摘 要

本课题以地下电动工程车为平台，设计电动工程车在无人驾驶模式下代替转向系统发挥转向功能的导向机构。设计目的是让电动车处于无人驾驶的模式下，在极其狭窄的地下通道内，通过导向轮与墙壁的贴合自主转向，避免与障碍物碰撞。课题以转向时导向机构受力、运动分析、参数的计算校核以及快拆机构的设计为中心。首先，对导向机构进行概述，其次，对导向机构布置形式进行选择，对导向机构零件尺寸参数进行计算，对工程车导向机构进行变形、应力强度分析，最后，进行三维虚拟建模。

进行对导向机构参数设计进行计算时，运用了具有强大运算功能的Matlab进行快速编程运算。运用简单的程序语句，能够在参数变化时，快捷地得到相应的结构设计参数。进行对零部件强度校核分析时，运用Ansys软件得到最大应力点和最大变形点，提出改善意见。运用Catia进行三维建模，导出工程图，最后在AutoCAD中进行修改完善。通过Catia建模，导入3Dmax软件中进行修饰，在Unity软件中进行虚拟设计。

关键词：导向机构，快拆装置，无人驾驶，虚拟建模

Abstract

The design of the project for the electric engineering vehicle-oriented mechanism of the virtual design, the steering mechanism is specially designed for specific engineering vehicles. The purpose of the design is to let the electric car in the unmanned circumstances, in the very narrow channel, through the guide wheel and the wall of the self-adaptation to avoid collision with the obstacles. Will have a power assisted steering system as a platform for the project, the subject to turn, the steering mechanism of force, motion analysis, parameter calculation and quick-release mechanism design as the center. First of all, to guide the organization to outline, the second is the design of the relevant data before the calculation of the three parts of the guiding mechanism for the initial selection of the parameters, the fourth is the role of the steering mechanism in the direction of the independent steering force analysis, The design of the parameters of the organization to check, and three-dimensional virtual modeling.

In the process of checking and optimizing the parameters of the steering mechanism, Matlab is used to optimize the calculation function with strong optimization function. Using a simple program statement, the parameters can be changed quickly, the corresponding two-dimensional curve and reliable data analysis. Finally, the design, the use of Catia three-dimensional virtual modeling, export two-dimensional map and assembly diagram, and finally to AutoCAD to modify and improve.

Key words: guide mechanism, quick release device, unmanned, virtual modeling

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1汽车导向机构的概述 1

1.2导向机构国内外发展现状及发展趋势 1

1.3研究内容及构成 2

第2章 导向机构性能要求 3

2.1工程车转向分析 3

2.2工程车导向机构的性能要求 3

2.3工程车基本技术参数 4

第3章 导向机构的设计 5

3.1导向轮位置的选定 5

3.2导向机构结构分析 5

3.3滚动轴承的选择及校核 7

3.4缓冲弹簧的设计计算 9

3.5导向支撑杆布置与设计 12

第4章 快拆装置的设计 16

4.1球接头快拆 17

4.2截锥螺旋压缩弹簧设计计算 17

4.3连接键设计及校核 20

4.4电磁铁设计 21

4.5快拆球接头三维建模 24

第5章 导向机构有限元分析 26

5.1导轮有限元分析 26

5.2横杆有限元分析 27

5.3纵杆有限元分析 28

5.4稳定杆有限元分析 30

第6章 工程车导向机构虚拟建模 31

6.1基于Catia导向机构建模 31

6.2基于3Dmax、Unity导向机构虚拟设计 32

第7章 结论与展望 34

7.1结论 34

7.2展望 34

参考文献 35

附录 36

致谢 38

第1章 绪论

1.1汽车导向机构的概述

工程车在道路上行驶时，按照驾驶员的意志改变行驶方向。当工程车驶入地下管道内时，受困于管道的宽度，人为操纵工程车的行驶方向就变得异常困难。在管道内，工程车改为无人驾驶模式，其转向也不在受转向系统控制，因此，需设计一套导向机构作为无人驾驶模式时的主要转向机构。

工程车行驶时，左右两侧的导向轮通过预压与墙壁接触。导向轮通过自转，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，以减少行驶过程中的阻力。导向轮支承杆一端通过弹性元件与导向轮连接，转向时，压缩弹性元件产生转向所需的力矩。另一端与转向节连接，将弹性元件压缩产生的转向力矩传递给转向轮。同时，为了断开转向轮与转向器的连接，需在转向系中设置一个快拆装置，减小导向阻力。

导向轮、导向轮支承杆、弹性元件、转向节、快拆装置共同构成了导向机构。

1.2导向机构国内外发展现状及发展趋势

导向机构是针对特定的环境下，驾驶员操纵转向系不能满足转向行驶条件时，发挥自主转向作用的机构。正常情况下的行驶条件，并不需要此机构发挥转向作用。因此，不是所有的车辆都需要导向机构，只有针对特定环境下的工程车才需要此机构提高车辆性能，所以对其研究的文献有限，而转向系统则是车辆研究的重点之一。转向系统经历了纯机械式、液压助力式、电动助力式三个阶段，并有向线控转向系统发展的趋势。英菲尼迪Q50率先安装线控转向系统，实现转向盘和转向器的分离。为了避免三个ECU同时失效而引起转向失灵，Q50仍然保留了纯机械式转向部分。同时，无人驾驶技术的逐步成熟，使得无人驾驶转向功能越来越稳定。