汽车超载的控制研究.doc
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1、汽车超载的控制研究 摘要:针对当前由于超载而不断引起的重大交通事故,为减少因交通事故而造成人员伤亡和财产损失。本论文设计了一种汽车超载控制装置。装置要保证能够判断机动车是否超载,并且在超载时能够报警和显示超载的重量,保证可以实现对发动机打火系统的控制。本设计采用80C51单片机作为系统处理的核心,利用电阻应变式压力传感器将机动车载重量转换成电压信号;然后通过放大电路将电压信号放大后送到A/D转换转换成数字信号并计算出载重量;所得的结果会送到单片机,单片机与设定的载重量相互比较并且判断汽车是否超载,如果超载LED便会显示超载的重量, 蜂鸣器开始报警;同时利用可控电流开关对汽车的打火系统进行控制,
2、从而最终实现对超载情况进行控制。车辆启动后单片机会对载重量进行关中断,速度传感器发挥作用,这样便可以避免行驶过程中因路面不平,颠簸而造成不必要的熄火。 关键词:80C51单片机,超载控制,传感器,A/D转换器,LEDStudy on the control of vehicle overloadAbstract:In view of the current caused by overload and major traffic accidents, in order to reduce the casualties and property losses caused by traffic
3、accident. This paper designs a kind of motor overload control device. Required to determine whether a motor vehicle overloading, when overload can provide alarm and show the weight of the overload, and can realize the control of the engine ignition system. This design USES 80C51 is the core of the s
4、ystem processes, using resistance strain type pressure sensor converts the vehicle load voltage signal; And then through the voltage signal amplification circuit to enlarge A/D conversion converts the digital signal and calculate the load; The load will be sent to the microcontroller, single-chip mi
5、crocomputer and setting capacity comparison and determine if overload, if the weight of the LED display overload overload, buzzer alarm beginning; At the same time with controllable current switch to control the cars ignition system, so as to ultimately achieve to control the overload situations. Ve
6、hicle starts microcontroller to off load interruption, speed sensor, to avoid driving in the process of road uneven, turbulence and cause unnecessary stall. Keywords: 80C51, overload control, sensor, A/D converter, LED 目 录摘要Abstract目录1 绪论11.1 课题的提出及意义11.2 国内外汽车超载研究现状21.3 研究内容和需解决的问题32 汽车车架的受力分析42.1
7、整车对车架的要求42.2 车架的受力情况分析42.3 车架的结构分析43 传感器的选择及性能分析83.1 传感器的基本概念83.2 测力传感器83.2.1 测力传感器的选择83.2.2 电阻应变式传感器工作原理及测量电路93.2.3 电阻应变式传感器的安装133.2.4 选用传感器的型号133.3 汽车轮速传感器143.3.1 轮速传感器的选择143.3.2 霍尔效应式轮速传感器的工作原理153.3.3 霍尔轮速传感器的测量电路173.3.4 霍尔效应式轮速传感器的安装部位174 超载控制系统设计194.1 放大电路设计194.2 A/D转换204.2.1 A/D转换原理204.2.2 A/D
