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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,第,4,章 智能汽車設(shè)計基礎(chǔ),計算機輔助設(shè)計,第4章 智能汽車設(shè)計基礎(chǔ)計算機輔助設(shè)計,1,4.1,計算機輔助機械設(shè)計,1,4.2,計算機輔助電路設(shè)計,2,思考題,3,第,4,章 智能汽車設(shè)計基礎(chǔ),計算機輔助設(shè)計,4.1 計算機

2、輔助機械設(shè)計14.2 計算機輔助電路設(shè)計2,2,4.1,計算機輔助機械設(shè)計,1,4.1.1,機械設(shè)計原理,2,4.1.2 AUTOCAD,簡介,4.1 計算機輔助機械設(shè)計12,3,4.1.1,機械設(shè)計原理,為了提高智能車的競技性能，必須了解其機械結(jié)構(gòu)，并且對其結(jié)構(gòu)上的不足之處加以改進(jìn)。通過對歷屆全國智能汽車競賽中各高校的參賽智能車進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，想要取得較好的成績，智能車底盤的優(yōu)化和硬件設(shè)備的可靠性所占的比重要大于軟件程序及其控制策略所占的比重，因此有必要對智能車的機械原理進(jìn)行一定的了解。,機械設(shè)計原理就是研究機械的基本理論及設(shè)計技術(shù)等問題。具體來說，研究內(nèi)容主要有以下幾個方面：,4.1.1

3、機械設(shè)計原理 為了提高智能車,4,4.1.1,機械設(shè)計原理,（,1,）機械設(shè)計總論,主要介紹機械設(shè)計要求及機械設(shè)計中常用材料和選用原則、機械零件的強度驗算、機械零件的磨損及潤滑等理論，并對現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行簡單的介紹。,（,2,）常用機構(gòu)及傳動設(shè)計,研究機構(gòu)的組成原理、運動分析及力分析方法，并重點介紹根據(jù)運動要求和工作條件設(shè)計常用機構(gòu)及傳動的技術(shù)和方法。,（,3,）通用零件設(shè)計,研究通用零件的設(shè)計和選用問題，包括零件工作能力設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及標(biāo)準(zhǔn)零、部件的選用等問題。,（,4,）有關(guān)機械總體設(shè)計中的一些問題,介紹機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計及機座與箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題,。,4.1.1 機械

4、設(shè)計原理（1）機械設(shè)計總論 主要介紹機械,5,4.1.1,機械設(shè)計原理,機械設(shè)計的基本要求包括以下幾個方面：,（,1,）功能要求,機械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能，并保證功能參數(shù)在限定的范圍內(nèi)。,（,2,）可靠性要求,機械的可靠性通過可靠度來衡量?？煽慷仁侵冈谝?guī)定的使用時間（壽命）內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下，機械產(chǎn)品能夠正常地完成其功能的概率。不同場合使用的機械，對其可靠度有不同的要求。,（,3,）經(jīng)濟性要求,所設(shè)計的機械應(yīng)在設(shè)計、制造和使用的全過程中都應(yīng)力求達(dá)到合理的成本范圍內(nèi)。主要的方法有：采用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計方法，縮短設(shè)計周期；構(gòu)思合理的工作原理，簡化結(jié)構(gòu)；選用適當(dāng)?shù)脑牧希瑴p小尺寸和質(zhì)量；制定合理的制造

5、和裝配工藝；注意最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零、部件等。,4.1.1 機械設(shè)計原理 機械設(shè)計的基本要求包括以,6,4.1.1,機械設(shè)計原理,（,4,）社會性要求,機械產(chǎn)品的操作應(yīng)方便、安全；外觀造型和色彩應(yīng)大方宜人；具有較強的市場競爭力；遵循國家及相關(guān)部門環(huán)境保護等有關(guān)法規(guī)。,（,5,）其他特殊要求,不同的機械還具有一些該機械所特有的要求。例如，對機床有長期保持精度的要求；對飛機有質(zhì)量輕、飛行阻力小而運載能力大的要求等。,通過對參賽智能車機械設(shè)計的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，并不是所有的調(diào)整都對提高智能車的性能具有明顯的作用，其中前輪定位參數(shù)優(yōu)化、轉(zhuǎn)向舵機力臂增大和底盤重心位置對于智能車的機械性能

