论文总字数：8371字

摘 要

随着工业技术和社会经济的发展，人们对汽车安全性的要求越来越高。而限滑差速器就是关乎汽车安全性能的一个部件，限滑差速器能够提高汽车的平稳性和通过性，所以，在设计汽车时是一个重点设计。限滑差速器能够在起到差速功能，并且在湿滑路面发生打滑现象时，也能起到限滑作用。本此设计以内齿轮泵限滑差速器为设计基础，为限滑差速器设计一套可行的控制系统方案。

本次设计对常见的的内齿轮泵限滑差速器控制方式进行了分析，对控制系统的控制原理具体的解释，并且根据设计工作选择了性能合适的高速电磁开关阀并对其进行了性能分析，同时为其设计了相应的脉宽调制驱动电路，随后选择并设计了微控制器MPC5634M部分的最小系统以及其控制电路，并进行了相应的部分软件学习与设计。

关键词：限滑差速器；内齿轮泵；电磁开关阀；控制系统；微控制器

Abstract

With the development of industrial technology and social economy, people have higher and higher requirements for automobile safety. The limited slip differential is a component related to the safety performance of the vehicle. The limited slip differential can improve the vehicle's stability and trafficability, so it is a key design in the design of the vehicle. The limited slip differential can also play a role of limiting slip when it plays a differential function and slip occurs on a slippery road. This design is based on the internal gear pump limited slip differential, and a feasible control system scheme is designed for the limited slip differential.

In this design, the common control mode of limited slip differential of internal gear pump is analyzed, the control principle of control system is explained concretely, and the high-speed electromagnetic on-off valve with proper performance is selected according to the design work, and its performance is analyzed. At the same time, the corresponding PWM drive circuit is designed for it, and then the most important part of mpc5634m microcontroller is selected and designed Small system and its control circuit, and the corresponding part of the software learning and design.

Key Words: Limited slip differential; Internal gear pump; Solenoid switch valve; Control system; Micro controller

目 录

摘 要 I

Abstract I

第1章 绪论 1

1.1 设计目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 设计的主要内容 3

1.4 设计目标 3

第2章 内齿轮泵限滑差速器的原理及部分结构 4

2.1 限滑差速器的工作原理 4

2.2 高速电磁开关阀结构 5

第3章 控制系统硬件设计 6

3.1 硬件功能规划 6

3.2 硬件电路设计 7

第4章 MPC5634M产生PWM波的程序实现 7

第5章 总结 7

参考文献 8

致谢 9

第1章 绪论

随着我国国民经济的迅猛发展，国内居民的生活水平也在不断的提高，在衣食住行等方面也有了较高的要求，越来越多的家庭选择购买一辆汽车作为家庭外出代步的工具；越来越多的人开始关注有关车辆的信息，包括车辆的品牌、价格、性能以及能耗等。而限滑差速器就是关乎汽车性能的一个部件，限滑差速器对提高汽车行驶平稳性和其通过性有着重要的不可替代的的作用，是汽车设计的中的重点。

1.1 设计目的及意义

本设计以内齿轮泵限滑差速器为研究方向，并对其控制系统进行设计，设计目的如下

1.设计一套内齿轮泵限滑差速器的总体方案，并对该系统进行结构优化，提高其强度和使用寿命，并减少其生产或维修成本。

2.对系统中的高速电磁开关阀进行选型设计，并对开关阀的电源和驱动电路进行设计，确保其能快速、准确及稳定的响应。

3.设计微控制器及其驱动电路，合理布局。

4.设计一套计算机控制系统，利用单片机实时反馈传感器信息，对系统进行实时调整，保证控制系统的快速性、准确性、稳定性。

在汽车驶入弯道处时，内外两侧的车轮由于有相同的角速度，所以会导致线速度的不同，两侧车轮出现转速差，外侧的车轮线速度较大而内侧的车轮较小，因此外侧的车轮轮速要比内侧的车轮高。通常来说，汽车两侧的轮速是一样的，所以在转弯时会有一侧的车轮发生打滑。这种情况下，就会出现我们所说的转向不足或者转向过度。为了解决这些问题，限滑差速器应运而生。限滑差速器的最主要作用就是在汽车车轮发生打滑现象时，也就是在两侧车轮车轮转速发生差异时，重新对两侧车轮进行扭矩分配，来实现我们所需要的转速。图1为限滑差速器的工作原理简图：

图1 限滑差速器的工作原理

所以，设计内齿轮泵限滑差速器控制系统有以下意义：

1.有利于提高内齿轮泵限滑差速器的强度以及使用寿命。

2.有利于实现内齿轮泵限滑差速器的标准化，提高内齿轮泵以及差速器的互换性，降低其的制造和维修成本。

3.有利于提高内齿轮泵限滑差速器控制系统的性能，使其快速性、准确性、稳定性大大提高。

1.2 国内外研究现状

国外的差速器研究进行的时间较长，所以技术积累也比较雄厚，产品也较为先进。大约在上世纪60年代的末期，德国的Kasselmann等人就萌生了将汽车的反向盘和汽车的车轮进行导线链接的想法，也就是电子转向系统，但他们由于受限与但是的理论和技术反面的限制，迟迟没有成功这个想法也没能在当时付诸现实。在1990年，奔驰公司开始了电子转向系统的进一步研究，并且开发出来了电子差速系统，同时将该系统应用在了他们的概念车F400Cvaring上。随后，世界上其他的有名的大厂也开始了研究电子转向系统。到目前为止，已经有许多的公司开发并应用了电子差速系统。

在日本，TOKO技术研究所完成了自己的电子差速系统和电子转向的开发工作，通过他们发表的研究和实验结果，我们可以发现，在加入了电子差速系统后，汽车在地面摩擦系数较低的雪地上进行预定轨迹运动时，相比较于传统的未加入电子系统的转向系统，汽车的轨迹偏移即路径跟踪性能有了很大的提高。日本本田汽车公司和一些大学对这些电子系统也进行了理论研究和模拟。

在国内，由于起步较晚，所以在技术方面存在了许多落后，但最近几年，国内的研究团队、研究所也逐渐取得了一些进展，比如说国内的同济大学就发表了一种能够保证车辆在运动途中，每个车轮都与地面保持纯滚动的状态，以此来减小地面与车轮间的摩擦力，从而延长了汽车各部件的使用年限。

我国中科院电工研究所电动汽车研究团队就对电动汽车电器驱动技术进行了许多研究。并且与中科大连化物所、东风汽车公司合作，成功研制出了一辆在国内具有重大意义的汽车，一辆具有自主知识产权的燃料电池电动汽车。在随后的研究中，又提出了基于自由轮转速信息的驱动防滑控制理论以及汽车在转向的过程中所面临的动力学原理。

所以说，虽然国内在汽车的差速控制领域起步较国外晚，并且在技术和理论方面都有所不及，但在近几年国内研究团队的追赶下，我们的差速控制还是取得了不错的进展，斌且取得了一部分的研究成果，还是令人非常惊喜的。但同时，我们也看到了与国外研究任然存在一定的差距。

1.3 设计的主要内容

本次设计的主要内容有：

1、完成内齿轮泵限滑差速器的总体方案设计，包括内齿轮泵和差速器的选择分析等。

2、完成高速电磁开关阀选型设计和性能分析，主要保证开关阀精度、强度足够。

3、完成告诉电磁开关阀电源和驱动电路设计，设计时应考虑提高开关阀的响应速度以及准确度。

4、设计微控制器及其驱动电路，完成最小系统和周围电路的设计，合理布局。

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