、結(jié)論（成果介紹） A、汽車的高安全性

16、夜間雙模式智能防追尾技術(shù) 鑒于汽車夜晚行駛時的事故高發(fā)性，尤其是追尾事故的易發(fā)性，我隊提出一種夜間雙模式智能防追尾技術(shù)，有靈敏度高，雙向提示的特性，在試驗階段，效果明顯，可以有效減低夜間車輛追尾現(xiàn)象的發(fā)生。 1、技術(shù)要求 A. 裝備有此技術(shù)的車輛在夜間行駛時，若從其后方駛來另一輛汽車，若后方汽車據(jù)此汽車的距離超過“安全距離”時，則其系統(tǒng)就會自行啟動。 B. 系統(tǒng)啟動后會自動警告后防汽車的駕駛員注意，同時提示本車駕駛員后方有車。 C、考慮到汽車在紅綠燈路口、停車場車距都很近，很容易造成危險系數(shù)極低的情況下，系統(tǒng)也會自行啟動，從而造成一定的麻煩，所以，應(yīng)有兩種模式：快速模式，慢速模式?？燔嚹Ｊ降摹?/p>

17、安全距離”較大，而慢速模式的“安全距離”較小，從而使此系統(tǒng)更人性化，更實用。 2、創(chuàng)新思維 由于汽車在夜間行駛時，車燈時開著的，則可以利用車距的長短不同，車的光照強度也不同的原理，把光強弱的信號利用光敏電阻轉(zhuǎn)化為電信號，通過檢測后方車燈的光照強度來測定后方車輛據(jù)自己車身的距離是否超過“安全距離”，若超過“安全距離”，則系統(tǒng)就會自動開啟，以后車燈亮的反應(yīng)來警告后方車輛的駕駛員，并且以語音和提示燈的反應(yīng)來提示本車駕駛員，另外兩種模式的選擇是根據(jù)現(xiàn)行的車速決定的，若車速v小于規(guī)定的一中間值 v.時，則系統(tǒng)會自動選擇“慢車模式”；若v>v.時則系統(tǒng)自動選擇“快車模式”。 3、電路設(shè)計 所用元器件

18、：紅、綠發(fā)光二極管，電源，開關(guān)，繼電器，三極管，蜂鳴器，可調(diào)電阻、導(dǎo)線檢查車速，判斷選擇何種模式工作電路啟動，提示前、后車駕駛員 其原理圖如下：接受信號并使用放大電路放大若后車超過“安全距離” 是其電路圖如下： B 汽車的高越障性機電一體自主越障系統(tǒng) 為了打造一款底盤永遠不可能被卡住的越障汽車，我隊設(shè)計了一套“機電一體自主越障系統(tǒng)”，可有效提高汽車的越障能力。1、 技術(shù)要求 此系統(tǒng)可有效提高汽車的越障功能，在穿越傾斜角比較大的梯形臺障礙（對于沒有該系統(tǒng)的車輛，過此種障礙時底盤被卡住的幾率非常大）時，汽車可以順利通過，而底盤不被卡住。2、 創(chuàng)新思維 汽車在通過傾斜角比較大的梯形臺障礙時，其底盤很

19、容易和梯形臺面相接觸，從而造成底盤被卡死的現(xiàn)象，但是，這一點則可以被利用，因為在穿越此障礙時，車的前后輪中間有突起的障礙物，我們則可以利用檢測中間是否有障礙物來判斷汽車是否有可能被卡住，若有可能，則系統(tǒng)自動啟動底盤部位的履帶，依靠履帶和障礙物的摩擦使汽車前進，使汽車順利通過此障礙物。 根據(jù)這個原理，我們提出了兩套方案：1、（光電驅(qū)動）在車前端安防一激光器，車的后端安防一激光信號處理電路，激光器始終處于開啟狀態(tài)，正常狀況下，激光可以照在后端激光信號處理電路的光敏電阻上，在汽車通過坡度較大的障礙時，激光由于被中間障礙物的阻斷，無法照到后端的光敏電阻上，從而產(chǎn)生一個電信號，經(jīng)放大處理，通過繼電器開啟

