電動撥片離合在FSC賽車上的應(yīng)用

馬建強(qiáng)，張國琪，張海鵬，趙旭帥，廉明振，閆金城

(遼寧工業(yè)大學(xué) 新能源學(xué)院，遼寧 錦州 121000)

電動撥片離合在FSC賽車上的應(yīng)用

馬建強(qiáng)，張國琪，張海鵬，趙旭帥，廉明振，閆金城

(遼寧工業(yè)大學(xué) 新能源學(xué)院，遼寧 錦州 121000)

在傳統(tǒng)的FSC賽車制作過程中，一般采用手動拉桿離合，而在傳統(tǒng)機(jī)械機(jī)械裝置基礎(chǔ)上，采用電子控制進(jìn)行離合控制，會提高車手的操作速度，在FSC賽事中體現(xiàn)出離合的智能性，故研究電動離合有著必然的趨勢和必然性。文章將電子控制引入FSC賽車中，本項目系統(tǒng)采用摩托羅拉公司生產(chǎn)的飛思卡爾xs128處理器作為核心，前端使用撥片控制電位器作為輸入傳感器，將采集到的信號輸入到微處理器中，使用PWM（脈寬調(diào)制）算法，對采集到的信號進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出運(yùn)算結(jié)果（角度）控制舵機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)等機(jī)械裝置完成離合動作，實現(xiàn)FSC賽車的電動智能離合。

FSC；微處理器；PWM算法；舵機(jī)

中國大學(xué)生方程式汽車大賽（簡稱“中國FSC”）是一項由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊參加的汽車設(shè)計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，在一年的時間內(nèi)自行設(shè)計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。在傳統(tǒng)的FSC賽車制作過程中，一般采用手動離合，這樣的離合系統(tǒng)在比賽過程中反應(yīng)慢，使賽車手駕駛疲勞，因此，在傳統(tǒng)機(jī)械離合裝置基礎(chǔ)上，采用電子控制進(jìn)行離合控制，提高離合的反應(yīng)速度，在FSC賽事中體現(xiàn)出離合的智能性，故研究電動離合有著必然的趨勢和必然性。

本項目系統(tǒng)采用摩托羅拉公司生產(chǎn)的飛思卡爾xs128處理器作為核心，前端使用撥片控制電位器作為輸入傳感器，將采集到的信號輸入到微處理器中，使用PWM（脈寬調(diào)制）算法，對采集到的信號進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出運(yùn)算結(jié)果（角度）控制舵機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)等機(jī)械裝置完成離合動作，實現(xiàn)FSC賽車的電動智能離合。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本項目系統(tǒng)采用摩托羅拉公司生產(chǎn)的飛思卡爾xs128處理器作為核心，實時獲取方向盤上撥片的旋轉(zhuǎn)信號，控制舵機(jī)拉動離合，其系統(tǒng)電路總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架電路圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

利用altium designer軟件畫出電路結(jié)構(gòu)框架圖，繪制電路板。采用飛思卡爾xs128單片機(jī)作為處理器，有成本低，體積小，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點。單片機(jī)引腳如圖2所示。

圖2 飛思卡爾XS128單片機(jī)引腳圖

電源模塊將12v車載直流電源轉(zhuǎn)換為5v的電源供控制器使用，采用防干擾設(shè)計，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)計基礎(chǔ)。穩(wěn)壓電路如圖3所示。

圖3 穩(wěn)壓電路

前端使用撥片控制電位器作為輸入傳感器，將采集到的信號輸入到微處理器中，使用PWM（脈寬調(diào)制）算法，對采集到的信號進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出運(yùn)算結(jié)果（角度）控制舵機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)等機(jī)械裝置完成離合動作。信號采集原理如圖4所示。

圖4 單片機(jī)信號采集原理圖

離合機(jī)構(gòu)的拉線結(jié)構(gòu)是利用CATIA三維設(shè)計出來的，如圖5所示。為了保證離合順暢，采用自制舵盤結(jié)構(gòu)，離合拉線固定于舵盤上，另一端連接原機(jī)離合臂。通過舵盤的轉(zhuǎn)動拉緊拉線帶動離合臂旋轉(zhuǎn)，節(jié)省了駕駛員的體力，減少賽車駕駛員的駕駛疲勞。

圖5 離合舵機(jī)三維建模圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在keil軟件中運(yùn)用c語言進(jìn)行軟件編程，根據(jù)實際需要實現(xiàn)軟件邏輯思路，采用PWM算法，通過用PWM（即脈寬調(diào)制）來改變送給舵機(jī)的平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。部分程序如圖6所示。

圖6 程序圖

4 整體系統(tǒng)調(diào)試

將系統(tǒng)安裝在FSC賽車上，進(jìn)行實車實驗，調(diào)節(jié)離合時間間隔和響應(yīng)速度，以及對離合機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行測試。實際安裝如圖7所示。

圖7 電動離合實際運(yùn)用圖

5 結(jié)語

通過這次設(shè)計，小組相互幫助，一起努力學(xué)習(xí)，一起研究。懂得了只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正得到收獲，從而提高實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到了很多問題，同時也發(fā)現(xiàn)了不足之處，意識到對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，這也將為今后的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生積極的影響。在小組同學(xué)的相互幫助下，在指導(dǎo)教師的耐心指導(dǎo)下，順利完成了這次設(shè)計。

The Design and Im plem entation of Electric Shift on FSC Racing Car

MA Jian-qiang，ZHANG Guo-qi，ZHANG Hai-peng，ZHAO Xu-shuai，LIAN M ing-zhen，YAN Jin-cheng
（Institute of New energy，Liaoning University of Technology，Jinzhou，Liaoning 121000，China）

In traditional FSC car production process，generally USES themanual lever clutch，and on the basisof traditionalmechanicalmachinery，the electronic controlclutch controlcan raise the operating speed of the driver，and in FSC events reflects theon-off intelligent，so the study ofelectric clutch has the inevitable trend and necessity.Thisarticle introduces the electronic control in the FSC racing，the projectsystem adopts produced by MOTOROLA company freescale xs128 processoras the core，frontend use dial controlpotentiometer sensor as input，the collected signal input to themicroprocessor，the use of PWM (pulse widthmodulation)algorithm，the collected signal processing，the output calculation results(Angle)control servo drive turntable institutionssuch asmachinery complete on-offaction，realize the FSCelectric smartcar clutch.

FSC；microprocessor；PWM algorithm；electric steering engine

TN4

A

2095-980X(2016)08-0040-02

2016-07-14

馬建強(qiáng)（1992-），男，山西大同人，大學(xué)本科。