6、有著較大的影響。,4.1.1 機械設(shè)計原理 （4）社會性要求 機械產(chǎn)品的,7,4.1.2 AutoCAD,簡介,AutoCAD,是機械設(shè)計中常用的軟件之一，它是一種可自定義、可擴展的,CAD,軟件，具有二維繪圖、設(shè)計文檔和簡單的三維設(shè)計等功能。,AutoCAD,從,V1.0,，,V1.17,，,V2.5,，,V2.6,，,R9,R14,，,2000,，,2000i,，,2004,，,2005,至今天的,2006,版，歷經(jīng)了多次的改版更新，由于其在平面設(shè)計方面的功能比較齊全，其市場占有率很高。,下面以,AutoCAD2006,為例來說明,AutoCAD,在機械設(shè)計中的應(yīng)用。,AutoCAD200

7、6,提供了高效的圖形集管理器，可以輕松地對圖形進(jìn)行移植、展開，其直觀的功能讓學(xué)習(xí)變得更加容易；動態(tài)塊和增強的圖案填充等工具為用戶提供了便捷的解決方法。這些新功能與圖形集管理器等選項板相結(jié)合，為管理所有類型的項目提供了一套完整的解決方案。,AutoCAD2006,在機械設(shè)計的應(yīng)用功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：,4.1.2 AutoCAD 簡介AutoCAD是機械設(shè)計中,8,4.1.2 AutoCAD,簡介,（,1,）可方便地繪制直線、圓、圓弧和正多邊形等基本機械圖形對象，并且可以對圖形對象進(jìn)行各種編輯，以構(gòu)成各種復(fù)雜的機械圖形。,（,2,）當(dāng)某一張圖紙上需要繪制多個相同的圖形時，利用其強大的復(fù)制、

8、偏移和鏡像等功能，能夠快速地通過已有圖形繪制出其他圖形。,（,3,）,AutoCAD,能夠繪制出滿足符合國家機械制圖標(biāo)準(zhǔn)（,GB,）的線條寬度、文字樣式等。,（,4,）提供了新的動態(tài)塊功能，可以快速有效地創(chuàng)建機械常用件和標(biāo)準(zhǔn)件的模塊，如符合國家標(biāo)準(zhǔn)的鍵、彈簧、軸承、螺栓、螺母和墊圈等；操縱塊并從中提取數(shù)據(jù)，當(dāng)需要繪制這些圖形時，可以直接插入而不必要重復(fù)繪制。,4.1.2 AutoCAD 簡介（1）可方便地繪制直線、圓,9,4.1.2 AutoCAD,簡介,（,5,）新提供的動態(tài)輸入功能，可以使用戶將精力集中在設(shè)計繪圖而非軟件功能上。,（,6,）可以方便地將零件圖組裝成裝配圖，能夠驗證零件尺寸是

9、否正確、零件之間是否會出現(xiàn)干涉等裝配問題，同時還可以利用,AutoCAD,的復(fù)制和粘貼功能，方便地通過裝配圖拆分出零件圖。,（,7,）當(dāng)用戶設(shè)計系列產(chǎn)品時，可以方便地通過已有圖形修改派生出新圖形。,（,8,）在設(shè)計復(fù)雜圖形時，,AutoCAD,提供,Web,共享設(shè)計信息、創(chuàng)建幫助，可方便地創(chuàng)建單個圖形并管理整個圖形集。同時,AutoCAD,可利用,CAD,生產(chǎn)中的新標(biāo)準(zhǔn)能幫助用戶獲得更大的成功,。,4.1.2 AutoCAD 簡介（5）新提供的動態(tài)輸入功能,10,4.1.2 AutoCAD,簡介,（,9,）,AutoCAD,使信息的連接變得簡單易行，使設(shè)計團隊在設(shè)計制造流程中可以開展協(xié)作化的產(chǎn)

