一種基于直流電機(jī)的校車臂的研發(fā)

摘 要：國內(nèi)校車資源匱乏，事故頻發(fā)，引發(fā)了社會(huì)各界對校車安全的關(guān)注與思考。2012年3～4月份國家相關(guān)部門在廣泛征求國民意見之后，出臺了《校車安全管理?xiàng)l例》，相比于以前校車法規(guī)，新法規(guī)除了結(jié)構(gòu)上有較大改變之外，另外一個(gè)特點(diǎn)就是安裝校車停止信號臂。目前我國的校車所使用的校車臂進(jìn)口居多，價(jià)格太高。國內(nèi)一些廠家雖然也有生產(chǎn)校車臂的，但質(zhì)量與國外相比相差甚遠(yuǎn)。本論文就是介紹一種新型校車臂的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：校車臂 停車牌 電機(jī)

中圖分類號：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0070-01

校車臂的工作原理：校車停車指示牌采用國際通用的渦輪蝸桿減速器，配備大功率電動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生一定的扭力，使校車停車指示牌流暢的伸展或回收。在校車停車指示牌伸展時(shí)，4個(gè)警示指示燈（每面各2個(gè)）交替閃爍提醒過往車輛行人注意安全。防止學(xué)生上下車與行人、自行車、摩托車等輕型交通工具發(fā)生碰撞，導(dǎo)致學(xué)生傷亡的交通事故。校車臂的反光膜使用的逆反射材料符合GB/T 18833 規(guī)定的二級或一級反光膜的要求，校車停車指示牌由校車駕駛員通過車內(nèi)控制開關(guān)控制停車牌展開或回收。校車停車指示牌展開至車輛垂直面時(shí)自動(dòng)停止并鎖定，可承受10 kg的碰撞力。校車停車指示牌回收至與車身平行時(shí)自動(dòng)停止并鎖定。如果校車停車指示牌出現(xiàn)損壞或控制系統(tǒng)失效，則可以通過手動(dòng)使其回到收起位置。

校車停車牌驅(qū)動(dòng)程序由司機(jī)控制，以左側(cè)的伸縮來警告正在行進(jìn)的交通車輛。停止手臂位于校車前面的突出位置，在框內(nèi)印有“停止”標(biāo)志。

校車臂上的校車牌要正常工作，首先必需有驅(qū)動(dòng)設(shè)備，在此設(shè)備中我們使用永磁雙向直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備，所以首先是電機(jī)的選型，即所選電機(jī)必需滿足機(jī)械傳動(dòng)軸的基本載荷，在此基礎(chǔ)之上確定電機(jī)的功率。計(jì)算公式如下：

式中：為電機(jī)功率（W）；

為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度（rpm）；

為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm）。

而負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：

=9.8（Nm）

式中M為停車牌的重量；G為重力常數(shù)（9.8）；L為停車牌的長度。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求電機(jī)運(yùn)行速度為10 mm/s，兩式合并得：

故上式為

為了防止電機(jī)超載，根據(jù)以上公式所取得結(jié)果，選取電機(jī)的功率為12 W。

電機(jī)型號確定之后，還需對電機(jī)進(jìn)行控制，接下來就是設(shè)計(jì)直流電機(jī)控制器。

電機(jī)控制器采用飛思卡爾MC9S12XS

128作為主芯片實(shí)現(xiàn)對校車牌用無刷直流電機(jī)的控制，這種單片機(jī)速度快，片內(nèi)資源豐富，且抗干擾能力強(qiáng)。該單片機(jī)接口模塊包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM 等接口模塊，在汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的用途。XS128單片機(jī)片內(nèi)資源有8 K RAM、128 K Flash、8 K Data Flash；具有SCI、SPI、PWM 等串行接口模塊；脈寬調(diào)制即PWM模塊可以設(shè)置為4路8位或者2路16位輸出。而在本設(shè)計(jì)中用到的模塊有：SCI、PWM、ECT、TIMER。

速度控制環(huán)節(jié)部分采用開環(huán)控制，但要根據(jù)MOSFET輸出電流的大小確定PWM信號輸出。整個(gè)系統(tǒng)主要由電壓檢測電路、電流檢測電路、霍爾位置檢測電路、驅(qū)動(dòng)信號預(yù)處理電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、過流保護(hù)電路等構(gòu)成。該設(shè)計(jì)不僅要實(shí)現(xiàn)校車牌正常使用時(shí)應(yīng)具備的基本性能，還要通過增加欠壓檢測電路、過流保護(hù)電路、同步整流電路等措施來提升電機(jī)運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性，使校車牌用無刷雙向直流電機(jī)具備更持久的生命力。

機(jī)械部分設(shè)計(jì)，按照國標(biāo)要求設(shè)計(jì)停車指示牌上邊緣平行于與駕駛員后面乘員窗下邊緣相切的水平面并位于其下方，且相距不超過150 mm。停車指示牌的縱向安裝位置，應(yīng)在駕駛員能觀察到的區(qū)域內(nèi)。停車指示牌伸出時(shí)，其外邊緣距離車輛與停車指示牌安裝接觸處不大于610 mm；停車指示牌收起時(shí)，其外邊緣距離車輛與停車指示牌安裝接觸處不大于160 mm，且應(yīng)該往車輛的后方收起。

按下正轉(zhuǎn)開關(guān)，電機(jī)在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下正向旋轉(zhuǎn)90°，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)安裝在電機(jī)軸上方的驅(qū)動(dòng)齒輪的正向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸在軸承中轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng) 連接板的轉(zhuǎn)動(dòng)，連接板又帶動(dòng)著停車牌正向轉(zhuǎn)動(dòng)90°，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)校車牌的張開。

反之按下反轉(zhuǎn)開關(guān)，電機(jī)在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下反向旋轉(zhuǎn)90°，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)安裝在電機(jī)軸上方的驅(qū)動(dòng)齒輪的反向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸在軸承中轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連接板的轉(zhuǎn)動(dòng)，連接板又帶動(dòng)著停車牌反向轉(zhuǎn)動(dòng)90°，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)校車牌的收縮。

通過齒輪簡單的嚙合和機(jī)械運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)校車停車牌的張閉，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且工作可靠，噪音小，取得了較好的效果。

為了保證校車停車牌的安全性，停車牌上安裝了LED大燈，當(dāng)校車牌張開的時(shí)候，LED大燈以70 次/s的頻率閃爍，以引起行人、車輛以及其他非機(jī)動(dòng)車輛的注意。

校車臂還與整車中央控制器利用can協(xié)議進(jìn)行通訊，以便電機(jī)控制器獲取校車的工作狀況。根據(jù)校車的工作狀況，校車牌會(huì)自動(dòng)采取一些必要的安全措施進(jìn)行工作。如校車在行駛的過程中，速度大于10 km/h時(shí)，此時(shí)按下開關(guān)，校車臂是不能正常工作的，當(dāng)校車起步的時(shí)候，如駕駛員忘記關(guān)掉收回校車牌，則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)校車的速度，自動(dòng)收起校車牌，使校車工作更加安全可靠。

參考文獻(xiàn)

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