Система управления положением кресла водителя

АННОТАЦИЯ

В этой работе разработаны алгоритм и система управления положением кресла водителя, а также синтезирована микроконтроллерная система управления. Она предназначена для увеличения комфортабельности поездки в автомобиле. Рассмотрены и оценены возможные факторы, влияющие на процесс управления объектом.

THE SUMMARY

In this work is designed algorithm and managerial system by position of the easy chair of the driver, as well as synthesized микроконтроллерная managerial system. She is intended for increase comfort trips in car. They are considered and evaluated possible factors, influencing upon process of object management.

РЕФЕРАТ

Выпускная работа содержит 44 страницы машинописного текста, 11 рисунков, 1 таблицу, 3 источника.

Система управления, микроконтроллерная система, пространственно положение, давление

Цель работы – разработка системы управления положением кресла водителя.

В процессе выполнения работы были рассмотрены особенности управления автомобильным креслом. Синтезирован алгоритм управления креслом водителя с учетом различных внешних факторов.

Разработана микроконтроллерная система управления положением кресла водителя.

Рассмотрена экономическая целесообразность проекта.

Рассмотрена безопасность и экологичность данного проекта.

Результатом работы является система управления положением кресла водителя.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 6

1 Автомобильное кресло, как объект управления.. 8

2 Математическая модель. 12

2.1 Математическая модель двигателя постоянного тока (ДПТ) 14

2.2 Алгоритм функционирования системы.. 18

3 Разработка структурной схемы.. 20

4 Устройство отдельных блоков системы.. 22

4.1 Микроконтроллер. 22

4.2 Канал 1. 26

5 экономическое обоснование проекта.. 30

5.1 Стоимостная оценка разработки. 30

5.2 Стоимостная оценка изделия. 32

6 Безопасность и экологичность проекта.. 33

6.1 Системный анализ безопасности и надежности при эксплуатации. 33

6.2 Меры по устранению отказов. 36

6.3 Защита окружающей природной среды и утлизация устройства. 38

7 Социальная значимость проекта.. 44

Заключение. 45

СПИСОК литературы.. 46

ВЕДЕНИЕ

В последнее время в связи с развитием непроизводственных сфер труда, человек стал много времени проводить сидя. Для того, что бы длительное нахождение в сидячем положении не доставляло больших неудобств, а как следствие не отвлекало от работы, сиденье должно быть удобным. Однако это не просто, так как у каждого человека индивидуальные потребности, связанные с формой тела, полнотой и рядом других факторов. Но производить сиденья для каждого человека индивидуально не представляется возможным.

Существует ряд видов деятельности, где сидеть необходимо. Примером может служить вождение автомобиля. Отличительной особенностью здесь является то, что водитель не может отвлекаться от дороги, что затрудняет его действия, в том числе в целях обеспечения собственного комфорта. Для водителя во время движения является проблемой изменить форму сиденья, так как это затребует некоторых усилий и отвлечения внимания от дороги, что может привести к печальным последствиям. Однако при длительных поездках изменение формы сидения необходимо, так как тело устает, находясь в одном и том же положение без движения. Решением этой проблемы может служить сиденье, оснащенное приводами и системой управления к ним. Такая система будет отбирать минимум внимания и не потребует никаких физических затрат водителя.

Тема дипломного проекта является актуальной, так как целью своей имеет создание комфорта для людей находящихся в автомобиле, что в свою очередь является немаловажным фактором при обеспечении безопасности на дороге.

Целью дипломной работы является разработка системы управления положением кресла водителя.

В работе решаются следующие задачи:

- разработка моделей и алгоритмов управления объектом с учетом особенностей данного объекта;

- разработка структурной и принципиальной схем системы управления.

Результаты работы являются практически полезными, т.к. могут найти применение при разработке реальных систем управления для применения их в автомобильных креслах, или же офисной мебели.

В первом разделе данной работы рассматриваются принципы построения управляемого объекта, его структура, особенности и проблематика управления системой на различных этапах управления.

Во втором разделе определяются входные, возмущающие и выходные переменные, описывается модель управляющего элемента, формулируется алгоритм функционирования системы в целом.

В третьем разделе описывается структурная схема системы в целом и основные принципы ее функционирования.

В четвертом разделе производится детальное описание частей системы.

В пятом разделе приводится экономическое обоснование актуальности разрабатываемого проекта, определяются капитальные и энергетические затраты.

В шестом разделе производится оценка напряженности труда разработчика, анализ условий труда разработчика и мероприятия по устранению вредных факторов, экологичность работы.

1 Автомобильное кресло, как объект управления

 

Суть управления автомобильным креслом состоит в том, чтобы расположить его необходимым образом в трехмерном пространстве. У него должен меняться угол наклона спинки, положение подушки и уровень подъема подголовника.

Схематически автомобильное кресло с возможными вариантами регулировок показано на рис. 1.

Рис. 1 Схема кресла с возможными вариантами регулировок

На рис. 1 изображена пространственная модель кресла. Оно состоит из основания сиденья, подушки, спинки и подголовника. Основание сиденья перемещается в продольном направлении, в заданных пределах от своего начального до конечного положения. У подушки сидения различают переднюю и заднюю кромки. И передняя и задняя кромки могут подниматься и опускаться в заданных пределах. Спинка сиденья может менять свой угол наклона, а подголовник опускаться и подниматься.