8、转换器选用的原则214.3 单片机设计224.3.1 80C51单片机的结构234.3.2 80C51单片机引脚及其功能234.4 报警器控制电路254.5 汽车点火控制系统264.5.1 点火系统的功用264.5.2 点火系统的工作原理264.6 控制系统的总电路图及工作原理275 程序设计325.1 系统主程序设计325.2 A/D转换模块设计335 .3 报警模块设计346 总结35参考文献36致谢38IV1绪论1.1选题的背景 车辆超载有以下主要危害:1.车辆超载会增加车辆对路面的损害,全国公路每年因车辆超载造成的损失超过300亿元。2.容易引发道路交通事故,汽车核载确定是有科学依据的
9、,在核载范围内载货汽车的安全性包括良好的制动性和操作的稳定性是有保障的,超限车辆大多是采取了更换高压轮胎,加厚钢板弹簧,加高车辆栏板的改装车辆,而其操作、制动和传动系统仍保持出厂的配置。据调查表明,如果一辆车的超载量超过规定值的50%以上,那么这辆车的协调性、制动性就会变得特别差,特别容易引发交通安全事故。而在近几年,随着经济的发展和科技的进步,我国现代交通运输业取得了快速发展。与此同时,道路交通事故却频频发生。据统计,在2001年至2010年这10年里,我国已经有近90万人死于各类道路交通事故【1】。3.扰乱了国家养路费以及路桥收费政策,制造出新的不公平由于我国目前所有公路收费基本都是按车辆
10、核定吨位收费,“大吨小标”超载车辆的泛滥,导致单位运输成本降低。这样,运输者通过超载超限可以提高利润水平,降低其运输成本,这样就可获得比守法经营者更多的利润。对国家来讲,漏征了大量规费,我国每年因超限超载而偷逃的养路费、路桥通行费不计其数,据专家估算,车主通过超限超载每获利1000元,国家就损失6000元;对于遵纪守法的人来说,无疑是不公平的。4.严重的影响了我国汽车产业的健康发展和技术进步汽车产业是我国国民经济的支柱产业,如果任生产“大吨小标”车辆的现象发展下去,中国的载货车和世界水平的差距将会越来越大。5.降低了公路使用效率,污染了环境超载车辆车速一般都很低,特别是在高速公路上,严重超载车
11、辆一般只能行驶3040km每小时,有的更低,造成了高速公路低速行驶尴尬局面的发生。目前,治超主要采用经济手段和一些制度法规来控制,虽然在一定程度上减少了车辆超载的现象,但某些时段超载现象还是屡禁不止,并不能从根本上解决问题。因此,在采取行政监督管理的同时,通过科学技术手段来制止超载现象也有着极其重要的意义和实用性。因车辆超载造成的损失超过300亿元,因此对汽车超载的研究已是刻不容缓。1.2国内外汽车超载研究现状1.2.1 国外汽车超载研究 20 世纪,国外所有的国家几乎都存在汽车超载运输的现象,根据调查美国和德国的货运汽车中汽车超载的数量都在 50%左右,相对而言情况稍好的日本也达到 20%。
12、为此,20世纪50年代,国外许多国家如美国、韩国、日本等国都在开始研究汽车动态称重系统,想通过利用汽车动态称重技术来避免汽车超载对公路造成早期破坏等,并取得相应的成果。日本广泛使用固定或移动称重设备对超限车辆进行检测。在高速公路收费站设有电子秤测量轴载。大型货车还要安装货物自动测重仪。国外卡车多采用空气弹簧,车辆超载不能行驶。制定相应法规,严厉制裁超载相关人员。1.2.2 国内汽车超载研究国内在超载检测技术方面起步晚,还处于探索阶段。如图 1.2所示为杭州四方电子衡器厂研制的一种 DCS 固定式超限检测/计重收费系统。 图1.2 DCS系统实景图 同时,我国也开始引进国外汽车载荷监控方面的技术
13、,如云南航天新技术工程有限公司年与 1999 年引进了德国 PAT 载荷监控产品,同年获得了国家级计量器具型式批准证书。总体而言,国内对超载控制大多是通过一些相关的政策实现,对超载检测技术研究起步晚、时间也比较短,尽管也对动态称重系统进行了研究,但是研究过程中,对诸多影响汽车动态称重的因素分析不深入,而只是进行了简单的处理,导致检测精度不高。1.3 本论文主要内容本论文研究汽车超载检测系统,通过对汽车车架进行受力分析,选择电阻应变式传感器。随后设计出合理的报警系统,要求当汽车超载时,报警系统启动,并对汽车的点火系统进行通断控制,使汽车不能正常启动。1.4 拟解决的关键问题 本系统需要解决的关键
14、问题如下: (1)对车架进行受力分析,找到其最大受力处。 (2) 根据量程和使用环境选择合适的传感器,并将传感器安放在车架最大受力处。 (3)当车辆在行驶中,不超载的汽车由于路面颠簸而发出错误警报。 (4)设计合理的报警系统,并能使汽车在超载情况下不能正常启动。2汽车车架的受力分析汽车车架俗称“大梁”。它是整个汽车的装配基础。2.1整车对车架的要求车架是整车各总成的安装基体,对它有以下要求:1.有足够的强度。要求受复杂的各种载荷而不破坏。要有足够的疲劳强度,在大修里程内不发生疲劳破坏。2.要有足够的弯曲刚度。 3.要有足够的扭转刚度。4.尽量减轻质量,按等强度要求设计。2.2车架的受力情况分析