10、品開發(fā)，能夠與企業(yè)內(nèi)的任何員工或擴展的團隊安全共享設(shè)計數(shù)據(jù)，其功能有：能為有需要的用戶共享、查看、標(biāo)記和管理,2D,3D,設(shè)計數(shù)據(jù)，支持與其他用戶的文件交換，并能在更改變得困難之前，減少設(shè)計流程中的錯誤，生成新的觀點，從而使業(yè)務(wù)流程能夠?qū)崿F(xiàn)從創(chuàng)建到完成的平穩(wěn)運作。,4.1.2 AutoCAD 簡介（9）AutoCAD使信息,11,4.2,計算機輔助電路設(shè)計,1,4.2.1,EDA,技術(shù),2,4.2.2,Protel,4.2 計算機輔助電路設(shè)計12,12,4.2.1 EDA,技術(shù),1,EDA,技術(shù)的內(nèi)涵,EDA,（,Electronics Design Automation,）即電子設(shè)計自動化。

11、現(xiàn)在電子系統(tǒng)設(shè)計依靠手工設(shè)計已經(jīng)無法滿足大規(guī)模電路設(shè)計的要求，因此在電路設(shè)計工作中需要采用,EDA,技術(shù)。,EDA,技術(shù)以計算機硬件和系統(tǒng)軟件為基本工作平臺，采用,EDA,通用支撐軟件和應(yīng)用軟件包，幫助電子設(shè)計工程師完成電路的功能設(shè)計、邏輯計算、性能分析、時序測試直至,PCB,（印刷電路板）的設(shè)計等工作。在,EDA,軟件的幫助下，將設(shè)計者對電路系統(tǒng)的功能描述轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果。利用,EDA,設(shè)計工具，設(shè)計者可完成對電路的性能分析、時序測試，減少設(shè)計的盲目性，極大地提高設(shè)計的效率。,4.2.1 EDA技術(shù)1EDA技術(shù)的內(nèi)涵,13,4.2.1 EDA,技術(shù),EDA,通用支撐軟件和應(yīng)用軟件包涉及電路

12、與系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)、圖論和拓?fù)溥壿嫛⒂嬎銛?shù)學(xué)、優(yōu)化理論等多門學(xué)科，其技術(shù)指標(biāo)包括自動化程度、功能完善度、操作界面、數(shù)據(jù)開放性和互換性（即不同廠商的,EDA,軟件可互相兼容）等。,EDA,技術(shù)包括了電子電路設(shè)計的各個領(lǐng)域，即從低頻電路到高頻電路、從線性電路到非線性電路、從模擬電路到數(shù)字電路、從分離電路到集成電路的全部設(shè)計過程，輔助電子工程師進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，以及在電子產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程提供的各種輔助工作。,2,EDA,技術(shù)的基本特征,采用高級語言描述，具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力是,EDA,技術(shù)的基本特征。與這些基本特征有關(guān)的幾個概念如下：,4.2.1 EDA技術(shù) EDA通用支撐軟件和應(yīng)用軟件包,14

13、,4.2.1 EDA,技術(shù),（,1,）并行工程和“自頂向下”設(shè)計方法,并行工程是一種系統(tǒng)化的、集成化的、并行的產(chǎn)品及相關(guān)過程（主要指制造和維護）的開發(fā)模式。這一模式使開發(fā)者從一開始就要考慮到產(chǎn)品生存周期的質(zhì)量、成本、開發(fā)時間及用戶的需求等諸多方面因素。,“自頂向下”（,Top-down,）的設(shè)計方法是從系統(tǒng)級設(shè)計入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計，在方框圖一級進(jìn)行驗證，然后用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級邏輯電路網(wǎng)表，其對應(yīng)的物理實現(xiàn)級可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?。“自頂向下”設(shè)計方法有利于在早期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中的錯誤，提高設(shè)計的一次成功率，在,EDA,技術(shù)中被廣泛采用。,4.2.