20、履帶，使其順利通過障礙物。2、（機械驅(qū)動）此方案是直接利用機械原理來驅(qū)使底盤履帶系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。在履帶的一側(cè)安防一微動開關(guān)，正常狀況下，開關(guān)是處于斷開狀態(tài)，當(dāng)汽車穿越障礙物時，微動開關(guān)受到壓力使其處于閉合狀態(tài)，從而驅(qū)動履帶的轉(zhuǎn)動，時汽車順利通過障礙物 3、（單片機智能控制）通過微動開關(guān)或光電信號給單片機中斷信號，單片機根據(jù)程序作出相應(yīng)的電平控制，再通過三極管放大電平信號來控制繼電器的開關(guān)，再由繼電器控制履帶電機的工作與否，實現(xiàn)智能控制。其源程序如下：#include<reg52.h>unsigned char temp; sbit p3_2=P32;sbit p3_3=P33;sbit

21、 P2_4=P24;sbit P2_5=P25;sbit P2_6=P26;sbit P2_7=P27;void kai_on(); /電機工作void guan_off(); /電機不工作void Xint0(void); /外部中斷0void Xint1(void); /外部中斷1void main(void) temp=0x00; P1=temp; EA=1; /打開總中斷 EX0=1; /允許外部中斷0中斷 EX1=1; /允許外部中斷1中斷 IT0=0; /int0為邊沿觸發(fā) IT1=0; /int1為邊沿觸發(fā)for(;) ; /程序運行以即時監(jiān)控中斷 void Xint0(void

22、) interrupt 0 using 3 kai_on();void Xint1(void) interrupt 2 using 2 guan_off();void kai_on() P2_4=1; P2_5=1; P2_6=1; P2_7=1;void guan_off() P2_4=0; P2_5=0; P2_6=0; P2_7=0;五、經(jīng)費使用情況 項目（類別）經(jīng)費（元）備注（明細）工具類221.00詳見發(fā)票明細元器件245.00詳見發(fā)票明細外形制作35.00詳見發(fā)票明細電機類75.00詳見發(fā)票明細總計601.00(詳細清單見發(fā)票的明細清單)六、問題、體會與收獲 經(jīng)過一個學(xué)期的辛勤探索

23、和勤奮鉆研，我們組最如期完成了這個項目?；叵脒@期間的經(jīng)歷的點點滴滴，感受頗多。在這次科技制作中，從方案選擇、論證、外形設(shè)計，外形手工制作，材料選擇，材料采購，電路設(shè)計，電路試驗，電路焊接，單片機學(xué)習(xí)到軟件設(shè)計，工作量非常大。而我們只有課余時間可以利用，時間極其有限，這就要求我們一定要有很好的分工合作。我們一起討論，查資料，確定外形方案，制作材料，手工加工步驟，一起完成硬件電路、軟件編程。由于我們都沒有實踐經(jīng)驗，在制作過程中設(shè)計中的一些問題很快就暴露出來。我們曾經(jīng)沮喪過，懊惱過，也爭吵過，甚至在一籌莫展時考慮過放棄，但我們最終沒有被一次次的失敗與挫折嚇倒，我們繼續(xù)保持著高度的熱情，共同奮斗，認真

24、地找出錯誤、不足之處，一一進行改正，不斷提高。就這樣，順藤摸瓜，各個擊破，我們一步步解決問題，最終搞定，逐漸完成整個項目。 通過這次科技創(chuàng)新活動，我們拓寬了思路，開闊了視野，從中學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的東西。在完成課題的過程中，我們有更多的機會和高年級的師兄們接觸，從向他們請教的過程中，我們學(xué)到了很多解決實際問題的方法。這些經(jīng)歷培養(yǎng)了我們的實踐動手能力，使我們對理論知識有了更深的認識，更增加了大家對科技創(chuàng)新的興趣。意義更大的是提高我們團隊合作的能力，考驗了我們團隊協(xié)作互相分享的精神和意志力，同時也學(xué)到了許多課外的知識以及檢索查詢資料的方法。這些都是無形的財富，也將是我們?nèi)松飞蠈氋F的經(jīng)驗。在這期間，由于對一些問題的看法和觀點不同，我們不免會有爭論，會有抱怨，但更多的是信任和喜悅。我們逐