15、1.垂直静载荷: 车身、车架的自重、装在车架上个总成的载重和有效载荷(乘员和货物),该载荷使车架产生弯曲变形。2.对称垂直动载荷: 车辆在水平道路上高速行驶时产生,其值取决于垂直静载荷和加速度,使车架产生弯曲变形。3.斜对称动载荷 在不平道路上行驶时产生的。前后车轮不在同一平面上,车架和车身一起歪斜,使车架发生扭转变形。其大小与道路情况,车身、车架及车架的刚度有关。4.其它载荷4.1汽车加速和减速时,轴荷重新分配引起垂直载荷。4.2汽车转弯时产生的侧向力。4.3装在车架上总成(方向机、发动机、减振器)产生的作用反力。 车架CAE分析时一轮悬空这种极限工况,即解除一个车轮的约束,分析车架弯扭组合
16、情况下的最大应力。2.3车架的结构分析1.车架的基本结构形式 边梁式(载货车、大客车常用结构) 框式 周边式(复杂的边梁式,越野车、轿车常用) 车架 X型式(X型横梁,抗扭性能强) 脊梁式(抗扭性能好) 综合式(前后框式、中间脊梁式)目前公司各种车架基本都是边梁式车架。2.车架宽度的确定车架的宽度主要由前后轮距确定的,确定车架的宽度按以下原则进行:车架前部宽度主要考虑前轮的最大转角,选用成型的方向机要考虑方向机的安装,有时结合驾驶室的安装统一考虑。车架中部的宽度要考虑发动机及发动机附件(排气管、变速操纵杆)的安装。为考虑高速车的稳定性,希望增加车架后部宽度,以便能加大后簧托距。如BJ1027A
17、和CA1026的托距都很大。对双胎车,车架后部宽度取决于轮胎、板簧、车架三者的间隙。从简化工艺的角度看,最好做成前后等宽,对低价位的产品,这一点很重要。考虑标准的要求,我国汽车专业标准规定中型载货车边梁式车架的宽度为8645mm。典型结构: 轿车、微型车和单胎轻型车车架做成窄后宽结构,前部窄是为了增大前轮转角。从发动机安装处开始加宽。 双胎载货车,做成前宽后窄结构。如1028非独立悬架的都市小卡和NPR。 1049(NKR55LL)是以上两种车架的综合,前部宽度630、中部740、后部700。 NHR单胎车型前部宽度630,中部中部740、后部800。3.纵梁的型式、主参数的选择3.1纵梁的型
18、式纵梁主要有以下五种形式:槽型薄壁断面、闭口薄闭断面、Z字型断面、工字型断面等。其中重型载货汽车和超重型载货汽车采用工字型结构截面的型材,Z字型断面不常用。在此主要讨论前面两种结构形式的纵梁断面。两种结构(相同的断面面积)的优缺点如下:型式图示抗弯性能抗扭性能材料利用率固定资产投入总布置方便性变形方便性车架工艺应用情况槽型薄壁断面好很差较好大好差铆接为主,小部分焊接批量应用于各种载货、中型和轻型载货车辆闭口薄闭断面(成型管)较差较好差小较差好焊接部分轻型车,如BJ1022、现代小货车,部分越野车闭口薄闭断面(焊接结构)一般很大好差焊接微型货车、皮卡、越野车3.2纵梁主参数的选择3.2.1要满足
19、强度和刚度需要,具体从以下三个方面考虑:根据轴距对车架刚度的初步验算;同类车型的类比分析。初步的强度计算。3.2.3车架纵梁要尽量简单,减少断面急剧过度及弯曲,减少应力集中。3.2.4通过CAE分析,最终确定车架强度和加强板的形状和结构形式。 对槽型梁结构,要注意纵梁高宽比的确定,通常范围为2.83.5之间,例如1029车架为170/55=3.09比较合适。1046E6为195/55=3.54,宽度偏小。4.车架的横梁及结构形式 车架横梁将左、右纵梁连接起来,构成一个框架,使车架有足够的扭转刚度。汽车的主要总成也靠横梁支撑。具体的确定的原则如下:4.1要确保车架前部的扭转刚度。对独立悬架车型,
20、更要注意。4.2板簧支架和吊耳处尽量设置横梁,以降低纵梁的应力和变形。后板簧前后支架处力和转距很大,一般设置一根抗扭刚度大,连接宽度的横梁。4.3发动机部位,尽量设计简易的横梁,减少纵梁变形。4.4合理设计横梁与纵梁的连接方式及结构.4.4.1横梁和纵梁的腹板连接,工艺简单,连接刚性差,但不会使纵梁出现大的应力,车架中部采用这种连接。4.4.2横梁与纵梁腹板及翼面(上或下)相连接。 工艺并不复杂,应用广泛。但后板簧托架的力会通过纵梁传递给横梁,因此要减少板簧托架的悬伸长度,使载荷点尽量靠近纵梁弯曲中心。4.4.3对受力较大的结构附件,要注意其与车架纵梁的连接方式,避免因纵梁局部应力过大造成纵梁
21、开裂。注意减振器支架、驾驶室支架、板簧支架、发动机支架的设计。5.车架的连接方式和特点 车架的连接方式有铆接、焊接和螺栓连接三种:5.1铆接车架:铆接成本较低,常适用于于大批量生产,其刚度与铆钉的数量分布有关,因此铆钉布置设计很重要。5.2焊接车架:常用于小批量生产和修理。5.3螺栓连接: 特殊使用条件和特殊用途的车架采用。但长期使用,容易产生松动,易发生严重的质量事故。一般汽车的纵梁和横梁的连接不采用这种方式。 无论是焊接车架,还是铆接车架,紧固件的数量和尺寸应和横梁的大小相适应,铆钉分布不要太近。当利用连接板的翻边紧固时,应加大连接板的宽度和厚度,紧固孔应靠近翻边处,防止连接损坏。6.载货
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