基于單片機(jī)控制的教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究

張曉飛，王洪新，曹昌勇，鄔志軍

(皖西學(xué)院 機(jī)械與車輛工程學(xué)院，安徽 六安 237012)

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，汽車擁有量越來越多，人們對教練車的需求也越來越高。目前，我國教練車除某些大型客車具有副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以外，小型教練車只具有副制動(dòng)器、副油門踏板、副離合器踏板以及副后視鏡，這些都是為了滿足教練對車輛的控制需求，但教練車少有能夠滿足教練對汽車方向的控制，這是教練車的一大不足之處。當(dāng)學(xué)員遇到緊急狀況時(shí)，往往因?yàn)榻叹殶o法控制方向而出現(xiàn)意外事故，這使得教練車的安全性有一定的隱患。鑒于此，教練車用副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)成為可能。

1 副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理

教練車正常在行駛過程中與普通車輛基本上沒有區(qū)別。學(xué)員可以在正常車輛的駕駛員位置通過主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制車輛行駛方向，這與正常車輛駕駛方式?jīng)]有區(qū)別。眾所周知，學(xué)員學(xué)習(xí)駕駛的時(shí)候，教練員通常會(huì)坐在副駕駛的位置，這樣便于教練員及時(shí)觀察學(xué)員的駕駛情況。教練車的副轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是在原有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及副轉(zhuǎn)向盤，該系統(tǒng)與汽車主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共用一個(gè)轉(zhuǎn)向器，可以避免兩套轉(zhuǎn)向器工作時(shí)對汽車運(yùn)動(dòng)方向的干涉。當(dāng)行駛遇到緊急情況時(shí)，教練可以操控副駕駛前方布置的副方向盤，實(shí)現(xiàn)對車輛行駛方向的控制，從而保證教練車以及載員的安全。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套控制器，控制兩套轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，控制器開關(guān)布置在副駕駛方向盤附件，當(dāng)開關(guān)開啟時(shí)整套系統(tǒng)工作，避免副駕駛位置人員的誤操作，教練車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置原理圖如圖1所示。

2 副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)可以分為操縱機(jī)構(gòu)、聯(lián)動(dòng)裝置、控制器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電磁離合器、位置傳感器六個(gè)部分。副方向盤通過萬向節(jié)連副接轉(zhuǎn)向軸，副轉(zhuǎn)向軸通過聯(lián)動(dòng)裝置與主轉(zhuǎn)向軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，該聯(lián)動(dòng)裝置由兩個(gè)齒輪組與一根傳動(dòng)軸組成，聯(lián)動(dòng)裝置如圖2所示，其中齒輪4與主轉(zhuǎn)向軸為剛性連接，齒輪1與副轉(zhuǎn)向軸剛性連接，齒輪2、齒輪3與傳動(dòng)軸剛性連接，所以通過旋轉(zhuǎn)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪1，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)向器的控制。在傳動(dòng)軸和主轉(zhuǎn)向軸上安裝電磁離合器，均由車載電瓶供電，二者通過連接控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。從圖2可以看出，教練員根據(jù)汽車實(shí)際行駛情況，對副轉(zhuǎn)向盤施加轉(zhuǎn)向力，通過傳動(dòng)軸、聯(lián)動(dòng)裝置將力傳遞到轉(zhuǎn)向器，再經(jīng)由轉(zhuǎn)向器等轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)完成對汽車轉(zhuǎn)向輪的控制，即完成了汽車的轉(zhuǎn)向控制。

為避免兩套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在緊急情況下的方向控制干涉，在主轉(zhuǎn)向軸和副轉(zhuǎn)向軸分別加裝一套電磁離合器，并通過控制器進(jìn)行自動(dòng)控制。教練車正常行駛狀態(tài)下，主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁離合器接合，副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)離合器處于斷開狀態(tài)，保證學(xué)員的正常駕駛學(xué)習(xí)；當(dāng)遇到緊急狀況時(shí)，教練操控副駕駛系統(tǒng)，副駕駛轉(zhuǎn)向軸上的傳感器檢查到轉(zhuǎn)向軸的位置變化，將信號(hào)傳遞給控制器，此時(shí)控制器將主轉(zhuǎn)向軸電磁離合器斷開，同時(shí)將副轉(zhuǎn)向軸電磁離合器接合，從而實(shí)現(xiàn)只有副駕駛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作，從而避免了緊急狀態(tài)下因?qū)W員誤操作而引起的交通事故。

圖1 教練車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置原理圖

圖2 聯(lián)動(dòng)裝置

3 控制器的設(shè)計(jì)

控制器控制單元選用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行編程控制，控制器原理圖如圖3所示?？刂破鞯妮斎胄盘?hào)為安裝在副轉(zhuǎn)向軸位置的傳感器。當(dāng)幅方向盤轉(zhuǎn)向時(shí)，控制器將通過繼電器控制主轉(zhuǎn)向軸電磁離合器斷開，同時(shí)副轉(zhuǎn)向軸電磁離合器接合；并且同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置，提示載員發(fā)生緊急狀況。正常工作時(shí)，電磁離合器和報(bào)警裝置繼電器的電壓信號(hào)反饋給單片機(jī)，當(dāng)繼電器發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)顯示。電磁離合器、報(bào)警裝置、傳感器均與教練車ECU直接相連，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)直接通過ECU顯示。此外，因轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接關(guān)系到車輛行駛安全，設(shè)置一套備用傳感器，當(dāng)主傳感器發(fā)生故障時(shí)，備用傳感器自動(dòng)啟用。

4 結(jié) 語

本文在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加副轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)從而組成教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并且通過控制單元實(shí)現(xiàn)主、副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系，即當(dāng)教練對應(yīng)的副方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，學(xué)員位置對應(yīng)的主方向盤失效，使得教練車的安全性大大提高，滿足了人們對教練車安全性的需求。

圖3 控制器原理圖