Кроме изменения пространственного положения, в данной модели может быть предусмотрено изменение формы спинки подушки. Для этого оно должна быть оснащена датчиками, расположенными как в спинке, так и в подушке. Схематическое расположение датчиков изображено на рис. 2.

Рис. 2 Расположение датчиков на сиденье

На рис. 2 цифрами обозначены датчики давления, установленные в непосредственной близости с приводами, осуществляющими движение небольшой части сиденья с целью уменьшения давления на него. Подобная система позволит равномерно распределить нагрузку тела на сиденье, что должно повысить комфортабельность. Особенностью этой части является то, что она является полностью автономной, т.е. после ее запуска (нажатия соответствующей кнопки) она сама выполнит настойку, которая будет длиться некоторое, заранее заданное, время. Необходимо только, чтобы с начала ее работы и до конца человек сидел в сиденье, иначе настройка выполнена не будет. Так же желательно, что бы при ее работе человек сидел как можно спокойнее, иначе это может вызвать неправильные показания датчиков, что так же приведет к неверной настройке.

Панель управления всей системой может быть выполнена в виде набора кнопок или тумблеров, которые должны иметь три положения переключения, т.е. два рабочих и среднее, в котором контакты будут разомкнуты. Использование тумблеров в некоторой степени упростит управление, так как если для системы управления формой сиденья достаточно кратковременного замыкания контактов, то для управления его пространственным положением контакт необходимо сохранять до тех пор, пока требуемая часть не перейдет в желаемое положение.

При разработке данной системы, появляется ряд сложностей, с которыми необходимо справляться. К их числу можно отнести такие проблемы как: выбор двигателей, которые должны работать от бортовой сети автомобиля, т.е. 12 В, и при этом способных поднять вес человека; нестабильность бортовой сети автомобиля.

Для того чтобы поднять человека, двигатель должен создавать на выходе достаточно большой момент. Однако, учитывая, что напряжение питания двигателя ограничено напряжением бортовой сети автомобиля. Для увеличения момента на выходе двигателя необходимо использовать редуктор, который, понижая скорость на выходе, увеличит момент вращения.

Как известно автомобиль в то время, когда он не движется, питается от аккумулятора, который имеет на выходе достаточно стабильное постоянное напряжение, в котором отсутствую переменные составляющие. Однако во время движения питание бортовой сети автомобиля переключается на генератор, который выдает не всегда стабильное напряжение и может иметь высокочувствительные пульсации. Подобные импульсы могут привести к нестабильной работе системы, а даже способны испортить элементы схемы, в частности микроконтроллер, замена которого потребует дополнительных затрат. Для того, что бы устранить подобные случаи, на входе системы необходимо использовать сглаживающие элементы, в частности фильтры нижних частот с достаточно узкой полосой пропускания.

При выполнении данной работы должна будет получена система управления, взаимодействующая с человеком. Эта система должна получать сигналы от пользователя (водителя), которые после обработки идут на исполнительные механизмы. Так же должны анализироваться сигналы, поступающие с датчиков, на систему, которые либо накладывают ограничения на работу системы, либо полностью определяют ее. Так как в проекте решаются две относительно не связанные задачи – изменение пространственного положения кресла и изменение его формы, всю систему можно разбить на две составляющие подсистемы. Управление обоими частями должно осуществляться одним элементом, в качестве которого выступает микроконтроллер. Микроконтроллер также связывает панель управления с системой.

2 Математическая модель

При выполнении данной работы должна быть получена система управления, взаимодействующая с человеком. Эта система должна получать сигналы от пользователя (водителя), которые после обработки идут на исполнительные механизмы. Так же должны анализироваться сигналы, поступающие с датчиков, на систему, которые либо накладывают ограничения на работу системы, либо полностью определяют ее. Так как в проекте решаются две относительно не связанные задачи – изменение пространственного положения кресла и изменение его формы, всю систему можно разбить на две составляющие подсистемы. Управление обоими частями должно осуществляться одним элементом, в качестве которого выступает микроконтроллер. Микроконтроллер также связывает панель управления с системой.

При работе на любую систему поступает ряд воздействий, часть из которых предусмотрена самой системой, как правило, контролируема и называется вектором входных воздействий, а часть является неконтролируемой, оказывая в основном вредные воздействия, с которыми необходимо бороться, такие воздействия называются возмущающими или помехой. Сама система, обработав входные воздействия, с учетом возмущения, формирует на выходе некоторый выходной сигнал.

При рассмотрении данной системы входным воздействием является сигнал, поступающий с панели управления. Этот сигнал представляет собой единичный скачок.

На выходе системы стоит двигатель, который осуществляет изменение пространственного положения сиденья, следовательно, именно с него наблюдается выходное воздействие, оказываемое на сиденье. Данное воздействие представляет собой угол поворота двигателя, который в случае спинки передается непосредственно на сиденье, либо преобразуется в поступательное движение подушки или подголовника.

Возмущающих воздействий в системе, как правило, много. Однако в данной системе можно выделить одно, наиболее значимое воздействие, оказываемое человеком, а именно его массой. Это воздействие представляет собой момент сопротивления создаваемый на валу двигателя, что может привести к замедлению скорости последнего вплоть до полной остановки.