14、1 EDA技術(shù)（1）并行工程和“自頂向下”設(shè)計方法,15,4.2.1 EDA,技術(shù),（,2,）硬件描述語言（,HDL,）,用硬件描述語言進(jìn)行電路與系統(tǒng)的設(shè)計是當(dāng)前,EDA,技術(shù)的一個重要特征。硬件描述語言突出的優(yōu)點是：語言的公開可利用性；設(shè)計與工藝的無關(guān)性；寬范圍的描述能力；便于組織大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計；便于設(shè)計的復(fù)用和繼承等。與原理圖輸入設(shè)計方法相比較，硬件描述語言更適合規(guī)模日益增大的電子系統(tǒng)設(shè)計。硬件描述語言使得設(shè)計者在比較抽象的層次上描述設(shè)計的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特征，是進(jìn)行邏輯綜合優(yōu)化的重要工具。目前最常用的,IEEE,標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言有,VHDL,和,Verilog-HDL,。,4.2.1 EDA

15、技術(shù)（2）硬件描述語言（HDL）,16,4.2.1 EDA,技術(shù),（,3,）邏輯綜合與優(yōu)化,邏輯綜合功能將高層次的系統(tǒng)行為設(shè)計自動翻譯為門級邏輯的電路描述，做到了設(shè)計與工藝的獨立。優(yōu)化則是對于上述綜合生成的電路網(wǎng)表，根據(jù)布爾方程功能等效的原則，用更小、更快的綜合結(jié)果替代一些復(fù)雜的邏輯電路單元，根據(jù)指定的目標(biāo)庫映射成新的網(wǎng)表。,（,4,）開放性和標(biāo)準(zhǔn)化,EDA,系統(tǒng)的框架是一種軟件平臺結(jié)構(gòu)，它為不同的,EDA,工具提供操作環(huán)境?？蚣芴峁┡c硬件平臺無關(guān)的圖形用戶界面、工具之間的通信數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計流程的管理，以及各種與數(shù)據(jù)庫相關(guān)的服務(wù)項目等。一個建立了符合標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)式框架結(jié)構(gòu),EDA,系統(tǒng)，可

16、以接納其他廠商的,EDA,工具一起進(jìn)行設(shè)計工作?？蚣茏鳛橐惶资褂煤团涮?EDA,軟件包的規(guī)范，可以實現(xiàn)各種,EDA,工具間的優(yōu)化組合，將各種,EDA,工具集成在一個統(tǒng)一管理的環(huán)境之下，實現(xiàn)資源共享。,4.2.1 EDA技術(shù)（3）邏輯綜合與優(yōu)化,17,4.2.1 EDA,技術(shù),EDA,框架標(biāo)準(zhǔn)化和硬件描述語言等設(shè)計數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化可集成不同設(shè)計風(fēng)格和應(yīng)用的要求，使得各具特色的,EDA,工具能有效地工作在同一個工作站上。集成的,EDA,系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高層次的自動邏輯綜合、版圖綜合和測試碼生成，而且可以使各個仿真器對同一個設(shè)計進(jìn)行協(xié)同仿真，進(jìn)一步提高了,EDA,系統(tǒng)的工作效率和設(shè)計的正確性。,（,5,）庫（,Library,）,庫是支持,EDA,工具完成各種自動設(shè)計過程的關(guān)鍵。,EDA,設(shè)計公司與半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商緊密合作，共同開發(fā)了各種庫，如邏輯模擬時的模擬庫、邏輯綜合時的綜合庫、版圖綜合時的版圖庫、測試綜合時的測試庫等。在這些庫的支持下，,EDA,工具能夠完成各種自動設(shè)計。,4.2.1 EDA技術(shù)EDA框架標(biāo)準(zhǔn)化和硬件描述語言等設(shè)計,18,4.2.2 Protel,Protel 99SE,